刘宗辉,周 东,胡 旭,苏国韶,梁少平

(广西大学 a.土木建筑工程学院;b.土木建筑工程国家级实验教学示范中心,南宁 530004)

0 引 言

当代土木建筑业的发展和科技进步，提高了土建类从业人员的职业标准，也对高校的专业人才培养提出了新的要求[1-3]。岩石力学作为土建类本科专业的重要基础课程，不仅具有理论性强、涉及本概念多的特点，同时工程实践性也十分鲜明，很多理论、经验等都来源于工程实践。实验教学作为专业课程学习中理论与实践相结合的一个重要实践性教学环节，有利于培养学生的工程意识和综合素质[4-5]。因此，岩石力学课程教学过程中应使实验教学成为学生综合应用与研究能力培养的重要切入点。

岩土与地下工程是我校土木工程“世界一流建设学科”的本科专业方向，相比该方向其他必修专业课，岩石力学实验室建设起步较晚，现有实验教学内容简单、模式单一，未针对专业特点形成系统、科学的专业实验教学体系，难以满足“双一流”建设创新人才培养的要求[6-7]。因此，研究建立系统、科学的岩石力学实验教学体系，对落实岩土与地下工程专业方向“双一流”培养目标具有重要意义。

1 岩石力学实验教学现状分析

1.1 教学内容与方式

在教学内容上，目前岩土与地下工程专业传统岩石力学实验教学环节包括岩石块体密度、岩石单轴抗压强度、岩石抗拉强度(巴西法)、岩石三轴剪切强度4个试验。学生通过这4个试验可以增强理解岩石的强度特性、破坏方式等重要的知识点。其中块体密度试验是岩石物理性质试验，后3个试验是岩石的力学经典试验，旨在获得岩石的抗压、抗拉、抗剪强度。但目前实验教学内容均属于验证性为主，实验内容单一，大多只是对前人知识的验证、重复和再现，综合性、设计性、创新性岩石力学实验项目涉及很少。

目前实验课为6学时，为完成教学任务，实验教师往往先集中讲授试验程序、数据处理等方法，然后演示试验操作过程，再让学生分小组进行试验操作，完成实验教师规定的实验内容。整个实验过程中，学生处于被动状态、无需自己做太多分析思考，也就难以直观地理解岩石和岩体力学特性的复杂性，更难以与工程实际相结合。这样导致学生参与意识差，依赖性强，未充分发挥学生自身的积极性,不利于学生创新意识和能力的培养。

此外，常规考核方式主要包括出勤率和实验报告完成情况两方面,这样的考核方式往往不能体现实验完成质量的好坏、学生实验能力的高低，使得学生实验积极性比较低。

1.2 教学设备及管理

(1)受传统实验教学模式以及资金制约，我校存在着岩石力学本科实验教学场地和实验设备不足的现象。目前用于本科实验教学设备仅有3台常规压力试验机和1台TJW-1000电液伺服岩石多功能试验机，且部分设备较为陈旧，其精确度和可操作性都远远落后于其他先进的岩石力学试验系统。远远不能满足每个学生都能动手操作的要求，无法让学生领会到岩石力学实验的精髓。

(2)我校拥有国内最先进的高压伺服动真三轴试验机，其在岩石力学试验方面的精度与功能均达到国际先进水平。但目前该类先进的岩石力学试验设备只对科研人员及研究生开放实验，尽管能在一定程度保护先进的岩石力学设备不受损害，但同时也严重不能满足本科生综合性、设计性、创新性试验开设。

(3)我校岩石力学实验设备管理较为分散，不同学科专业岩石力学设备各自为政，没有集中统一管理。这样一方面不利于将设备共享开展教学，另一方面也对设备管理维护带来隐患。

总之，目前我校现有岩石力学实验教学设备及管理模式落后、实验教学内容简单模式单一，未针对专业特点形成系统、科学的专业实验教学体系，从而难以实现对学生创新能力、工程实践能力、综合分析与解决岩石力学相关问题能力的培养目标。

2 三层次实验教学体系构建

2.1 理念及思路

核心理念是“学生为主体、教师为主导、创新是灵魂”，坚持以培养“综合应用与研究”型人才为目标。在实验教学改革中注重培养学生的主体意识，充分发挥学生的主体作用，充分发挥学生自身的积极性，使学生能主动学习、主动发展个性特长。注意理论教学与实验教学相结合、教学与科研相结合，使实验教学成为学生综合应用与实践能力培养的重要切入点[8-9]。

核心思路是以教育创新为动力，以优化、高效、共享的实验教学平台和有效的管理运行机制为保障，以培养学生的动手能力、实践能力和创新能力为最终目的[10]。实验教学改革应紧密结合土木建筑水利行业发展趋势，从“大工程观教育”综合性和实践性的理念出发，把工程所涉及的多方面知识、能力和方法系统地整合到一起，让工程教育从侧重理论知识积累回归到重视工程实践素质培养上来[2]。

2.2 总体框架

三层次实验教学体系包括“基本-综合设计性-个性培养”3个层次。第1层次为基础实验，第2层次为综合设计实验，第3层次为个性化实验，各层次间的实验技能与要求逐层提高，前一层次是后一层次的基础。其中第3层次个性化培养实验涉及到较多的岩石力学专业前沿内容，重点是训练学生的综合、创新和初步的科研能力。体系框架如图1所示。

