人工智能大背景下智能巖石力學課程改革研究

摘 要 隨著人工智能技術的飛速發展，傳統巖石力學課程面臨著改革與創新的需求。文章針對當前智能巖石力學教育現狀，提出了一套課程改革方案，旨在通過融合人工智能技術，提升巖石力學課程的教學質量和學生的實踐創新能力，為培養新時代地質工程領域人才奠定基礎。

關鍵詞 人工智能；巖石力學；課程改革；方案設計；實施策略

中圖分類號：G424 " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.02.009

Research on the Reform of Intelligent Rock Mechanics Curriculum in the Context of Artificial Intelligence

DENG Zhiyun1， DU Libing2

（1.School of Civil Engineering， Beijing Jiaotong University， Beijing 1 00044;

2. School of Geoscience and Technology， Southwest Petroleum University， Chengdu， Sichuan 610500）

Abstract With the rapid development of artificial intelligence technology， traditional rock mechanics courses are facing the need for reform and innovation. This paper addresses the current status of intelligent rock mechanics education and proposes a set of curriculum reform schemes. The aim is to enhance the teaching quality of rock mechanics courses and students’ practical innovation capabilities by integrating"artificial intelligence technology， thereby laying the foundation for"cultivating talents in the field of geological engineering in the new"era.

Keywords artificial intelligence; rock mechanics; curriculum reform;"scheme design; implementation strategy

在巖石力學領域，人工智能技術的應用展現出廣闊前景，涵蓋智能監測與預測、數據分析與處理、設計與優化、智能施工及教育與培訓等多個方面。實時監測與災害預警系統通過傳感器數據實時分析，有效預測地質災害，保障工程安全。數據挖掘與模式識別技術高效處理實驗與現場監測數據，為工程設計提供支撐。AI輔助的結構設計與參數優化，提升了設計效率與精準度。自動化施工與施工管理提高了施工效率及安全性。VR和AR結合AI，為巖石力學教育帶來個性化學習體驗。技術融合與智能化水平提升預示著巖石力學領域將實現全面智能化，提高安全性，優化效率，同時催生新的人才培養需求，推動教育體系更新。因此，智能巖石力學課程改革勢在必行，以適應行業技術革新與轉型需求，提升教育質量，培養學生創新能力，滿足就業市場，促進科研創新，并應對環境與資源挑戰。課程改革旨在吸納人工智能技術，更新教學內容，創新教學方法，強化跨學科能力與實踐技能，提高畢業生就業競爭力，填補行業人才缺口。同時，推動科研方法創新與成果轉化，強調環保與可持續發展，利用智能化技術提高資源效率，增強地質災害預測與防治能力，為社會穩定和科技進步提供支撐。

為此，本文擬探究人工智能驅動的智能巖石力學課程改革方向與目標，以理論支持教育改革，并通過整合AI技術提升教學成效。研究評估課程改革對學生創新能力、實踐能力及跨學科問題解決能力的培養，并探討其促進產學研融合的潛力。通過分析教育現狀，識別不足，設計融合AI的課程體系，探索教學方法創新，并提出實踐教學改革方案與評價體系。研究實施策略與保障措施，采用多種研究方法，為教育改革與人才培養提供理論依據和實踐指導。

1" 智能巖石力學課程改革方案設計

1.1" 課程目標設定

確立課程目標為首要之務，知識目標包括確保學生深入理解和掌握巖石力學的基本原理和概念，如巖石的物理性質、力學行為、破壞準則等，并使學生了解人工智能在巖石力學領域的最新應用，如機器學習、數據挖掘、智能優化算法等，同時促進跨學科知識融合，如結合計算機科學、數據科學等領域的知識。能力目標旨在培養學生運用智能巖石力學理論和方法分析解決實際工程問題的能力，提高實驗操作技能和工程實踐能力，鼓勵創新性思考和研究，以及通過團隊項目和討論培養溝通能力和團隊合作精神。素質目標則著眼于培養學生的科學素養、工程倫理和終身學習能力。社會目標旨在使課程內容與行業需求緊密結合，培養高素質人才，促進國內外學術交流，提升我國在智能巖石力學領域的國際影響力。綜上所述，智能巖石力學課程改革的目標是培養具有扎實理論基礎、實踐能力、創新精神和跨學科視野的高級專業人才，以滿足社會和行業的發展需求。

