谈矿业特色塑性力学创新实践教学方法-教学方法论文-教育论文

谈矿业特色塑性力学创新实践教学方法-教学方法论文-教育论文

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［摘要］针对当前塑性力学教学现状和存在的问题，从培养在工程领域尤其是能源开发领域从事与力学相关的科学技术研发、工程设计及技术管理工作的高素质人才出发，制定具有矿业特色的塑性力学创新实践教学目标，编写囊括基础理论和矿业工程实践的塑性力学教材，实施合理的教学路径，提高学生分析问题和解决问题的能力，丰富其工程实践经验，引领学生在更高层次上领略力学学科的魅力。

［关健词］塑性力学；矿业特色；创新实践；教学目标

塑性力学是固体力学的一个重要分支，是研究材料屈服条件、本构方程和各种塑性问题基本解法的一门专业核心课程，也是学习相关专业课程的基础[１-３]。由于塑性力学基本概念的抽象性和复杂性，

学生极易陷入实际且不得要领的困惑当中，授课教师在教学过程中也会因缺乏成就感而丧失信心。但是，塑性力学理论不仅是研究金属力学性能的基础，也是解决采矿领域中的科学问题的重要手段，因此，塑性力学教学必须充分调动学生的主动性和积极性，从创新实践教学角度入手，实施具有矿业特色的教学路径，使学生从枯燥的概念和公式推导中解脱出来，才能实现教学相长的目的。本文根据作者近几年的教学经验以及科研成果，以塑性力学教学大纲为基础，结合矿业领域的一些关键科学问题，探索了具有矿业特色的塑性力学创新教学方法思路、实施方案、实施路径、教学实践和教学效果，为相关学科的教学改革与实践提供参考。

一、创新实践教学方法思路

（一）教学现状传统塑性力学主要研究金属材料的塑性特点[４-５]。由于塑性变形的复杂性，塑性求解不可避免地引入了大量的微分方程，对教师生动形象地教和学生积极主动地学提出一定的挑战。当前许多高校都在针对塑性力学进行课程教学改革，取得了很好的教学效果[６-７]，但是仍然存在一些问题。1.塑性力学教材单一。当前

普遍使用的塑性力学教材，大部分内容介绍的是金属材料，但对煤或岩石等各向异性和非均质性材料，并不能直接套用金属材料的相关结论，造成了无法将所学内容很好地应用到煤岩塑性研究当中。2.教学特色不鲜明。教材中的工程应用对相关工程领域中的科学问题没有详细剖析，无法体现本领域的主要特色。3.学生对塑性力学的重视程度不够。学生无法明确课程在本领域中的定位，学习只能流于形式。学生上课听讲不认真，考核只能是对公式的死记硬背，考试结束后课程内容迅速被遗忘。4.学生难以学以致用。如果上述问题无法得到很好的解决，学生在今后应用塑性力学知识时就会有“书到用时方恨少”的感觉，更谈不上灵活应用。针对塑性力学教学中存在的问题，作者实践了具有矿业特色的塑性力学创新实践教学方法，评价了教学效果。

（二）教学目标的定位及教学内容的修订1.教学目标的定位。针对教学现状，编写具有矿业特色的塑性力学教材，制定教学大纲，确定创新实践教学模式，使学生熟练掌握塑性力学基础理论，熟悉解决矿业工程领域中科学问题的方法。2.教材编写。工善其事必先利其器，教材的编写分为基础理论部分和应用实践部分。基础理论部分主要介绍塑性基本理论；应用实践部分融入矿业领域最新的科研成果，增加应用案例和实践环节，使学生了解应用塑性力学解决矿业工程问题的方法，以期达到矿业特色鲜明的目的。3.教学大纲的修订。教学

大纲的基础理论部分要求学生熟练掌握应力和应变分析、屈服条件的性质及应用、本构方程的建立等基本理论；应用实践部分中增加若干矿业领域中巷道支护、顶板治理、冲击地压等于塑性力学相关的案例。

（三）教学方法实施的路径1.课堂教学。课堂教学应积极采用引导式和互动式的教学方法，鼓励学生思考，寻求问题的解法，最后教师给出正确答案，真正做到调动学生的主动性和积极性。2.矿业特色人文教育。依靠作者学校的地理优势和矿业学科特色，开设专业导论课，聘请国内外矿业领域的专家学者来校讲学，重点讲授力学发展史、力学人文教育、矿业特色人文教育、前沿科研成果等。要求学生和专家积极交流探讨，对课堂教学的促进效果良好。3.结合全程本科生导师制和大学生创新项目。本科生导师制是作者学校深化本科人才培养模式改革，提高本科人才教育质量，提升本科创新人才培养能力，推动本科教育内涵式发展的重要举措[８]。大学生创新训练项目可将学生引入实验室并参与科研，培养学生的研究思维和动手能力[９]，潜移默化地引导学生形成完整的知识体系[10，11]。4.考核方式。合理的考核方式是引导学生主动学习的重要途径[12]，是矿业特色塑性力学教学方法实施的最后一环。塑性力学采用课程考试、课堂考勤、课后作业和工程案例分析及答辩四项内容相结合的考核方式。课程考试主要考核学生基础部分的学习情况，占最终成绩的60%，考题以塑

性力学基本知识点和基本问题求解为主。课堂考勤和课后作业各占最终成绩的10%。工程案例分析及答辩主要考核学生应用部分的学习情况，是本项教学方法的重要考核内容，也是课堂教学和课后实践的体现，占最终成绩的20%。教师根据矿业工程案例给出若干题目，学生分组进行案例分析、撰写报告并进行分组答辩。教师根据答辩情况给出该项考核的最终成绩。综上所述，具有矿业特色的塑性力学创新实践教学方法的具体实施路径可归纳为图1。

二、创新实践教学方法实践

（一）实践案例传统塑性力学教材中厚壁圆筒的弹塑性应力和变形的求解，是采矿工程中巷道围岩松动圈的理论基础。事实上，这一理论是巷道掘进过程中松动圈探测、支护设计和加固的重要依据。作者在讲解该部分内容时结合煤矿巷道围岩松动圈研究成果[13]，详细介绍了国内外关于松动圈探测的主要方法，并给出了巷道开掘后围岩松动圈、塑性区和弹性区的定义，使学生能直观地掌握现场应用和教材理论的区别和联系（图2）。总之，上述教学实践能够直观地告诉学生所学知识能找到用武之地，并且可以发表高水平学术论文。学生

在开拓视野的同时，学会了主动思考和思考。教师在教学过程中也能发挥专业特长，获得成就感，享受教学带来的乐趣。

（二）教学效果调查作者共邀请了力学专业31名本科生进行关于塑性力学教学的问卷调查。调查结果显示，93.5%的学生认为塑性力学十分重要，90.3%的学生认识到课程具有很强的实用性；96.3%的同学熟练掌握了塑性基本理论，这和课程的考核结果相吻合。在塑性力学应用篇的学习中，77.4%的学生认为结合矿业特色的授课方式能够提高自己的学习兴趣，并且可以促进对基础篇的掌握。但值得注意的是，仍有22.6%的学生暂时无法接受课堂上讲解矿业工程案例，部分同学希望能够结合岩土工程、结构工程或者安全工程等领域的案例来讲解。由此可见，多数同学对于结合矿业特色的教学方式较为认同，课后80.6%的学生能够解决简单的塑性力学问题，71.0%的学生期望今后能主动学习和应用塑性力学知识。

三、结论