巖石力學課程教學中案例教學法的應用與創新

摘要：文章探討案例教學法在巖石力學課程教學中的應用，剖析傳統教學模式的局限，接著闡述初步應用，再從課前、課堂、課后介紹創新應用，最后論述教學內容和手段的創新實踐，涵蓋引入成果、增加實驗等。

關鍵詞：案例教學法；巖石力學；創新應用

一、案例教學法在巖石力學課程中的應用現狀

（一）傳統教學模式的局限性

1.理論講授為主，缺乏互動

傳統的巖石力學課程教學以理論講授為主，如在講解巖石力學性質時，教師大多是闡述公式、原理，很少給學生提問討論的機會。這種教學方式一方面會使課堂沉悶，學生易疲勞厭倦，難以保持注意力；另一方面教師因缺乏互動，難以了解學生的實際情況，無法有針對性地調整教學，導致學生對關鍵知識點理解不深，影響教學效果。

2.學生參與度低，學習興趣不足

在傳統教學模式里，學生課堂參與度低，只是被動接受知識，鮮少主動思考與表達。以巖石力學課程中的“巖石破壞機制”為例，學生通常只記定義分類，并不理解原理和應用。低參與度致使學生失去學習興趣，因巖石力學的學習有難度，若教師的教學無法激發學生的興趣，學生易生出畏難情緒。

（二）案例教學法在巖石力學課程教學中的初步應用

1.典型案例分析

為了改善傳統教學模式的不足，案例教學法在巖石力學課程教學中得到了初步應用。如在講授“巖石邊坡穩定性”時，教師可以引入一個實際山體滑坡案例。首先，教師可以詳細介紹邊坡的地質條件，包括其所處的地理位置、地質構造特點等。如果位于地震活躍帶附近，那么地震對邊坡穩定性的潛在影響就需要重點考慮。接著，教師深入講解巖石類型，如堅硬的花崗巖、易風化的砂巖或是其他類型。每種巖石都有其獨特的物理力學性質，這些性質直接關系到邊坡的穩定性。然后，教師分析坡體結構，如坡度的大小、高度以及坡面的形態。陡峭的坡度和較高的坡體更容易發生滑坡。同時，教師引導學生探討坡體內部是否存在軟弱夾層等不良結構。通過深入分析這個案例，學生可以直觀地了解巖石力學原理在實際工程中的具體應用，從而更好地理解邊坡穩定性分析方法，為今后的專業學習打下堅實基礎。

2.學生反應與教學效果評估

案例教學法的應用獲得了學生的積極反饋。學生認為，通過案例分析，課堂充滿對實際問題的探討，對巖石力學課程的學習興趣大增。教學效果評估成果顯著，學生知識理解和應用能力增強，不僅掌握了理論知識，還能用于解決實際問題，考試成績和作業完成情況得到改善，知識掌握更扎實。

二、案例教學法在巖石力學課程中的創新應用

（一）課前準備階段的創新

1.精選案例，結合最新研究成果

在巖石力學課程的案例教學中，課前準備階段的創新首先體現在案例的精選上。教師應不局限于傳統的案例來源，而是積極搜索具有代表性、針對性和啟發性的案例。例如，對于巖石的斷裂力學部分，教師選擇的案例不僅涵蓋常見的巖石斷裂現象，如礦山開采中的巖爆，還包括一些前沿領域的研究成果，如新型巖石材料在極端條件下的斷裂行為。

為了確保案例的質量和有效性，教師會對案例進行深入分析，了解案例發生的背景、涉及的巖石力學原理、可能的解決方案，同時結合最新的研究成果，更新和補充案例，使學生能學習學科的最新發展動態。

