趙毅鑫 李 華

中國礦業(yè)大學(xué) 北京 100083

隨著我國對能源需求的日益增長，把以礦業(yè)工程為主的特色教育體系構(gòu)建成融礦業(yè)主體學(xué)科專業(yè)，力學(xué)、巖土、材料等相關(guān)學(xué)科專業(yè)為一體的“大采礦”專業(yè)是大勢所趨。我校作為一所礦業(yè)院校，圍繞構(gòu)建“大采礦”教學(xué)創(chuàng)新平臺，結(jié)合我國采礦業(yè)的現(xiàn)狀開展了一系列課程體系優(yōu)化和改革的嘗試，取得了較好的效果。然而，“大采礦”專業(yè)工程應(yīng)用中的許多問題均需具備一定的力學(xué)基礎(chǔ)，因此基礎(chǔ)力學(xué)教育在構(gòu)建“大采礦”特色工程教育體系中顯得非常重要[1-3]。

塑性力學(xué)作為基礎(chǔ)力學(xué)的后續(xù)課程，是我校采礦工程、工程力學(xué)、巖土工程等專業(yè)高年級本科生的重要課程。然而，由于塑性力學(xué)課程本身具有抽象性、復(fù)雜性的特點，要求學(xué)習(xí)者具有一定的力學(xué)和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，且在初學(xué)時比較枯燥，與學(xué)生們普遍感興趣的實際工程應(yīng)用相去甚遠。因此，學(xué)生對于塑性力學(xué)課程的重要性認識不足，學(xué)習(xí)的主動性不強。同時，教學(xué)環(huán)節(jié)中如何使學(xué)生既能理解復(fù)雜的基礎(chǔ)理論，又能認識行業(yè)特色工程中的實際問題，仍有待思考和完善。因此，有必要以“厚基礎(chǔ)、寬口徑、善學(xué)習(xí)、重創(chuàng)新、強實踐、高素質(zhì)”的原則制訂和優(yōu)化人才培養(yǎng)方案，結(jié)合學(xué)校礦業(yè)特色和優(yōu)勢學(xué)科，開展基礎(chǔ)力學(xué)課程建設(shè)和教育方法的研究[4,5]。

筆者以學(xué)校構(gòu)建“大采礦”專業(yè)的教學(xué)改革和課程建設(shè)為契機，結(jié)合學(xué)校礦業(yè)優(yōu)勢學(xué)科平臺建設(shè)及多年的塑性力學(xué)課程教學(xué)實踐經(jīng)驗，開展了“大采礦”專業(yè)相關(guān)學(xué)科中塑性力學(xué)課程建設(shè)和教育方法改革的嘗試，對具有礦業(yè)特色的基礎(chǔ)力學(xué)課程教學(xué)方法改革進行了思考，并從課程體系、選擇和完善教材、改革教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法、改革教學(xué)手段等方面進行了探討。

1 理清教學(xué)體系、合理選取教材是基礎(chǔ)

我?！按蟛傻V”相關(guān)學(xué)科中采礦工程和工程力學(xué)等專業(yè)為高年級本科生開設(shè)了塑性力學(xué)課程，而在此之前，學(xué)生已學(xué)習(xí)了部分基礎(chǔ)力學(xué)課程，如材料力學(xué)、彈性力學(xué)等課程，這一課程體系的設(shè)立延續(xù)了基礎(chǔ)力學(xué)的發(fā)展軌跡。然而在講述過程中有些內(nèi)容存在重復(fù)，即使是同一個概念，同一個問題，由于各門課程的視角不同，會出現(xiàn)采用的符號不同，甚至講解時的名稱也不同。因此，有必要理清塑性力學(xué)和其他基礎(chǔ)力學(xué)課程的關(guān)系及相應(yīng)教學(xué)體系。國際上的趨勢是將上述課程整合為一門課，如美國麻省理工學(xué)院(MIT)的Mechanics and Materials I, II課程。因此，在講述塑性力學(xué)之初，可按固體力學(xué)知識體系架構(gòu)，將以往所學(xué)基礎(chǔ)力學(xué)課程進行梳理，使學(xué)生認識各課程間的聯(lián)系。

