典型案例對巖石力學課程的串聯和架構作用

潘 銳,劉 洋

(安徽建筑大學 a.土木工程學院; b.建筑結構與地下工程安徽省重點實驗室,安徽 合肥 230601)

0 引言

目前,我國的基礎工程建設和大規模能源開發正在蓬勃發展,城市地下空間工程、采礦工程、石油工程等工科專業在其中扮演了重要角色.隨著新工科理念的逐漸深入和“卓越工程師教育培養計劃”的廣泛推廣[1-5],如何使學生對課程知識點進行整體把握并靈活應用,給我國高等院校相關工科專業課程知識體系的教學提出了更高的要求.

巖石力學是巖土和地下工程領域的一門核心專業課程,具有較高的理論性和實用性,屬于典型的多學科、多行業基礎課程[6-10].由于課程涉及的知識點眾多,分布零散,教學過程中易出現前后缺乏聯系、重點不突出等問題,學生對課程整體把握不足,對知識點理解不深,應用水平較弱.因此,筆者結合自己的教學實踐[11],對現有教學思路進行改進,探索選擇典型案例對課程知識點進行串聯和架構,有助于提升學生對課程的整體把握和知識點的靈活運用,以及培養學生理論聯系實際的思維和工程能力.

1 教學思路改進

巖石力學課堂教學常規流程主要為“課堂引入→知識點講解→重難點提出→舉例闡述→課堂總結”,這是目前師生普遍適應的模式,但是存在以下幾個主要不足: 一是課程知識點多而分散,基本為“點—點”式講解,學生對課程的把握能力較弱,只有少部分學生能夠發揮主觀能動性,將知識點變成“點—線”式,但是預期效果不如人意; 二是教學過程仍以教師講授為主,學生在被動接受的同時缺少主動思考,師生互動僅以簡單的提問為主且占比少,對學生引導不足; 三是學生對知識點的掌握以課堂學習為主,重心在考試,對知識體系的建構不積極,難以靈活運用課程知識.

基于存在的問題,筆者對目前的教學流程進行了改進,精選典型案例穿插于教學過程中,實現兩個主要功能,具體闡述如下:

功能一: 典型案例的知識串聯作用.以“串糖葫蘆”式的連續思考為主要特點,大體流程為: “典型案例引出→案例所需基本知識1→典型案例所需基本知識2→典型案例所需基本知識3→…→典型案例所需基本知識N.” 在整個過程中,知識點的串聯由表及里,由淺入深,由基礎到主干,逐步串聯起零散的知識點; 教師由主講式轉變為“提問—引導”式,通過連續性的教師發問、學生回答、教師更正后再提問、學生再反饋等過程,逐步引導串聯典型案例所需知識點.串聯過程中培養了學生的連續邏輯思維,對知識點的掌握也由原來的“點—點”分散式提升為“點—線—面”式,同時加強了課堂互動,讓學生積極主動地參與到課程的教學中.

功能二: 典型案例的知識架構作用.以“撐傘”式的模塊化理念和分散法思維為主要特點,大體流程為: “典型案例引出→案例所需若干知識模塊→每個模塊發散若干知識點→具體知識點在案例中的應用.”在整個過程中,案例所涉及的若干模塊組成第一層知識架構(核心主干層),每個模塊所發散的知識點組成第二層知識架構(分支擴展層).同樣采用“提問—引導”式,教師引導學生思考案例所需模塊及其知識點,逐層構建知識體系.架構過程中培養了學生運用模塊化和分散化處理知識的能力,同時也提高了學生對知識的靈活運用,轉變了學生在課堂教學中的被動角色.

教學中典型案例的選取應考慮綜合性、熱點性等特點.由于我國基礎建設和能源開發涉及的工程數量大且分布廣,因此需要教師精心挑選具有代表性的案例.同時,在案例引入的過程中要注重課程思政教育,增強學生愛國主義情懷,激發學生投身建設社會主義現代化強國的信念.

2 典型案例對課程知識點的串聯

以地下硐室支護設計為例,案例的選取來自川藏鐵路隧道、大型水電站等主要洞房或者千萬噸級煤礦.課程串聯思路如圖1所示.

圖1 典型案例的課程串聯思路

具體來說,第一步需要對地下硐室所處巖層條件以及影響因素進行分析,包括巖層的分布信息、可能存在的地質構造; 第二步要對所涉及的巖層巖體力學特性和硐室所處地應力環境進行測試,為硐室設計提供基礎資料; 第三步要根據巖體和地應力測試結果進行巖體本構關系和強度準則的比選; 第四步進行圍巖應力和壓力計算,對設計參數進行修正; 第五步根據計算結果設計相應支護和施工方案.

教師在教學過程中通過提問帶動學生對所需知識點進行思考,引導學生在已有知識點的基礎上進行下一步所需工作; 同時,針對所涉及的知識點,一方面要加強基本概念的理解,另一方面要強化在具體案例中的應用.

3 典型案例對課程知識點的架構

同樣以地下硐室支護設計為例,課程架構思路如圖2所示.

圖2 典型案例的課程架構思路

具體來說,根據典型案例組建第一層知識架構,包括所涉及基礎資料、室內試驗、理論分析、設計方法、現場試驗和驗證反饋等六大核心模塊; 然后組建成第二層知識架構,即針對每一個模塊發散出所涉及的具體知識點.在六大模塊全部發散出所需知識點后,整個課程知識點的架構也組建完成.

教師在教學過程中通過提問引導學生積極建立思維導圖,重點培養學生由典型案例建立知識體系模塊化,以及由模塊發散出分支擴展知識點的能力,再作用于典型案例,讓具體知識點得到概念深化和靈活運用,提升理論聯系實際的水平.

4 教學效果反饋與評價

以安徽建筑大學巖土工程系為例,連續選擇2018級、2019級和2020級的城市地下空間工程專業180名學生與地質工程專業100名學生進行了課堂教學效果追蹤調研,統計結果如圖3所示.

圖3 教學效果統計

分析可知,采用典型案例穿插于教學中,學生對課程知識點的串聯和架構反饋良好,基本概念理解深入,對課程的掌握和運用也更加熟練,應用效果較好,下一步除繼續加強師生互動外,可考慮在地下建筑施工等課程中進行推廣嘗試.

5 結語

針對巖石力學教學存在的前后缺乏聯系、重點不突出等問題,通過引入典型案例改進教學思路,對課程知識點起到了串聯和架構作用,培養了學生連續邏輯思維、模塊化理念和分散法思維等能力,提升了學生課程整體把握和靈活運用的水平,同時加強了課堂互動,轉變了學生在課堂常規教學中的被動角色.