新工科建設背景下“巖石力學”課程教學探索

[基金項目]2021年度本科教育教學改革研究項目“四新”建設研究專項“面向新工科的土木工程城市地下空間工程方向課程體系構建研究”（JG2021059）；2021年度本科教育教學改革研究項目培養模式研究專項“融合信息技術的土木工程專業裝配式結構領域人才培養體系研究與構建”（JG2021013）

[作者簡介]（1991—），女，安徽毫州人，博士，副教授，主要從事巖石工程抗震理論研究;劉文化（1987—），男，江西吉安人，博士，副教授（通信作者），主要從事巖土工程與工程材料研究;王如賓（1979—），男，山東聊城人，博士，河海大學副教授，主要從事巖石力學與工程研究。

[中圖分類號]G642.0 ［文獻標識碼］A [文章編號]1674-9324（2025）31-0105-04 [收稿日期］2024-09-06

“巖石力學”是土木工程、水利工程、采礦工程等專業的重要基礎課程，是一門知識理論與工程實踐緊密結合的課程。隨著我國大型工程以及公路鐵路等的建設，“巖石力學”所涉及的內容日益豐富，新理論、新技術的應用也越來越廣泛。因此，如何優化傳統“巖石力學”課程的教學內容設計，如何結合前沿理論與技術探索完善教學體系，以培養適應新的經濟社會需求的專業人才，是教育工作者所面臨的重要問題。

隨著我國信息技術和現代教育手段的迅速發展，涌現出豐富的線上教學資源、新的教學手段和理念[2]。在新工科建設背景下，培養基礎理論扎實、實踐創新能力強、具有分析和解決實際工程問題能力的面向未來的復合型人才是其中的重要理念[3]。課程教學作為人才培養中的重要環節，也應順應時代信息化發展的趨勢，探索線上線下混合式教學模式，注重提升學生興趣，培養學生學習的主人翁意識，以期提高“巖石力學”課程教學質量，實現人才培養目標。

一、“巖石力學”課程的教學要求與人才培養目標

土木工程專業有城市地下空間工程方向，“巖石力學”是該方向的專業核心課程之一，課程內容涉及巖石的物理力學基本理論與巖石工程應用。本課程要求學生掌握巖石（體）介質的基本物理性質，掌握巖石強度特性、變形特性和巖石（體）工程分類方法，熟悉“巖石力學”常用實驗測試手段；掌握巖石地基、巖石邊坡和巖石地下洞室圍巖等工程的穩定性分析方法、基本設計方法以及加固方法；幫助學生提高分析與解決實際工程問題的能力，為從事專業技術工作或進行科學研究打下基礎。

二、課程建設的難點問題

（一）知識體系復雜，工程背景較強

在“巖石力學”課程之前，本校土木工程專業城市地下空間工程方向本科生已經學習了如“理論力學”“材料力學”“結構力學”和“水力學”等基礎力學課程，以及土力學這一應用力學課程。“巖石力學”課程研究對象和研究內容復雜，且具有較強工程實踐性，與這些已學力學課程相比，既有更大難度，也有很大區別。若教師平鋪直敘地介紹各種理論、方式方法，容易使學生抓不住重點，學習過程枯燥乏味，一步跟不上就步步跟不上。

（二）教學模式單一，學習效果較差

“巖石力學”課程以巖石（體）的物理性質和力學性質（強度和變形）相關理論和試驗方法為基礎，涉及巖石地下工程、邊坡工程和地基工程的安全性評估與設計方法，要求學生具備分析和解決復雜巖石工程問題的能力。然而，傳統的課堂教學采用教師講授、學生聽講的方式，導致學生注意力不集中、課堂氣氛沉悶，對于力學基礎不扎實的學生，他們可能很快就失去了學習信心，這更是遏制了學生學習和思考的積極性，從而造成教師在講臺上慷慨激昂，學生在教室里昏昏欲睡的現象。

三、課程教學改革探索

針對上述問題，基于新工科建設背景下該行業對人才的需求現狀，本文結合本校“巖石力學”課程的教學實際，在教學內容、教學模式和考核方式等幾個方面開展了探索與實踐。

（一）課程內容優化，理論聯系實際

課程中的知識點都來自巖石工程實際問題，因此教師在教學內容上結合實際工程案例引出問題，利用生活化的語言趣解知識點，最后再將課堂所學知識回歸實際工程，將有助于提升學生的學習興趣，深化他們對知識點的理解，改善學習效果。

