岩石力学基础课的案例教学法探讨与实践

时间：2019-05-31 10:27:14 所属分类：社会科学 浏览量:

要：案例教学是基于工程实践、以问题为导向的教学模式，文章分析了目前岩石力学基础课程所存在的普遍问题，重点介绍了案例教学在教学方法上的理念优势，分析了案例教学在提高学生学习积极性、培养学生创新思维和锻炼学生解决工程实际问题能力方面的具体作用

　　要：案例教学是基于工程实践、以问题为导向的教学模式，文章分析了目前岩石力学基础课程所存在的普遍问题，重点介绍了案例教学在教学方法上的理念优势，分析了案例教学在提高学生学习积极性、培养学生创新思维和锻炼学生解决工程实际问题能力方面的具体作用，给出了案例教学方法在岩石力学基础课程教学中的三个主要阶段和具体实施流程。通过案例教学可以提高学生综合素质，提升教学效果，培养岩石力学应用型世纪创新人才。

　　关键词：案例教学;理念优势;主要阶段;实施流程

　　岩石力学是一门多学科交叉的新兴学科，是采矿工程、石油工程、安全工程、水利水电工程、岩土工程、地下工程等众多学科的专业基础课，也是一门认识和控制岩石系统力学行为和工程功能的科学[1]，具有很强的通识性和实用性。尽管岩石力学直到 20 世纪 60 年代才被确定为一门专业学科在高校课堂上进行讲授[2]，但是岩石力学的专业知识对于工程师的现场设计和施工来说是极为重要的。因此，该课程的教学具有内容复杂、理论性强、涉及面广以及与工程实践联系紧密的特点。对于安全工程的本科生而言，掌握岩石力学的专业知识和基本原理对今后的实践工作将大有裨益。但是目前岩石力学授课中普遍存在着教学模式单一、脱离工程实践严重、学生学习积极性差等诸多矛盾[3]。本文以岩石力学教学中存在的矛盾为着眼点，将案例教学方法与岩石力学鲜明的工程应用特征相结合，构建出一个较为系统的授课流程，并引入实际教学环节中，达到既让学生掌握好理论分析知识，又能夯实工程实践分析能力的目的。

　　一、案例教学的理念优势

　　1880 年美国哈佛大学开发了案例教学[4]，20 世纪 80 年代引入中国。与传统的“填鸭式”和“满堂灌”教学方式有所不同，案例教学法是教师根据具体教学内容和教学目标，对现实生活中的经典案例进行分析讨论，启发学生分析问题和解决问题的能力，加深学生对所学知识的理解和记忆，从而有效提升教学效果。案例教学中的典型案例源自于鲜活的现实生活和工程实践，这是案例教学区别于其他教学模式和策略的关键所在[5]。案例教学的理念优势具体体现在以下几个方面。

　　(一)知识性原则

　　案例本身蕴含着人类认识世界的方法，是集体智慧的结晶。比如，在对煤矿井下巷道进行稳定性分析时所用到的弹性理论和塑性力学方法就是岩石力学基础课程中的理论部分教学内容，也是人类认识世界的智慧总结，这部分内容就具有很强的知识性，如果缺乏这些基本知识的掌握就无法完成对具体巷道稳定性分析的任务。学生只有掌握了基本知识，才能把人类的智慧结晶内化为自我的能力，才能更好地服务于工程实践。

　　(二)趣味性原则

　　每一个案例都是一个真实的事例、动人的故事，具有从开始到结束的完整情节[6]。因此，案例具有故事性，它抛弃了教科书的抽象、刻板和乏味，通过引导，学生和教师一起去还原一个完整的故事，创造了一个魅力十足的生动世界，从而很好地吸引了学生的注意力。