2.利用多媒體與網絡技術豐富案例展示形式

課前準備的另一個重要創新是充分利用多媒體與網絡技術來豐富案例的展示形式。教師不再依靠文字描述來呈現案例，而是借助圖像、視頻、動畫等手段，讓案例更加生動直觀。

如在巖石滑坡案例中，首先，教師可以搜集高分辨率的高清衛星圖像，在課堂上向學生展示滑坡發生區域在滑坡前后的地形變化。在展示過程中，教師可以進行詳細的對比講解。比如，在滑坡前，該區域可能呈現出較為穩定的山體形態，山坡上有郁郁蔥蔥的植被覆蓋，山谷間或許有清澈的小溪流淌。而在滑坡發生后，原本的山體出現巨大的缺口，大量的巖石和泥土傾瀉而下，植被被掩埋，溪流被阻斷或改道。通過這樣的對比，學生能清晰地看到巖石滑坡對地形地貌造成的巨大破壞。

其次，教師可以利用精心挑選的視頻來展現滑坡的瞬間過程。視頻可以從不同的角度拍攝，包括遠處的全景視角，讓學生看到整個山體滑坡的規模和氣勢；也可以有近處的特寫視角，捕捉巖石滾落、泥土飛濺的細節。在播放視頻時，教師可以適時暫停，對關鍵的畫面進行分析講解。

（二）課堂實施階段的創新

1.分組討論與角色扮演，增強互動性

在課堂實施階段，分組討論和角色扮演成為增強互動性的重要創新手段。教師可以將學生分成若干小組，每個小組深入討論本組的案例。小組成員之間需要充分交流各自的觀點和想法，共同分析案例中的問題，并嘗試提出解決方案。

2.引入數值模擬軟件，直觀展示巖石力學過程

為了讓學生更直觀地理解巖石力學中的復雜過程，教師可以引入數值模擬軟件。在模擬過程中，教師可以調整參數，讓學生觀察不同因素對巖石力學行為的影響。比如改變巖石的物理性質、邊界條件、加載方式等，觀察巖石的響應變化。這種直觀的展示方式能夠幫助學生建立起從理論到實際的聯系，加深對巖石力學原理的理解。

3.實時反饋與即時指導，提高教學效率

在課堂教學中，實時反饋和即時指導是提高教學效率的關鍵。對于學生在討論中提出的正確觀點和創新性想法，教師應給予肯定和鼓勵，增強學生的自信心。對于存在的錯誤或不足之處，教師應當場指出，并給予即時的指導和糾正。實時反饋還包括對學生課堂表現的評價。教師可以根據學生的發言質量、團隊合作能力、問題解決能力等進行綜合評價，并將評價結果及時反饋給學生。

（三）課后評價階段的創新

1.建立多元化評價體系，全面評估學生表現

課后評價階段的創新體現在建立多元化的評價體系上。教師不再僅依靠傳統的考試成績來評價學生的學習效果，而是綜合考慮學生在整個學習過程中的表現。評價內容包括學生在課堂討論中的參與度、發言質量、團隊合作能力，以及在課后作業、項目報告、實踐操作中的表現等。

2.跟蹤反饋，持續改進教學方法

課后評價不僅是對學生學習的總結，還是對教學方法的反思和改進。教師深入分析學生的評價結果，總結教學過程中存在的問題和不足之處。教師通過與學生的交流和溝通，了解他們對教學內容、教學方法的意見和建議。例如，學生可能會反映某些案例難度過大，或者對某種教學活動的參與度不高，教師會根據這些反饋及時調整教學策略。

三、案例教學法在巖石力學課程教學中的創新實踐

（一）教學內容的創新

1.引入最新科研成果與工程實踐案例

在巖石力學課程教學中，為了使學生能夠緊跟學科前沿，掌握最新的知識和技術，教師引入最新的科研成果與工程實踐案例是一項重要舉措。例如，在講授“巖石的斷裂機制”時，教師可以引入最新關于巖石微觀結構對斷裂行為影響的研究成果，通過展示科研團隊利用先進的顯微鏡技術觀察到的巖石微觀裂紋擴展過程，讓學生了解到巖石斷裂的微觀機理，從而深化對宏觀斷裂現象的理解。