1.經典案例引出問題，激活思考。“巖石力學”中的基礎理論、設計方法大多來源于工程建設、施工及運行維護等全過程面臨的巖石變形、強度以及長期運行安全性問題。“巖石力學”及工程經過近百年的發展，國內外都保存了大量工程案例記錄。實際案例要遠比書本上的理論和公式更具有吸引力，更容易引發學生思考。比如，金沙江白鶴灘水電站工程是當今世界在建規模最大、技術難度最高的水電工程。其中建設面臨的難點問題之一是壩基存在大量的柱狀節理玄武巖，這種巖體形態與普通認知的完整巖塊不同。以這種富含節理的巖體作為壩基，能否維持大壩穩定？在設計施工中又面臨哪些難點問題？教師通過這一案例激發學生關于巖體強度、壩基穩定性的影響因素與評價以及壩基處理等方面問題的興趣，引發他們的思考。

2.趣解知識深入淺出，幫助理解。“巖石力學”雖然是一門力學類理論課，但與“材料力學”等課程相比，它具有極強的實踐性，對于剛開始學習專業課的本科生來說仍有一定難度。其實生活中富含力學原理，如果教師用生動的生活趣事來解讀陌生的理論知識，將極大地幫助學生理解。以利用巴西劈裂試驗測試巖石的抗拉強度為例，這是一種通過施加壓力而使巖石發生受拉破壞的試驗。在日常生活中，開核桃一般使用專用鉗子夾，核桃被夾開裂的部位往往都是受拉破壞。再比如，松弛是指在應變恒定的情況下，巖石的應力隨時間而減少的現象。生活中愛穿松緊腰褲子的學生可能會發現，穿久了以后哪怕褲子腰圍沒有變，但是松緊帶的張力大小會遠不如新褲子，也就是松緊帶發生了松弛現象。

3.理論知識落地實踐，強化應用。“巖石力學”課程具有較強的實踐性，課程中的知識也是用于解決實際工程問題的基礎。然而，為方便知識點講解，教材中提供的圖解或示意圖大多是理想化的，與實際巖石試驗所得曲線有較大差距。比如，教材中巖石的三軸壓縮試驗曲線包含光滑完整的四個階段，但在實際不同性質的巖石中，應力應變曲線可能存在較大差異。再比如，在實際的巖石試驗中，我們常進行分級加載直至巖石試樣發生蠕變破壞（如圖1所示），這與教材中示例的光滑曲線不同。

圖1角礫熔巖軸向流變試驗曲線（圍壓8MPa）

因此，將“巖石力學”課程中的理論知識對接工程實踐，既能幫助學生理解知識內容，又能為學生畢業后開展工程實踐工作或從事科研工作做好鋪墊。

（二）教學模式探索，激發學生興趣

積極結合線上教學資源，輔助學生完成課程內容的課前預習及課后復盤，將有助于改善學生被動接受式學習現狀。

1.線上線下混合式教學模式。在新工科建設背景下，隨著“互聯網 + 教育”的發展，多種多樣的線上教學資源也越來越豐富[4]。因此，為提高課堂授課效率，可提前在教學空間上傳相關知識點、重點難點問題解析等精品視頻教學資源，采用“先學后教”的模式[5]。這些資源既可供主動性強的學生課前預習使用，當學生上課沒有完全聽懂時又可供復習使用。對于缺乏“巖石力學”試驗設備的高校，在講授巖石基本力學性質試驗時，教師可在教學空間上傳基本力學性質試驗，設置思考題，并在上課時通過提問或研討，檢驗學生的學習效果。

2.專題研討翻轉課堂教學模式。傳統線下課堂教學的優點是知識點密度高。然而，教學過程中師生互動少，學生的參與感低，容易失去學習熱情。因此，教師在講解完理論內容后，針對相關工程實踐問題，邀請學生分組研討，分析主要影響因素，并分別預測采取和不采取措施的情況下，案例中的巖石工程會有怎樣的變形趨勢以及破壞模式。一方面，學生為了準備解決方案需要主動集中精力，增強主角意識；另一方面，這也切實考查了學生的學習成果以及針對復雜實際工程的分析能力和問題解決能力。

四、教學效果評價

“巖石力學”課程在采用上述教學改革方案后，從學生課堂表現、期末考試成績以及學生評價這幾個方面看，都有顯著效果。

（一）課堂參與情況

教師采用線上線下混合式教學，學生可以提前在教學空間查看相關知識點的教學視頻，從而在課堂教學中更容易理解重難知識點，也更能從學習中獲得成就感，形成正循環。教學改革方案實施后，學生回答隨堂提問的主動性顯著提高，很多問題剛表述完，就已經有學生說出了答案或想法；此外，學生回答隨堂提問的正確率也越來越高，獲得正面評價后，他們也更愿意積極參與課堂。通過采用專題研討模式，學生彼此之間有了更多交流，合作意識加強，并更加熟練掌握相關知識。從學生針對專題提出的方案可見，他們對實際問題分析的合理性和全面性也較好。

