面向采矿工程专业的结构力学课程教学设计

叶祖洋 盛建龙 柯丽华 陈勇

【摘要】系统分析了采矿工程专业对结构力学课程教学设计的力学要求与发展需求，针对新形势下采矿工程专业人才培养的力学需要，结合结构力学的研究内容，对采矿工程专业结构力学课程教学方式进行了设计研究，从而提升学生力学素质和解决工程问题的能力。

【关键词】采矿工程 结构力学 教学设计

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）15-0056-01

结构力学是采矿、建筑、桥梁以及岩土工程各专业一门重要的学术基础课。结构力学以杆件结构为学习对象，以理论力学和材料力学为学习基础，研究杆件结构力学特性的理论与工程应用，教学内容主要有杆件结构的几何组成分析、静定结构与超静定结构在外荷载作用下内力和位移计算方法、结构在动力荷载作用下的动力响应等。通过结构力学的学习，采矿工程专业本科生可以掌握复杂结构工程的简化要素、力学分析方法以及结构优化，熟悉采场顶板运动、巷道变形、矿柱稳定等采矿工程进行结构力学应用分析，成为采矿工程需要的高素质力学型人才[1-5]。

一、结构力学对于采矿工程专业的重要性

采矿工业是国家的经济命脉和工业现代化的重要支撑。当前浅部矿产资源逐渐枯竭，资源开发不断走向地球深部，深部资源开采逐渐成为资源开发新常态。现代采矿工程规模和开采强度的不断增大，资源开采过程中普遍面临高应力、高水压、高地温、大井深、强扰动等导致的重大难题，力学演化过程相当复杂。利用力学知识分析采矿工程深部岩体的力学特性、地应力环境以及工程扰动效应，从力学层面规划合理的开采方案，建立有效的灾害防治与预警系统，是全面提升深部资源获取能力的重要途径。因此，采矿工程专业迫切需要培养具有扎实力学基础的人才。结构力学作为采矿工程专业力学知识结构的重要组成部分，既可以加深学生对传统理论力学与材料力学的认识，也可以加强学生对后续弹塑性力学、连续介质力学的认识。当今时代，知识增长与更新很快，新知识新事物层出不穷。智能采矿、海底采矿、太空采矿等工程对采矿工程专业的结构力学又提出了更高的要求。所以，需要对采矿工程专业的结构力学教学方式进行设计，既要满足采矿工程的力学需求，又要符合采矿工程现代化的发展规律。

二、面向采矿工程专业的结构力学课程设计

1.培养兴趣，启发乐学。

《论语》有云：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”兴趣可以激发学习的动力，可以提升学习的效率，可以增强学生的创造主动性。然而课堂学习过程中，学生注意力不够集中，思维不够活跃，学习气氛沉闷，对结构力学缺乏主动学习的兴趣。通过对学生讲解结构力学发展史，结合力学故事进行生动讲述，让学生了解结构力学的来龙去脉；展示采矿工程典型建筑物图片，详细介绍采矿工程建筑物的结构特点与力学特性，让学生充分认识到结构力学对实际工程的应用价值；针对航天技术、无人驾驶、智能制造等前沿尖端技术，说明结构力学的发展前景与未来方向，让同学意识到结构力学对于推动人类现代科技发展的重要意义。表达内容尽量回避照本宣科，切忌生搬硬套，而用简单生动的实例去讲解抽象的结构力学概念，加深学生对结构力学知识的理解与记忆。

2.注重交流，团队协作。

学习过程既需要结合工程实际知其然，更需要相互交流、团队合作知其所以然、知其何以然。结构力学的学习是以理论力学与材料力学为理论基础，为弹性力学、钢结构等课程提供进一步的力学知识基础，具有承上启下的关键作用。对于不同的力学课程学习，教授方法与学习方式各有不同，学生的理解、学习与掌握能力差别较大。结构力学课堂学习过程，除了结构力学的一般原理进行通识讲解，针对习题让学生在黑板进行现场解答，其他学生进行讨论与完善。通过老师与学生互动交流、学生团队合作的方式，共同完成学习内容的认识、消化与应用的过程。团队协作给学生提供了一个相互交流、相互学习的良好环境。诸葛亮说：“集众思，广忠益。”这样既有利于老师掌握学生的知识储备和学习能力，也有利于提升学生的课堂积极性、凝聚力以及学习效率。

3.发散思维，勤学善思。

随着知识经济时代的快速发展，知识以爆发式的速度在增长与更新；结构力学的理论也在与时俱进，新的内容、新的方法、新的应用层出不穷。孔子曰：“不愤不咎，不悱不发。举一隅不以三隅反，则不复也。”结构力学的几何组成分析、内力计算分析、位移求解计算、超静定结构的求解等方法枚不胜举，授人以鱼不如授人以渔，关键要启发学生去思考与琢磨。对于每道结构力学习题，不要给学生灌输标准答案，务必摆脱僵化思维与惰性思想。这样既可以提升学生的注意力，也可以锻炼学生灵活运用于独立思考能力。同时，要真正学有所得、学有所成，就必须求实去浮、专心致志地学习。学习与思考、勤学与善思相互联系，培养和提高理论思辨能力。

4.敢于创新，学以致用

国家富强需要创新，结构力学需要创新，学生培养更需要创新。受国际环境冲击，采矿工业发展来自各方面的困难、风险与挑战不断出现，新形势下对于采矿工程专业学生的力学能力要求更高。结构力学可以体现采矿工程专业学生的综合能力，几何分析能培养学生的空间想象能力，内力计算能加强物理、数学以及力学基础，力法和位移法能提升接受新事物、新方法的学习能力，结构动力响应能培育学生的发散能力。结构力学必须鼓励学生敢于打破教條主义，敢于推陈出新，敢于创新。结构力学的学习不是为学而学，而在于学以致用：用以促学，学用相长。学习过程通过工程纪录片、全息投影、3+X维结构设计的视频教学与力学软件学习，开拓学生视野，理论与实践、学习与应用相结合，把掌握的知识转化为科技发展力量，从而推进采矿工程专业的进步与发展。

三、结语

采矿工程专业承担着采矿工业技术革新、保障国家能源发展的重要使命，学生培养肩负着采矿工程专业的发展与未来。结合当代采矿工程专业的人才需求与采矿工程的发展规律，将结构力学课堂设计为采矿工程专业学生的力学素质培养平台，激发学习兴趣，提升学习追求与爱好，加强团队合作精神，锻炼学生勤学善思和创新实践能力。

参考文献：

[1]盛建龙，叶义成，刘晓云，陈勇，刘艳章.新形势下采矿工程专业人才培养模式改革研究[J].中国矿业，2016，（07）：157-160+165.

[2]付果，彭旭龙.“结构力学”课程教学改革与实践探讨[J].中国电力教育，2013，（10）：88-89.

[3]叶义成，刘晓云，盛建龙，刘艳章，刘洋.采矿工程专业学生全程化空间思维能力培养[J].中国冶金教育，2016，（05）：46-48.

[4]习近平.在中央党校建校80周年庆祝大会暨2013年春季学期开学典礼上的讲话[J].理论视野，2013，（03）：5-8.

[5]徐营，曹启正，谢耀社.采矿工程专业力学知识结构优化研究[J].煤炭高等教育，2016，（03）：116-120.

教研项目：校级教学研究项目（20142010、YJG201531）