基于工程案例的岩石力学知识模块教学法初探

赵娜

摘要：岩石力学是土木工程专业的主干课程，内容庞杂。论文将课程内容整理归类，划分为7个知识模块，并给出了知识模块图；介绍了工程案例的设计和选取原则，并对基于工程案例的岩石力学知识模块教学法的教学过程进行了论述。通过教学方法的改革，将理论知识与工程实践充分结合，提高了学生的学习兴趣及分析问题、解决问题的能力。

关键词：工程案例；岩石力学；知识模块；教学过程

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）12-0188-02

一、引言

岩石力学作为土木工程专业的专业主干课程，其研究对象是各类工程岩体，涉及岩石工程的各个领域，课程内容庞杂，如何使学生在掌握基础理论和岩体工程知识的同时，进一步提高分析和解决问题的能力是进行岩石力学课程改革的主要目的。目前，为了提高“岩石力学”课程的教学质量，国内许多学者对“岩石力学”的教学方法、教学内容、教学模式等进行了深入研究，如案例教学法、研究型教学法、数值仿真试验教学法、模块式教学法等。论文在此基础上将授课内容划分为若干个知识模块，每个知识模块通过某一工程案例引入，提高学生的学习兴趣和学习的积极性。

二、知识模块的划分

根据岩石力学的基本内容及教学目的，可将岩石力学的知识内容划分为基础理论和岩体工程两个模块。基础理论模块为各个工程领域都涉及的基本的理论、实验方法等，可分为岩石的物理力学性质、结构面的物理力学性质、岩体的物理力学性质及地应力的分布规律和测量四个子模块。岩体工程模块根据岩体工程类别分为地下工程、边坡工程和地基工程三个子模块。各模块间逻辑关系用图形表示如图1。

从图1中可以看出，将岩石力学的课程内容划分为7个主要的知识子模块，讲授顺序从上至下依次讲解。岩石和结构面共同构成了岩体，岩体赋存于地壳中，由于重力及构造应力的作用，在岩体中存在地应力。基础理论模块的各个子模块具有逻辑顺承关系因此讲授顺序不能调整，而岩体工程模块的各个子模块相互无关联，可以调整讲授顺序。

三、工程案例的设计

岩石力学课程具有较强的实践性，与工程实际联系紧密。不论是基础理论的岩石、结构面、岩体的力学性质还是地下工程、边坡工程等都是源于实践，通过理论分析、实验研究等总结归纳出来的。因此，通过具体工程案例引入各个知识模块具有很大的优势。

1.工程案例选取的基本原则。（1）工程案例的内容要与知识模块的知识点基本相符。工程案例的内容要切中各个模块的教学内容，与即将讲授的知识点内容基本相符，才能起到提高学生学习兴趣的目的，达到良好的教学效果，否者就失去了基本意义。（2）尽量选择学生能够所见所闻或本地区影响较大的案例，或近几年发生的影响较大的、工程特点突出、能够吸引学生并激发兴趣的案例。以选择符合相关教学内容并能够调动学生的思维和积极性的工程案例作为促进教学效果提高的出发点和归宿。

2.工程案例的设计。依据工程案例选取的基本原则，结合各知识模块的具体内容，为每一知识模块选取一个工程案例。如在地应力的分布规律及测量模块，地应力主要由重力和构造应力构成，构造应力的释放主要表现为地震。因此，根据与知识点相匹配的原则，引入众所周知的2008年的汶川地震的工程案例。2008年汶川地震前都汶公路工程區实测地应力值高达26—27MPa，地震后都汶公路在建隧道仍然发生岩爆，实测地应力值高达20MPa，仍然存在高地应力现象，这与人们对于地震后地应力会大量释放的认识不符。是什么原因引起的？学生被工程案例及问题深深吸引，寻求答案的好奇心被点燃，学习兴趣被激发。

四、基于工程案例的岩石力学知识模块教学法的教学过程

岩石力学知识模块划分后，课程知识点的逻辑关系一目了然，同时各个子模块间既相互联系又可自成体系。在课程讲解过程中作为七个专题以工程案例的导入，将各个知识点与工程实际相结合。同时，将学生划分为若干个学习小组，每组5—7人，各个专题（子模块）在内容结束后，对于工程案例和知识点进行分析和讨论，由教师进行概况总结，同时布置课后作业，由学生查找类似相关案例，进一步形成案例分析作为课后作业。通过案例导入、案例分析和讨论、概括总结、课后案例分析作业4个环节，充分调动学生的积极性、主动性和创造性，达到举一反三、触类旁通的效果。

1.工程案例的导入。根据导入时间，工程案例的导入可分为课前、课中和课后三种方式。（1）课前导入。课程内容讲授之前，通过工程案例创设教学情境，使学生快速将思维集中于预授新课上，以此为凝聚点，激发学生的兴奋点和学习兴趣。如前述的汶川地震工程实例，在知识点讲授之前引入工程案例，将地震后地应力仍然较高，没有大幅度降低的原因的问题抛出，点燃学生的好奇心，激发学生的学习兴趣。（2）课中导入。在课程内容讲授过程中，导入工程案例，将抽象的理论与工程实践相结合，把学生引入工程情境，促进知识点的理解和吸收。如结构面的物理力学性质模块，在讲到结构面对岩体破坏的影响时，马上导入边坡沿软弱结构面发生滑坡的工程案例，使学生对于知识点更容易理解并掌握。（3）课后导入。在课程内容全部讲解之后，将工程案例引入课堂，促使学生将所学知识点进行串联，分析工程问题，提高学生分析和解决问题的能力。如地下工程模块，在所有知识点讲述完毕后，引入工程实例，应用所学知识点分析工程并提出解决办法，使得学生将所有知识点串联，掌握各知识点之间的连接。工程案例以什么样的方式，什么时间导入并不定式。要结合学生的具体情况，知识点讲授的需要等，选择合适的时间和方式导入工程案例。

2.案例分析和讨论。将工程案例导入后，必须辅以分析和讨论，使得知识点和工程实际充分的碰撞、结合，提高学生对知识点的理解，同时对案例导入时的学生的疑问进行解答，使得学生有恍然大悟的感觉。在此过程中，对于学生理解不够透彻和深入的地方进一步地讲解，真正做到将知识点融会贯通。

3.概括总结和布置作业。将各个知识模块的主要内容和工程案例进行概括总结，提炼核心内容，理清其逻辑关系。并辅以一定量的课后作业，对所学内容进行巩固和提高。

五、结论

1.对岩石力学知识模块进行了具体划分，通过知识模块的划分，将各个知识点的逻辑关系加以梳理，各个知识模块既相互独立又相互关联，将复杂的知识脉络简单化，便于理解。

2.给出工程案例选取的基本原则及设计，将具体的工程案例融入理论教学，增强学生学习的兴趣和积极性。

3.基于工程案例的岩石力学知识模块教学法的教学设计分为案例导入、案例分析和讨论、概况总结及布置课后作业四个环节。

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