典型案例对岩石力学课程的串联和架构作用

潘 锐,刘 洋

(安徽建筑大学 a.土木工程学院; b.建筑结构与地下工程安徽省重点实验室,安徽 合肥 230601)

0 引言

目前,我国的基础工程建设和大规模能源开发正在蓬勃发展,城市地下空间工程、采矿工程、石油工程等工科专业在其中扮演了重要角色.随着新工科理念的逐渐深入和“卓越工程师教育培养计划”的广泛推广[1-5],如何使学生对课程知识点进行整体把握并灵活应用,给我国高等院校相关工科专业课程知识体系的教学提出了更高的要求.

岩石力学是岩土和地下工程领域的一门核心专业课程,具有较高的理论性和实用性,属于典型的多学科、多行业基础课程[6-10].由于课程涉及的知识点众多,分布零散,教学过程中易出现前后缺乏联系、重点不突出等问题,学生对课程整体把握不足,对知识点理解不深,应用水平较弱.因此,笔者结合自己的教学实践[11],对现有教学思路进行改进,探索选择典型案例对课程知识点进行串联和架构,有助于提升学生对课程的整体把握和知识点的灵活运用,以及培养学生理论联系实际的思维和工程能力.

1 教学思路改进

岩石力学课堂教学常规流程主要为“课堂引入→知识点讲解→重难点提出→举例阐述→课堂总结”,这是目前师生普遍适应的模式,但是存在以下几个主要不足: 一是课程知识点多而分散,基本为“点—点”式讲解,学生对课程的把握能力较弱,只有少部分学生能够发挥主观能动性,将知识点变成“点—线”式,但是预期效果不如人意; 二是教学过程仍以教师讲授为主,学生在被动接受的同时缺少主动思考,师生互动仅以简单的提问为主且占比少,对学生引导不足; 三是学生对知识点的掌握以课堂学习为主,重心在考试,对知识体系的建构不积极,难以灵活运用课程知识.

基于存在的问题,笔者对目前的教学流程进行了改进,精选典型案例穿插于教学过程中,实现两个主要功能,具体阐述如下:

功能一: 典型案例的知识串联作用.以“串糖葫芦”式的连续思考为主要特点,大体流程为: “典型案例引出→案例所需基本知识1→典型案例所需基本知识2→典型案例所需基本知识3→…→典型案例所需基本知识N.” 在整个过程中,知识点的串联由表及里,由浅入深,由基础到主干,逐步串联起零散的知识点; 教师由主讲式转变为“提问—引导”式,通过连续性的教师发问、学生回答、教师更正后再提问、学生再反馈等过程,逐步引导串联典型案例所需知识点.串联过程中培养了学生的连续逻辑思维,对知识点的掌握也由原来的“点—点”分散式提升为“点—线—面”式,同时加强了课堂互动,让学生积极主动地参与到课程的教学中.

功能二: 典型案例的知识架构作用.以“撑伞”式的模块化理念和分散法思维为主要特点,大体流程为: “典型案例引出→案例所需若干知识模块→每个模块发散若干知识点→具体知识点在案例中的应用.”在整个过程中,案例所涉及的若干模块组成第一层知识架构(核心主干层),每个模块所发散的知识点组成第二层知识架构(分支扩展层).同样采用“提问—引导”式,教师引导学生思考案例所需模块及其知识点,逐层构建知识体系.架构过程中培养了学生运用模块化和分散化处理知识的能力,同时也提高了学生对知识的灵活运用,转变了学生在课堂教学中的被动角色.

教学中典型案例的选取应考虑综合性、热点性等特点.由于我国基础建设和能源开发涉及的工程数量大且分布广,因此需要教师精心挑选具有代表性的案例.同时,在案例引入的过程中要注重课程思政教育,增强学生爱国主义情怀,激发学生投身建设社会主义现代化强国的信念.

2 典型案例对课程知识点的串联

以地下硐室支护设计为例,案例的选取来自川藏铁路隧道、大型水电站等主要洞房或者千万吨级煤矿.课程串联思路如图1所示.

图1 典型案例的课程串联思路

具体来说,第一步需要对地下硐室所处岩层条件以及影响因素进行分析,包括岩层的分布信息、可能存在的地质构造; 第二步要对所涉及的岩层岩体力学特性和硐室所处地应力环境进行测试,为硐室设计提供基础资料; 第三步要根据岩体和地应力测试结果进行岩体本构关系和强度准则的比选; 第四步进行围岩应力和压力计算,对设计参数进行修正; 第五步根据计算结果设计相应支护和施工方案.

教师在教学过程中通过提问带动学生对所需知识点进行思考,引导学生在已有知识点的基础上进行下一步所需工作; 同时,针对所涉及的知识点,一方面要加强基本概念的理解,另一方面要强化在具体案例中的应用.

3 典型案例对课程知识点的架构

同样以地下硐室支护设计为例,课程架构思路如图2所示.

图2 典型案例的课程架构思路

具体来说,根据典型案例组建第一层知识架构,包括所涉及基础资料、室内试验、理论分析、设计方法、现场试验和验证反馈等六大核心模块; 然后组建成第二层知识架构,即针对每一个模块发散出所涉及的具体知识点.在六大模块全部发散出所需知识点后,整个课程知识点的架构也组建完成.

教师在教学过程中通过提问引导学生积极建立思维导图,重点培养学生由典型案例建立知识体系模块化,以及由模块发散出分支扩展知识点的能力,再作用于典型案例,让具体知识点得到概念深化和灵活运用,提升理论联系实际的水平.

4 教学效果反馈与评价

以安徽建筑大学岩土工程系为例,连续选择2018级、2019级和2020级的城市地下空间工程专业180名学生与地质工程专业100名学生进行了课堂教学效果追踪调研,统计结果如图3所示.

图3 教学效果统计

分析可知,采用典型案例穿插于教学中,学生对课程知识点的串联和架构反馈良好,基本概念理解深入,对课程的掌握和运用也更加熟练,应用效果较好,下一步除继续加强师生互动外,可考虑在地下建筑施工等课程中进行推广尝试.

5 结语

针对岩石力学教学存在的前后缺乏联系、重点不突出等问题,通过引入典型案例改进教学思路,对课程知识点起到了串联和架构作用,培养了学生连续逻辑思维、模块化理念和分散法思维等能力,提升了学生课程整体把握和灵活运用的水平,同时加强了课堂互动,转变了学生在课堂常规教学中的被动角色.