采礦工程專業彈性力學課程教學內容改革探索

【摘要】在工程教育專業認證背景下，以西南科技大學采礦工程專業彈性力學課程為例，系統分析了該課程教學內容體系上存在的問題?；贠BE理念，明確該課程教學目標，并據此提出一系列相應的課程教學內容改進措施與課程教學評價反饋機制，注重課程教學產出，著重培養學生應用彈性力學知識分析和解決采礦工程問題的能力。

【關鍵詞】工程教育專業認證? 采礦工程? 彈性力學? OBE理念

【基金項目】西南科技大學教育教改研究項目（17xn0030）、產學合作協同育人項目（201901282002）。

【中圖分類號】G42 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）47-0125-02

我國于2016年6月正式加入國際上最具影響力的工程教育學位互認協議——《華盛頓協議》，標志著中國工程教育專業認證得到了國際認可[1，2]。中國工程教育專業認證是由教育部主管的中國工程教育專業認證協會針對高等教育機構開設的工程類專業教育實施的專門性認證。工程教育專業認證強調OBE理念[3，4]，即以學生為中心，成果導向，持續改進。該理念下，課程教學工作也應做出相應的調整和改革。根據工程教育專業認證通用標準，彈性力學是采礦工程專業的一門工程基礎類課程[5，6]。西南科技大學采礦工程專業于2018年通過了中國工程教育專業認證，本文以該校采礦工程專業為例，開展工程教育專業認證背景下彈性力學課程的教學內容改革探討。

1.課程教學內容存在的問題

在進行工程教育專業認證之前，西南科技大學采礦工程專業對彈性力學課程的重視度不夠，未清楚認識到該課程是后續專業課程學習的力學基礎。這導致該課程在本專業培養方案中較為邊緣化，被安排為一門選修課程，致使在教學中存在一些亟待解決的問題。

（1）課程教材教學內容與專業不對口。目前，國內出版的彈性力學教材基本上都是通用教材，涵蓋面廣泛，偏向于純理論講解，涉及到的內容深度和難度過大，適用于工程力學等理科類相關專業，欠缺對非力學專業的適用性考慮。根據以往的教學經驗，在比較有限的32課時需要講授大量章節的內容，導致較多的基礎知識的講解只能點到為止，很難做到深入剖析與過程推導，導致學生難以深刻理解其物理意義及內涵，從而降低了學生學習該課程的興致。同時，部分章節的教學內容與采礦工程專業的關聯性不強，難以將該部分的彈性力學教學內容與本專業進行有效的結合，更難以將其應用到后續課程的教學與實踐，從而導致彈性力學作為本專業的力學基礎地位得不到充分的體現，致使課程整體的教學效果大打折扣。

（2）缺乏課程教學產出意識。以往的教學基本是以教師講授為主，很少去關注采礦工程專業的學生通過彈性力學課程的學習應該掌握哪些知識，培養什么能力。從而導致該課程教學只是單純的知識點講解和公式推導，缺少實質的教學產出。根據工程教育專業認證通用標準，彈性力學為采礦工程專業的一門工程基礎類課程，該課程教學內容不僅需要講解基礎知識，更需要結合專業本身，用于分析和解決復雜采礦工程問題，切實做到培養學生學以致用的能力。

因此，基于工程教育專業認證的OBE理念，有必要以學生為中心對采礦工程專業彈性力學課程的教學內容進行改革，處理好彈性力學課程教學內容與采礦工程專業的關系，注重實質意義上的教學產出和學生能力的培養。

2.課程教學內容改革

在工程教育專業認證背景下，基于OBE理念，通過調整采礦工程專業彈性力學課程教學大綱，對課程教學內容進行改革探索。

（1）緊扣本專業畢業要求指標，明確課程教學目標。根據工程教育專業認證標準，課程的設置必須要能支持畢業要求的達成。彈性力學是采礦工程專業的工程基礎類課程，其教學目標應能體現出學生應用能力的培養。只有先明確彈性力學課程教學目標，相應的教學內容才能設置得更加合理和有針對性。通過多種渠道的調研與探索，制定出該課程的教學目標為：①掌握彈性力學基本知識與理論，具備彈性力學問題求解的解析計算能力;②具備將某些類型的采礦工程問題簡化為彈性力學模型的分析和判別能力;③具備將彈性力學理論應用于解決和處理某些類型采礦工程問題的能力。這三條課程目標呈遞進關系，第一條注重對學生掌握彈性力學課程基礎知識和計算方法能力的培養，這也是傳統教學中的主要目標和要求。后面兩條注重培養學生應用彈性力學知識分析和解決采礦工程問題的能力，符合工程教育專業認證理念。