　　(三)问题性原则

　　案例不是纯粹的故事，它里面还包含了一个个需要学生去分析和解答的各种问题，这些问题没有固定的分析思路，也没有固定的标准答案，不同的人有不同的方法，不同的人有不同的答案。在案例的分析和讨论过程中，学生们的各种思路和方法在课堂上相遇、碰撞，不断交织，形成思维的一种共振局面，最后形成大家都能普遍认可的“分析思路”和“标准答案”。这正是案例教学的精髓所在，既让学生解决了问题，又让学生消化了理论知识，而且整个过程生动有趣，毫无枯燥乏味之处。

　　(四)实践性原则

　　案例来源于生活实践，每一个案例都在每时每刻地反映着人们的真实生活，这一切学生都是可以切身体会和领悟的。所以，案例的实践性原则，可以引导学生把实际生活与案例联系起来，案例又与课堂知识联系起来，把知识的本原通过案例的形式生动地表述出来，在这种双重功效的作用下，学生对知识的掌握会更牢固、更持久。理念优势赋予了案例教学在教学内容和教学方式上表现出了与传统教学模式不同的独特性和新颖性。在教学内容上，案例教学法以具体问题为中心，引导学生根据具体工程问题，学习研究如何运用理论知识分析和解决工程实际中的具体问题。在教学方式上，案例教学主要以互动交流为主，让学生积极参与案例的分析和讨论，促使学生获得分析问题的方法和能力。

　　二、案例教学在岩石力学基础教学中的作用

　　随着我国科学理论和工程技术的不断发展，采矿工程、水利水电、地下工程等工程设计与岩石力学的结合日趋紧密。岩石力学的发展遵循着人类认识自然的基本规律，从实践到理论，从理论再到实践，案例教学一直是岩石力学基础教学中的重要教学模式之一[7- 8]。其在课堂教学上的积极作用主要有以下几点。

　　(一)改变学习方式，吸引学生注意力

　　具体案例来自人类实践，本身具有切实的工程生活背景，在好奇心理的驱动下，学生的注意力很快被吸引过来，并随教师的引导进入一种良好的学习状态。例如在讲授岩石的破坏准则和强度理论部分时，可以先不讲理论部分，而是先把井下巷道失稳破坏、隧道崩塌、边坡滑坡、水库溃坝等工程事例以视频或图片的方式呈现给学生，通过讨论发言让学生自己去寻找事故发生原因和发生条件，这样就很顺利地将工程事例与理论知识联系到了一起。学生在学习过程中不会觉得理论知识枯燥无味继而能够保持持久的学习热情，良好的教学效果自然水到渠成。

　　(二)开发学习潜能，发挥学生主体地位

　　在以往的传统教学模式中，教师一直都是教学中的主体，教师讲授部分占课堂教学的绝对优势，学生讲得很少甚至没机会表达自己的个人观点和看法。因此传统教学模式经常会遇到“教师讲课累坏了，教学效果还不好，学生也不喜欢”的尴尬局面。在案例教学中，教师选取典型的工程案例，以解决工程问题为目标，通过师生间的互动，让学生自己通过工程实例提炼出丰富的案例信息、理论知识和经验教训，变被动学习为主动学习，让学生成为教学中的主体。如此一来，岩石力学基础教学中的主体对象变了，不但学生学习的积极性和主动性提高了，而且还有效开发了学生的学习潜能，提升了教学效果。

　　(三)激发创新意识，培养学生综合能力

　　在以工程问题为先导的案例教学中，对于所要分析的问题既没有现成的套用公式，也没有固定的研究模式和研究思路。为了寻求合理答案，学生事先必须要查阅大量文献和资料，必须要深入分析和积极思考，长此以往，一方面培养了学生问题意识和思考习惯，另一方面锻炼强化了学生的创新意识。同时，工程案例中所涉及的问题错综复杂，需要学生持久深入的观察分析，归纳总结和理论计算，这种训练过程，既提升了学生的理论知识应用水平，又锻炼了学生解决工程实际问题的综合能力[9]。案例教学不再停留在理论公式和准则的简单套用上，而是激发了学生通过分析加工将实际工程问题抽象为力学模型的兴趣，重点强调在实践中抓住主要矛盾、忽略次要矛盾的思想，作为原有课堂教学内容的补充，很好地弥补了专业教材的不足。同时，合理案例的选择也服务于专业发展，从而可以取得一举多得的良好效果。