（二）成績分析

“巖石力學”課程改革方案實施后，學生的課堂參與度提高了，相應地取得了較好的學習效果。通過多種方式優化課程內容，將艱澀難懂的知識轉換成生活化、有趣味的語言；通過實際工程案例幫助學生理解巖石工程的重要性、了解實際問題的復雜性，以及掌握課程理論知識在實際問題中的轉化和應用。線上有針對性的教學資源，能加深學生對知識體系的認知；線下課堂教學與專題研討也幫助學生理解了重難點內容。學生在期末考試中，平均成績為88分，其中90分以上優秀成績占比36% ， 70～89 分中部分數段占比 57% ， 60～69 分及格成績僅占 7% ，可見改革效果整體較好。

（三）學生評教

期末評教是獲得學生對課程內容安排、教學方法等方面評價的好途徑。在該學期的學生評教中，收到有內容的評價超過 86% ，其中關于課程和授課教師的正面評價占比 100% ，學生評價分數在學院中排名前 5.00% 。可基于此檢驗教學改革成效，并輔助開展進一步優化實踐。

通過本次課程內容優化，教師在期末學生評教中取得廣泛好評，如“對于知識點的講解貼合學生，通過生活中的例子做比喻加深我們的理解”等。另外，教師通過實踐線上線下混合式教學，補充和擴展知識點以及相關學習視頻，也有助于學生獲得更好的學習體驗。最后，在課程改革實踐的過程中，學生感受到了被重視、被理解，比如“關注學生狀態，重點講解清晰”“注重學生個體差異”，從而激發了學生更多的學習動力，形成學生和教師高瀕交流、相互信任的局面，進而取得更好學習效果的正向循環，（見圖2所示）。

結語

“巖石力學”課程是土木工程專業城市地下空間工程方向的專業基礎課，在以適應土木工程工業化、信息化和綠色化發展為導向的新工科培養理念下，課程的創新性教學探索與改革勢在必行。本文探討了“巖石力學”課程在內容優化、教學模式探索等方面的現狀與改進措施，并基于學生課堂參與情況、考核成績分析以及學生評教等方面開展改革效果分析。結果表明，教學改革方案堅持以學生為中心的人才培養理念，有助于提高學生的學習積極性以及課堂參與度，同時培養了學生解決復雜工程問題的能力。

圖2學生評教系統截圖

參考文獻

[1]茹忠亮.新工科背景下巖石力學課程教學探索與實踐[J].教育現代化，2020，7（45）：75-77.

[2]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）：57-60.

[3]關凱，朱萬成，劉洪磊，等.新工科課程教學設計與實踐：以東北大學應用巖石力學課程為例[J丁.高教學刊，2022，8（6）：71-75.

[4]王如賓，石崇，談小龍，等.SPOC巖石力學在線教學建設探討[J].中國多媒體與網絡教學學報（上旬刊），2020（12）：54-56.

[5]劉厚彬，李皋，梁利喜.混合式教學在“巖石力學”課程教學改革與探索[J].教育教學論壇，2021（36）：109-112.

Teaching Exploration of Rock Mechanics in the Construction of Emerging Engineering Education： Taking the Civil EngineeringMajor ofJiangnan University asan Example YANG Lan-lan1，LIU Wen-hual，WANG Deng-feng1，WANG Ru-bin2

（1.SchoolofMechanicalEngineering，JiangnanUniversity，Wuxi，Jiangsu 214122，China;2.College ofCivil and Transportation Engineering，Hohai University，Nanjing， Jiangsu 21oo98，China）

Abstract： Rock Mechanics，due to its strong engineering background，cannot meet the social demand for talents n this field under the backgroundof the construction of Construction of Emerging Enginering Education if traditional classroom teaching mode is adopted.This study analyzes the main difficulties in theconstructionof rock mechanics courses，and proposes reform measures from two aspects： course content optimization and teaching mode reform based on the current situation of civil engineering course at Jiangnan University.The reform effct is evaluated through classroom participation，final assessment，and student evaluation.Theresults indicate that the exploration ofcuriculum reform works well，not only completing the online and ofline teaching resources of thecourse，butalsogreatly increasing students’interest inlearning，cultivating theirability tosolvecomplex enginering problems，and achieving good leaming results.This can provide ideas for the reformand exploration of rock mechanics related courses.

Key words： Rock Mechanics; case-based teaching; mixed teaching; education and teaching reform