另外，選擇合適教材是教學(xué)體系改革的基礎(chǔ)。以往該課程選用同濟大學(xué)夏志皋編寫的《塑性力學(xué)》作為教材，該書收集和汲取了國內(nèi)外大量資料，內(nèi)容著重介紹塑性力學(xué)的基本理論和進一步學(xué)習(xí)、研究各種塑性力學(xué)問題的基本方法，并提出一些深入討論的內(nèi)容。此書作為經(jīng)典教材已翻印多次，我校已使用近十年。然而此書面世已有二十余載，結(jié)合教材更新、教學(xué)體系改革的需要和學(xué)生反饋，我們改用了西安交通大學(xué)出版社2011年出版的《塑性力學(xué)基礎(chǔ)》(尚福林、王子昆編著)作為課程新教材。該教材在系統(tǒng)闡述塑性力學(xué)基本理論、基本方程的基礎(chǔ)上，注重對國外最新研究成果的研讀和各類問題的求解方法及其在工程中的應(yīng)用。同時，授課過程中配以礦業(yè)特色工程案例的講解，可使學(xué)生用較少的時間較扎實地學(xué)習(xí)力學(xué)理論和與其相關(guān)的礦業(yè)生產(chǎn)實際問題，教學(xué)實踐效果良好。

2 教學(xué)體系是改革的重點內(nèi)容

教學(xué)體系是教學(xué)過程的知識基本結(jié)構(gòu)框架、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計、教學(xué)方法設(shè)計、教學(xué)過程設(shè)計和教學(xué)結(jié)果評價組成的統(tǒng)一整體。包含：教學(xué)順序、過程、方式、方法、形式、內(nèi)容、反饋、評估、總結(jié)、比較和推導(dǎo)等一系列教學(xué)要素。

由于塑性力學(xué)課程本身的特點決定了該課程講授與學(xué)習(xí)都需要足夠的耐心與細心，教師在授課過程中需要邊思考、邊講解、邊推導(dǎo)，其中不乏枯燥的數(shù)學(xué)公式，學(xué)生的注意力稍不集中，就會思路受阻，只剩下滿眼的公式，致使學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣。因此如何使講解相對生動具體、具有吸引力是首先要解決的問題。這里著重從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程和教學(xué)方法改革三方面探討特色工程教育下的塑性力學(xué)課程教學(xué)體系。

2.1 教學(xué)內(nèi)容改革

與以往跟著書本走的模式不同，在該課程之前，安排完成相關(guān)專業(yè)的“現(xiàn)場認識實習(xí)”課程，使學(xué)生接觸到一些典型的具有礦業(yè)特色的巖石力學(xué)問題和現(xiàn)象。在該課程伊始，就給學(xué)生劃出教學(xué)內(nèi)容的主線，即在基本假設(shè)和彈性力學(xué)基本方程的基礎(chǔ)上，結(jié)合屈服條件、塑性本構(gòu)方程等條件求典型平面應(yīng)變問題的解析解，使學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容有整體的初步認識和把握。同時，引入礦業(yè)工程中典型的穩(wěn)定性問題，如邊坡失穩(wěn)、巷道變形、沖擊地壓、底板突水等，使學(xué)生認識到這些現(xiàn)象均發(fā)生在三維固體結(jié)構(gòu)中，屬連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的范疇；結(jié)合巖石材料在小變形條件下所發(fā)生的應(yīng)變軟化問題的講解，引出由小變形所導(dǎo)致的上述結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞問題，并將上述不同工程現(xiàn)象簡化成力學(xué)模型，列出其平衡方程，引出對于解決每個模型所需要的后續(xù)方程，這樣學(xué)生不僅會產(chǎn)生學(xué)習(xí)理論方法的興趣，而且會對工程中所出現(xiàn)的問題有更深入的理解，促進了學(xué)生從“現(xiàn)象認知”向“理論認知”的轉(zhuǎn)變。

2.2 教學(xué)過程改革

在教學(xué)過程中，以多媒體為主，配合適當(dāng)?shù)陌鍟?，以增強講課的直觀效果和教師與學(xué)生的互動，充分利用多媒體吸引學(xué)生的注意力，使學(xué)生的思路跟隨教師走。對于公式、定理等內(nèi)容，采用逐條顯示，配合必要的聲、光、顏色等手段以便重點提示；對于一些用簡單教具能說明的力學(xué)現(xiàn)象，可制作并利用實物或動畫進行演示說明；對通過實驗和現(xiàn)場工程案例能說明的內(nèi)容，盡量采用播放相關(guān)視頻的形式進行說明。

2.3 教學(xué)方法改革

塑性力學(xué)是理論性較強的基礎(chǔ)類課程，在教改方面結(jié)合了教學(xué)研究中的思考，以素質(zhì)教學(xué)為培養(yǎng)目標，樹立“應(yīng)用型基礎(chǔ)力學(xué)”的教學(xué)思想，教學(xué)方式主要采用“引導(dǎo)式”教學(xué)法，為學(xué)生創(chuàng)造一種熟悉實際問題的學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，使學(xué)習(xí)變?yōu)閷W(xué)生的自覺行為。主要采取以下方法：