　　三、岩石力学基础案例教学的组织与实施

　　一个完整的案例教学可分为三个阶段：课前准备阶段、课堂实施阶段和课后评价阶段[10]。三个阶段相辅相成，互相支撑，只有这三个阶段都准备好了，案例教学才能彰显出它的独特魅力。

　　(一)课前准备阶段

　　案例教学的课前准备包括教师的课前准备和学生的课前准备，师生做好课前准备是案例教学成功的第一步。在案例教学中，学生是教学的主体，为了达到教学目的，任课教师应从选择合适案例、组织教学内容、确定教学重点难点和安排教学过程四个方面做好案例教学的准备，具体过程如下。

　　1.充分了解和熟悉岩石力学基础课程的教学大纲和教材内容，充分了解学生课程学习的背景资料，确定教学重点和难点，明确教学思路，制定详尽合理的教学方案。

　　2.利用网络搜索查询与国内外岩石力学基础相关的最新研究和文献，了解岩石力学学科的发展现状，根据岩石力学教学大纲收集整理具有代表性的典型岩石工程案例，例如隧道塌方、煤矿井下巷道破坏失稳、煤与瓦斯突出、冲击地压、钻井失稳等，并对之进行知识点归类。

　　3.对收集到的各种工程案例进行教学设计，根据岩石力学教学内容和知识点，选取合适的工程案例，运用岩石力学基本理论和基本原理对具体工程案例进行深入剖析，设置案例思考题，并提出一系列解决方案和思路。

　　4.根据教学大纲的教学内容，合理安排教学过程，循序渐进地选择相关的岩石工程案例，对学生进行分组，列出较为详细的讨论提纲，并提前将相关资料发给学生。学生在案例教学中需要做两个方面的课前准备，一是背景知识准备，学生根据任课教师布置的案例分析作业，通过温习课堂教学内容、阅读教材、查阅参考书和相关文献等方式来做好相关背景知识准备。二是独立分析案例，在案例分析过程中，学生通过分析产生岩石工程灾害的具体原因，提炼出主要矛盾和次要矛盾运用背景知识进行具体分析和计算，并制定解决方案。

　　(二)课堂实施

　　阶段课堂实施是案例教学非常重要的部分，课堂实施的效果好坏直接关系到案例教学的成功与否。课堂教学可以从以下几个方面来设计安排。

　　1.设置疑问，引入案例。根据教学大纲内容，将需要讲授的内容用视频、图片、动画等媒体形成展示出来，利用学生的好奇心理，通过设置疑问，把学生的注意力集中到学习任务中来。在讲授岩石物理力学性质和强度的相关内容时，可以设置这样的问题：有一条隧道要穿山而过，隧道的开挖位置位于山体的哪一个岩层内才能使隧道保持最佳的稳定性?学生虽讨论热烈，但仍感到比较茫然。这个时候教师可以给出答案：隧道的布置位置跟岩层厚度、物理力学性质和强度相关，根据山体岩层的具体分布、厚度情况、破碎情况、力学性质和强度特征情况，最终要选择厚度较大且分布稳定、遇水不膨胀、力学性质好、岩石强度大的岩层作为隧道的布置层位。通过案例引入，把讲授内容生动自然地引入课堂，学生对所讲内容感兴趣，教学效果自然就事半功倍。

　　2.案例分析与讨论。为了让学生深入理解所学知识，案例分析和讨论就显得非常重要。案例分析和讨论中所用到的案例可以是课前准备阶段教师给学生布置的作业，也可以是教师在课堂上直接引入的案例，比如上面说到的隧道开挖层位选择案例。在案例分析讨论过程中，教师可以将学生分成若干小组，每个小组通过事前的分析和准备，在课堂上分别陈述案例的具体分析思路、计算结果和解决方案，供大家讨论。任课教师要根据各个小组的分析结果，做好详细记录，并充分调动学生的积极性和主动性，为后续的案例总结做好准备。如果是教师在课堂上引入的案例，在进行分析和讨论时，要注意控制好时间，尽量让全班学生都参与进来，而且在选择这种案例时要尽量简单，学生可以根据课堂所学知识进行直接分析和判断，避免分析讨论时间过长，影响教学效果。