又如，在講授“巖石邊坡穩定性分析”時，教師可以結合某大型露天礦山邊坡加固工程的實際案例進行深入講解。首先，教師可以詳細介紹該工程中采用的勘察手段，包括地質雷達探測、鉆孔取樣分析等，讓學生了解如何全面準確地掌握邊坡的地質情況。接著，教師闡述穩定性計算方法，分析各種方法的優點、缺點及適用場景，介紹所采取的加固措施，并解釋這些措施的原理和作用。最后，教師深入分析其中的成功經驗，如勘察的全面性為后續設計提供了可靠依據等，以及不足之處，如某些加固措施在實施過程中遇到的困難等。

2.增加虛擬實驗與數字模擬內容

教師可以通過計算機軟件創建一個模擬的實驗環境，讓學生進行各種巖石力學實驗。例如，模擬不同加載條件下巖石的變形和破壞過程，學生觀察巖石內部應力和應變的分布情況。這種虛擬實驗不受時間、空間和實驗設備的限制，學生可以反復操作，深入探究實驗參數對實驗結果的影響。

數字模擬則利用專業的數值分析軟件，對巖石力學中的復雜問題進行建模和分析。比如，模擬地下隧道開挖過程中圍巖的穩定性，預測可能出現的變形和破壞區域，并據此優化支護設計方案。通過數字模擬，學生能夠直觀地看到巖石力學原理在實際工程中的應用，提高運用理論知識解決實際問題的能力。

（二）教學手段的創新

1.多媒體與虛擬現實技術的應用

多媒體資源，如精美的圖片、生動的動畫和清晰的視頻，被廣泛用于教學中。在講授“巖石的分類和特征”時，教師可以展示各種巖石的高清圖片，讓學生直觀地觀察巖石的顏色、紋理和結構；在講授“巖石的受力變形過程”時，教師可以利用動畫演示巖石內部顆粒的位移和應力的傳遞，使抽象的概念變得形象易懂。

虛擬現實技術可以讓學生仿佛置身于真實的巖石力學場景中。例如，通過虛擬現實設備，學生可以“走進”一個正在進行巖石爆破的礦山，感受爆破過程中巖石的破碎和飛散，以及周圍環境的變化，極大地激發學習興趣。

2.線上線下混合式教學模式

在線上教學部分，教師利用在線課程平臺上傳教學視頻、課件、練習題等學習資源，學生可以根據時間和節奏進行自主學習。例如，在課前，學生可以通過觀看教學視頻預習課程內容，了解重點和難點；在課后，學生可以回顧教學視頻，鞏固所學知識，完成在線作業和測試。

線下教學則注重面對面的交流和實踐操作。在課堂上，教師通過講解、演示、案例分析等方式，深化學生對知識的理解；在實驗課上，學生動手進行實驗操作，提高實踐能力。

四、結語

在巖石力學課程教學中，案例教學法的應用與創新能提高教學效果。分析其現狀，可見傳統模式的不足和初步應用的成效。創新實踐應用于課前、課中、課后，優化了教學各方面，為學生提供了更好的體驗。但教學改革仍需不斷完善，以適應社會需求，不斷培養合適的人才。

參考文獻：

[1]郭延輝.“巖石力學”課程思政教學探索[J].西部素質教育，2024（11）.

[2]吳博文，常聚才.“雙碳”背景下仿真模擬技術在礦山巖石力學教學中的應用[J].創新創業理論研究與實踐，2024（9）.

[3]王正義，朱建群，李鵬波.地方應用型高校巖石力學與工程課程教學改革實踐與效果評價[J].創新創業理論研究與實踐，2023（20）.

[4]敖翔，向祖平，蘇堪華，等.新工科背景下石油工程巖石力學課帶實驗虛擬仿真項目建設研究[J].教育信息化論壇，2023（3）.

[5]陳祥勝.“巖石力學”課程思政建設與教育教學改革探析[J].教育教學論壇，2022（6）.

基金項目：安徽理工大學高層次引進人才科研啟動基金資助“基于粘聚力模型和3D打印的層狀巖石力學特性及破壞機理研究”，項目編號：2023yjrc77。

（作者單位：安徽理工大學）