1.2" 教學內容改革

教學內容改革占據核心地位，首先，提出整合傳統與智能教學內容的方案，包括編寫或更新教材以融合傳統巖石力學與智能技術的最新研究成果，確保教學內容的前沿性和實用性，并通過模塊化課程設計，將課程內容分為基礎理論模塊、智能技術模塊、實踐應用模塊，以便學生系統學習和掌握。基礎理論模塊涵蓋巖石的基本性質、巖石力學的基本理論，并更新傳統理論，引入現代巖石力學理論。智能技術模塊介紹人工智能基礎知識，探討其在巖石力學中的應用，并教授智能分析軟件的使用方法。實踐應用模塊則通過實驗教學、案例分析、項目研究，提高學生的實際操作能力和問題解決能力。此外，跨學科教學內容的設置，包括開設跨學科課程和聯合教學，旨在促進不同學科知識的融合，拓寬學生視野，邀請相關領域專家參與授課，培養具有跨學科背景的高級專業人才。

1.3" 教學方法改革

改革方案包括引入多元化教學方法，如混合式教學結合線上和線下資源，實現翻轉課堂，增加學生自主學習的時間和空間；項目式學習通過設計實際工程項目，促進理論知識與實踐應用相結合；案例教學和討論式教學則分別通過分析真實工程案例和鼓勵課堂討論，培養學生的實際問題解決能力和批判性思維。實踐教學方面，強化實驗教學，提供實習實訓機會，并利用虛擬現實（VR）和增強現實（AR）技術創建模擬實驗環境。技術手段的應用方面，多媒體教學和在線教學平臺的使用增強了教學互動性和資源共享，而智能教學輔助工具的開發則進一步提升了教學效果。評價體系方面，形成性評價和過程性評價相結合，全面評估學生的學習過程和實踐能力，同時采用多元化評價方法，注重學生的綜合素質評價。

1.4" 實踐教學環節改革

實踐教學環節的改革對于培養學生的實際操作能力和創新精神有著至關重要的意義。具體改革方案包括實驗教學、實習實訓以及實踐教學評價的全面更新。首先，實驗教學改革旨在優化實驗課程體系，增加與人工智能技術相結合的實驗項目，確保實驗內容的前沿性和實用性。同時，通過升級實驗設施，引入智能化實驗儀器，提高實驗的精確度和效率。首先，實驗教學方法創新采用項目式學習、問題導向學習等，鼓勵學生進行自主探索和團隊合作，并開發虛擬實驗室，提供更多樣化的實踐學習環境。其次，實習實訓改革著重于實習基地的建設，與企業建立長期合作關系，確保實習內容與智能巖石力學緊密結合。引入企業導師制度，提供實際工程經驗和職業指導，并定期更新實習內容，以保持與行業需求的一致性。最后，實踐教學評價改革強調過程性評價，加強對學生在實習實訓過程中的表現和能力培養的評價，以及對學生實際操作技能、工程實踐能力和創新精神的全面評估。

2" 智能巖石力學課程改革實施策略

2.1" 加強師資隊伍建設

首先，在教師選拔與引進方面，優先考慮具有智能巖石力學或相關領域博士學位的教師，以保障教師的專業性和學術水平。同時，鼓勵教師積累實際工作經驗，提升解決實際工程問題的能力，并引進具有計算機科學、數據科學等跨學科背景的教師，以促進學科知識的融合。其次，針對教師培訓與發展，定期組織智能巖石力學和人工智能相關領域的培訓，以更新教師的知識結構。再次，鼓勵教師參與國內外學術交流活動，拓寬視野，提升教學和研究水平，并提供充足的科研經費和資源，支持教師開展相關科研項目。最后，建立教師激勵機制，包括公平、公正的職稱晉升機制，以激勵教師的教學和科研投入；設立教學獎勵基金，表彰教學改革和教學成果突出的教師；鼓勵教師組建跨學科教學團隊，共同推進課程改革。