　　3.案例总结。好的案例总结能够起到提纲挈领的作用，在教学中能够达到让学生举一反三、触类旁通的效果，因此，案例分析和讨论结束之后，任课教师一定要进行案例总结。每个小组在案例分析和讨论结束之后，教师一定要对小组的发言和分析结果进行评价，充分肯定学生分析到位之处，对于不太合理的结果要点出原因，给出建议。在全班所有小组的讨论发言结束之后，任课教师要对这次的案例分析进行总体评价，结合各个小组的具体情况，充分肯定做得不错的地方，尤其要表扬那些具有创新思维的学生，鼓励他们所提出的创造性方法和思路。同时一定要总结归纳出学生在案例分析中的共性问题，这一过程可以很直观地发现学生对知识点的掌握情况，对于岩石力学的重点和难点还有相当比例的学生没有吃透的情况，则需要任课教师进行必要的后续补充，让学生对知识点的掌握更加牢固。

　　(三)课后评价阶段

　　案例教学结束后，任课教师针对学生的讨论情况和存在的问题进行总结发言，得出共同结论。对于学生所发表的错误意见要持保留态度，切忌冷嘲热讽、打击挖苦，应鼓励他们敢于发表不同见解，并正确引导他们利用所学岩石力学基本理论、原理和方法解决实际问题。对于有异议的问题，鼓励学生在课后进行深入思考，探求新知。教师根据学生对知识点的掌握情况，总结出哪些知识点学生已经掌握，哪些知识点还需要进一步巩固，哪些知识点学生还没掌握，依此来及时调整自己的教学方法和教学内容。同时，案例课堂教学结束后，教师可以让学生谈谈个人的学习体会，或者对教师的案例教学方式提出完善意见。最后，任课教师可以根据自己总结出的共性问题和学生的具体建议进行反思，不断完善案例教学方法，提高教学效果。岩石力学基础的案例教学组织与实施流程如图 1 所示。

　　四、结语

　　1.岩石力学基础来自于工程实践，又服务于工程实践，是一门多学科交叉的专业基础学科。目前岩石力学教学中普遍存在教学模式单一、与工程实践脱节严重、学生主动学习积极性差的主要问题，将与工程实践紧密结合的案例教学融入岩石力学基础课堂教学，可以增强学生的学习兴趣，提升教学效果。

　　2.案例教学主要立足于工程实例，以问题导向为中心，使学生在对工程问题进行分析的过程中掌握岩石力学基础的相关分析方法和理论知识，培养了学生的工程意识和应用素养，提高了学生解决实际岩石工程问题的能力。

　　3.岩石力学基础课程的案例教学和实施过程可以分为课前准备、课堂实施和课后评价三个主要阶段，每个阶段的侧重内容均不相同，三者相辅相成。通过实施案例教学，可以将抽象的岩石力学知识具体化、形象化，引导和推动学生进行主动学习，锻炼自身综合能力，从而促进岩石力学应用型创新人才的培养。

　　参考文献：

　　[1]张咸恭.工程地质学：上册[M].北京：地质出版社，1979： 20- 27.

　　[2][美] R .E.古德曼.岩石力学原理及其应用[M].王鸿儒，王宏硕，等译.北京：水利电力出版社，1990：1- 2.

　　[3][7]王迎超，耿凡，张成林.岩石力学课程的现状与案例教改思路探讨[J].高等建筑教育，2013，(6).

　　岩石力学基础课的案例教学法探讨与实践相关论文期刊你还可以了解：《岩石力学与工程学报》

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