(1)案例式教學(xué)。塑性力學(xué)本身在工程領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但枯燥的書本內(nèi)容和較短的學(xué)時，使學(xué)生無法通過書本了解其真正的應(yīng)用價值。以特色工程教育為基礎(chǔ)，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課堂上，結(jié)合學(xué)校和自身的科研特點，結(jié)合礦山巷道工程、礦山壓力管理、地鐵隧道工程、邊坡穩(wěn)定性分析等領(lǐng)域中的塑性力學(xué)問題，配合大量圖片和力學(xué)簡化模型講解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和對我校特色工程實際的認識。

(2)由案例引發(fā)的基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)。關(guān)注力學(xué)領(lǐng)域的新技術(shù)、新進展，關(guān)注國際、國內(nèi)礦業(yè)工程、巖土工程等領(lǐng)域的實際問題，引導(dǎo)學(xué)生提出問題，應(yīng)用相關(guān)知識進行分析，并引發(fā)后續(xù)學(xué)習(xí)。

(3)布置論文式大作業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生科研意識。通過課程大作業(yè)引導(dǎo)學(xué)生主動思考工程實際問題中的塑性力學(xué)模型。通過課堂上針對理論問題的講解和部分工程實際情況的說明，將一些可以通過塑性力學(xué)基礎(chǔ)知識分析的問題介紹給學(xué)生，并給出有代表性的大類題目，如邊坡穩(wěn)定、巷道變形等問題，由學(xué)生自選，將學(xué)生分為3人1組(組長負責(zé)，分工明確)，并引導(dǎo)學(xué)生查閱校圖書館電子期刊、書籍，進行課程論文撰寫。課程結(jié)束后，除閉卷考試外，每組需提交一篇課程論文(課程大作業(yè))，并寫明自己的體會和建議。

(4)注重能力培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生講解。對于部分內(nèi)容，可讓學(xué)生課前先分組閱讀，但不同組側(cè)重不同部分，且引導(dǎo)學(xué)生通過學(xué)校圖書館的網(wǎng)上資料庫查閱相關(guān)書籍和期刊，達到基本理解。課堂上，通過提問引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，并對同學(xué)的講解加以點評，最后對基本知識點進行全面總結(jié)。

(5)引導(dǎo)學(xué)生獨立思考，針對重點問題答疑、解惑。由于高年級學(xué)生處于找工作、考研復(fù)習(xí)階段，課堂注意力不集中，學(xué)習(xí)的主動性相對較差，學(xué)習(xí)過程中只是被動接受教師的安排，因此以教材為主線，多進行重、難點輔導(dǎo)，解惑答疑，并為學(xué)生提供每一章的參考習(xí)題。當(dāng)每章內(nèi)容學(xué)習(xí)將結(jié)束時，進行歸納總結(jié)，分析重點、難點等。

3 換位思考和鼓勵式教學(xué)是改革的關(guān)鍵手段

塑性力學(xué)針對的學(xué)習(xí)主體是相關(guān)專業(yè)高年級學(xué)生，這些學(xué)生面臨著就業(yè)和考研的選擇。因此，課堂上教師以自身本科、研究生學(xué)習(xí)經(jīng)歷為例，從學(xué)生角度出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生積極面對人生、面對問題、積極努力、迎接挑戰(zhàn)。同時，針對那些學(xué)習(xí)不主動、逃課、不交作業(yè)的學(xué)生，主動找其談話，談話時注意保護學(xué)生自尊心，以自身的經(jīng)歷和以往“大采礦”相關(guān)專業(yè)畢業(yè)學(xué)生發(fā)展的實際情況進行引導(dǎo)，加以鼓勵，使學(xué)生明白學(xué)習(xí)的真正目的。

另外，積極鼓勵學(xué)生參加國家和學(xué)校組織的大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃，促進其勤于動手、積極思考，將書本中的基礎(chǔ)理論與實驗室所觀察到的現(xiàn)象相結(jié)合，提升其思考能力和創(chuàng)造力。這些方法在實踐中不僅效果明顯，而且受到了學(xué)生的歡迎。

4 結(jié)束語

塑性力學(xué)是我校“大采礦”相關(guān)專業(yè)的重要課程，其教學(xué)內(nèi)容往往偏重基礎(chǔ)理論。因其理論難度大，造成學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高。如何提高教學(xué)效率和教學(xué)效果，如何在力學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性和將所學(xué)理論與礦業(yè)生產(chǎn)中所出現(xiàn)的實際問題相結(jié)合，都是礦業(yè)類特色院校塑性力學(xué)課程建設(shè)中所面臨的問題。以上對于問題的解決進行了初步嘗試，取得了一定的效果，獲得了學(xué)生的肯定和歡迎，但仍需進一步完善，以使其為行業(yè)特色教育體系的建立貢獻力量。

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[2]謝和平.堅持以人為本 推進教育創(chuàng)新[J].中國地質(zhì)教育,2005(4):17-22.

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