2.2" 完善教學資源

首先，在教材與課程資源建設方面，組織專家編寫與課程改革配套的新教材，融合最新研究成果和行業實踐案例，并定期更新教材內容，淘汰過時知識，補充新穎理論和實踐內容。同時，建立教學案例庫，搜集和整理真實工程案例，為學生提供豐富的學習素材。其次，針對實驗與實訓資源建設，投資于實驗設備的更新，引入智能化實驗儀器，提升實驗的精確度和效率。開發虛擬實驗室，為學生創造多樣化的實踐學習環境，并建立實習實訓基地，提供實際操作的平臺。在在線教學資源建設方面，建立在線課程平臺，提供包括視頻、課件、習題等在內的教學資源，并通過與其他高校或研究機構的合作，實現資源共享，提升資源利用效率。最后，構建教學支持系統，開發基于人工智能的智能教學輔助工具，如智能答疑系統和個性化學習推薦，以及建立教學管理系統，實現教學過程的信息化，提高教學效率。

2.3" 改進評價體系

首先，實施多元化評價方法，包括形成性評價以加強對學生學習過程的監控，如通過課堂討論、實驗報告、項目展示等手段全面了解學生學習情況；過程性評價則關注學生在實踐教學環節的表現，如實驗操作和實習實訓，以評估其實踐和創新能力；同時，將定性與定量評價相結合，全面評估學生的學習成果，注重學生綜合素質的評價。其次，引入個性化評價策略，關注學生個體差異，制定針對性評價方案，提高評價的有效性；實施動態評價，定期跟蹤學生學習進度和能力發展，及時調整評價方案，確保評價的實時性和動態性。再次，建立激勵機制，對學習過程中表現突出的學生給予獎勵，激發學習積極性；通過評價結果提供反饋，指導學生發現不足并進行改進。最后，提升教師評價能力，組織教師參加評價方法和技巧的培訓，提高其評價學生的能力；建立同行評議機制，促進教師間的相互學習和提高。

通過這些策略改進評價體系，不僅為智能巖石力學課程改革提供了有力支持，提升了教學質量和學生學習效果，而且有助于師資隊伍的建設，為課程改革的持續發展注入動力。

3" 結論

智能巖石力學課程改革的重要性體現在多個層面。首先，該改革順應了人工智能技術的迅猛發展，確保了教育內容與時代需求的同步，致力于培養具備創新和實踐能力的高級專業人才。其次，通過優化課程內容和教學方法，改革顯著提升了教學質量與學生學習成效，使學生深入理解智能巖石力學的基礎理論與應用技能。再次，課程改革著重于培養學生的創新能力與實踐能力，為行業輸送了具有創新精神和實用技能的專業人才，滿足了社會對高素質人才的需求，并增強了畢業生的就業競爭力。改革還促進了科研創新，為教師和學生的科研成果轉化提供了平臺，支持理論成果向實際應用的轉化，并強調了環保和可持續發展理念，通過智能化技術提升資源利用效率，減少對環境的影響。最后，智能巖石力學課程改革推動了學術研究、人才培養與產業發展的深度融合，促進了產學研一體化，加速了領域內的科技創新。改革已取得顯著成效，表現在教學質量提升、學生能力增強、就業競爭力提高、科研創新推動以及教育國際化進程加速。教師和學生的創新性研究為行業發展提供了智力支持，并通過國際學術交流提升了我國在該領域的國際影響力。

未來，智能巖石力學教育將推進個性化與智能化教學模式，促進產學研深度融合，為領域發展提供創新成果。國際化人才培養將通過國際合作，推動我國在該領域的國際化發展。改革將關注教育公平與質量提升，優化教學資源配置，改進教學方法，使更多學生受益。改革還將貫徹環保和可持續發展理念，利用智能化技術提高資源效率。

基金項目：2023年教育部產學合作協同育人項目“智能巖石力學課程建設探索”（230804691141904）；西南石油大學研究生教研教改項目“《地質災害防治案例分析》課程教學改革探索”（2024JGYB006）。

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