图1 三层次实验教学体系框架

2.3 具体实施措施

(1)引入微课教学模式优化实验内容。微课是指将相关教学内容聚焦于某个知识点或某个教学环节，以微型视频为主要载体而开展的教与学过程[11]。微视频是核心，其设计应当综合考虑学生特征、教学目标、教学内容、课时安排及实验设备条件等因素。岩石力学基本实验微视频设计应包括实验设备介绍、试样制备、试样安装、实验过程展示及实验结果处理等步骤，制作过程应当做到操作规范、内容饱满、精炼、声音洪亮清晰。

教师提前将微课教学视频、学习任务布置给学生，学生可以自主学习掌握岩石力学实验过程与力学性能分析方法，完成学习报告，并将学习微视频后所思考的问题带入课堂，这样动手操作时有针对性、有目的性。微课教学可以在达到第1层次基础实验教学目的同时也可节省教师讲述、演示时间。

但对学生来说，微课教学并不是实际动手操作，因此，在此基础上进一步将传统教学模式中的验证性试验改革为设计性、综合性实验。教师提供某实际工程的岩石试样，由学生根据微课所学知识自主设计试验方案，并完成岩石单轴压缩变形试验、三轴压缩变形试验、软弱面剪切强度试验、纵波波速测定、泊松比测定。

引入微课教学模式变传统验证性实验为设计性实验，可为岩石力学实验教学提供了一条新思路。

(2)建立研究式教学方法。借助大学生创新训练计划项目、开放实验室基金等，形成以项目为驱动的“导师制”课外个性培养创新训练教学模式。全面推行“多成分的考核和评价体系”，以提高学生对本专业学科的综合应用与创新研究的兴趣，激发学生自主学习的热情，实现岩石力学试验教学的个性培养[12-14]。

学生可以选择导师和课题组，在进行基础技能训练之后，结合导师的科研课题申请大学生创新训练项目，开展自主创新训练。学生也可以自主选择研究方向，根据研究内容选择在实验中心或者科研基地完成项目的研究。如正在开展“大创计划”国家级创新训练项目：基于声音信号的深部地下工程岩爆地质灾害智能预警技术研究，该项目通过真三轴岩爆试验收集岩爆过程声音信号，分析其特征并建立预警系统。试验过程涉及真三轴试验机、录音设备和声音信号无线传输设备等(见图2)。

显然，学生在开展该创新项目之前应当很好完成岩石力学课堂教学中的各项教学任务，并熟练掌握相关仪器设备使用方法及基本原理。在此基础上，再由导师指导开展“大创计划”项目的试验研究，从而把岩石力学实验教学融入到解决实际科研问题当中去，培养了学生的科研意识、创新精神和创新能力，进而实现第3层次个性化培养目的。

图2 真三轴岩爆试验系统

(3)合理配置、更新和建设实验教学硬件平台。当前我校正处于土木工程“世界一流建设学科”建设关键时期，根据学科建设需求，将投入大量经费更新和建设实验教学硬件平台。在此背景下，岩石力学实验室建设迎来关键时期。实验室近期将新购置ZTR-2000电液伺服岩石常规三轴试验机3台、TJW-1000电液伺服岩石多功能试验机2台、STX-1202A全自动小型岩样切割机1台，以满足实验教学设备台套数的要求。此外，学院重新规划、布局本科实验教学中心，拟将新购置的岩石力学试验设备与原有真三轴试验机等其他岩石试验设备整合，建设集教学、科研一体的大型多功能岩石力学试验平台。

(4)建立面向本科生的实验室开放制度。开放的实验管理制度是落实三层次实验教学体系的基础[15-16]。实验室开放除了面向所承担的实验课程，也要面向大学生创新训练项目等课外实验。这就对管理效率提出了很高的要求，为了确保高效运行，我院实验中心已初步建立起统一的实验教学中心信息化管理平台，实现实验内容、空间、时间、人员、仪器设备等的高效利用和开放共享，推动了课程管理、师生交流、教学评价的信息化。

此外，我院也已开始建设大学生创新性实验室，由学生成立创新设计协会自主管理，定期举行各类创新竞赛活动。该实验室建设能为“大学生创新性实验计划”项目研究提供集中开放性的研究场地，也活跃了学生课外创新实践活动，锻炼了学生管理能力和创新实践能力。但由于该实验室刚刚开始建设，仪器设备、管理制度尚需不断完善。

(5)实行全方位的考核评价体系。客观、健全、有效的考核评价体系是激发学生自主学习意识的有效措施。针对新的岩石力学实验教学体系，考核评价体系由基本实验、综合设计实验、个性培养实验3个模块组成。其中，基本实验、综合设计实验为该实验课的基本成绩，考核内容包括：微课学习报告、综合实验设计方案、实验操作技能、实验报告等；个性培养实验依据学校创新学分管理办法进行考核，评定指标包括：实验创新性、实验完成情况、实验成果以及学生参与度等。为保证客观性，避免 “吃瓜群众”现象，考核注重学习的过程性评价，实行组内成员互评、组间互评、任课教师或指导教师考核“三位一体”模式。

3 结 语

创新人才培养是我校土木工程“世界一流建设学科”建设的基本任务之一，而实验教学是培养创新人才的重要途径，实验教学改革势在必行。本文围绕岩石力学实验教学改革，首先分析我校岩石力学实验教学现状与存在的问题，然后提出三层次实验教学体系，并分别从教学内容、教学方法、教学平台、管理制度以及考核评价5方面探讨新实验体系建设具体措施。所提出的岩石力学实验教学体系可大大提高培养学生科研意识、创新精神和创新能力。

实验教学体系建设是一项复杂的系统工程，是高校高等教育的基础之一，需要不断探索、实践、沉淀、积累，才能不断完善，适应时代潮流。