（2）圍繞課程教學目標，優化課程教學內容。為達成以上彈性力學課程教學目標，需要針對學生相關能力的培養優化具體的課程教學內容。

課程教學目標一主要是培養學生掌握彈性力學基礎理論和采礦工程中涉及到彈性力學問題的求解計算能力。針對該教學目標，設置的課程教學內容主要有應力狀態理論、應變狀態理論、彈性本構關系、彈性力學問題的建立與求解方法。這部分內容以理論講授為主，為培養學生掌握該課程基礎知識和計算方法的能力，在理論講解時增加各概念提出的歷史背景環節，注重各公式的詳細推導過程，明確相關物理意義及歷史貢獻，同時可穿插相關歷史人物的介紹。例如，在講解彈性本構關系這一知識點時，可由中學學習的彈簧定律（即狹義胡克定律）引出，介紹本構方程提出前的歷史背景和瓶頸，過渡到狹義胡克定律提出的意義（第一個本構方程），同時分析其局限性（僅限二維），并引出廣義胡克定律的推導演化過程，最后講解廣義胡克定律在線彈性理論中的應用即彈性本構方程的內容。以上內容講解中進一步深度推導不同性質材料的彈性本構方程公式及彈性常數，同時穿插引出楊氏模量、泊松比、剪切模量、體積模量和拉梅常數這五個常用彈性常數，及包括胡克在內的相關歷史人物介紹。以上幾點要求教師有較大的文獻閱讀量，講解的內容不再局限于教材。經過以上過程，一定程度上減少了該課程理論講解和推導的枯燥性，降低學生的畏難心理，可使學生對彈性力學基礎知識的歷史由來、推導過程及意義有更加清晰的認識，同時對彈性力學知識理解和掌握更具有層次性和連貫性。

課程教學目標二主要是培養學生識別采礦工程中彈性力學問題的能力。針對該教學目標，設置的課程教學內容主要為巖土力學彈性解。這部分內容主要以包括采礦工程在內的巖土工程領域比較常見的工程問題，注重問題引導，以理論講授為主，通過以采礦工程中涉及的巖土力學問題進行數學建模，建立彈性力學分析模型，并推導得到相應的彈性力學解。例如：以采礦工程中的某類點荷載問題為引入背景，分析受力條件與邊界條件，引出Boussinesq問題，建立彈性力學分析模型，推導計算得到該類問題的彈性力學解。該部分教學內容通過將采礦工程中的具體巖土力學問題轉化為彈性力學問題進行建模分析，培養學生運用彈性力學的數學思維方式識別分析采礦工程問題的能力。

課程教學目標三主要是結合巖石力學課程知識共同開展案例教學，培養學生應用彈性力學知識分析和解決采礦工程問題的能力。針對該教學目標，設置的課程教學內容主要為巖土力學彈性解的應用。這部分內容以案例講解分析為主，通過以具體的采礦工程問題為例，應用巖土力學彈性解進行問題的建模與求解。例如：以采礦工程中的某形狀下的垂直荷載問題為引入背景，分析受力條件與邊界條件，應用Boussinesq問題的彈性力學解，分析和求解得到該工程問題的位移和應力。該部分教學內容通過講解應用巖土力學彈性解來分析和計算采礦工程問題，培養學生學以致用，能將彈性力學理論運用到采礦工程問題實踐的能力。

（3）建立課程評價反饋機制，持續改進。為了解該課程教學產出及課程目標達成情況，制定了相應的課程考核方式：1）章節作業習題，占總成績的20%，主要考查學生對彈性力學基礎知識的掌握情況，對應于評價課程目標一的達成情況;2）課程大作業，占總成績的30%，主要考查學生根據學習的彈性力學知識分析和解決采礦工程問題的能力，對應于評價課程目標二和課程目標三的達成情況;3）期末考試，占總成績的50%，綜合考查學生對彈性力學課程學習的掌握情況，對應于評價課程目標一、二、三的達成情況，該部分在分值上以課程目標二、三為主。通過建立章節作業習題、課程大作業、期末考試等全過程考核機制，清楚了解該課程的教學產出及課程目標達成情況，同時向學生進行問卷調查，掌握學生在該課程學習中出現的問題及學生提供的建議、改進點，同時及時獲取學生對該課程的其它知識、能力需求等反饋信息，并及時做出相應調整，切實做好課程的持續改進工作。

3.教學內容改革成效

相對于傳統教學，工程教育專業認證教學產出導向使得彈性力學課程在教學內容的選擇上不再完全依賴于教材，可根據采礦專業的自身特點和需求開設教學環節。以學生能力的達成為教學目標，實現了以學生為中心、產出為導向。通過近3年的教學改革與對比，課堂整體的教學效果、該課程目標的達成情況持續變好，學生應用彈性力學理論解決和處理采礦工程問題的綜合能力持續提高。

通過課程教學內容的改革，學生不再單純枯燥地為學而學，而是結合采礦工程專業的力學需求，有針對性地進行彈性力學理論知識的學習，更加注重學以致用，切實將基礎力學理論應用采礦專業問題實踐，真正做到該課程要求的能力培養。

本文根據工程教育專業認證理念，結合近幾年的教學實踐經驗，對采礦工程專業彈性力學課程教學內容存在的問題進行了總結和歸納，并提出一些課程教學內容的改進措施。在教學過程中，教師應結合工程教育專業認證理念，在充分理解采礦工程專業畢業要求的基礎上，通過課程教學評價反饋及同行交流等方式不斷對課程目標、教學內容、教學手段等進行持續改進，以學生為中心，注重教學產出，切實培養學生學以致用的能力。

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作者簡介：

李斌（1988.05-），博士，任職于西南科技大學，講師。