一、巖體水力學課程教學存在的主要問題

(一)研究生對課程的學習興趣不濃厚

“一天一門課，一周一學期”，體現(xiàn)了當今中國大學研究生期末的一個典型場景。每學期的最后兩周各門考試密集展開。一部分平時混沌度日的研究生，不得不突擊學習以便應付考試，或者大段摘抄專業(yè)書籍和文獻以應付課程論文，巖體水力學課程教學也不例外。因此，研究生畢業(yè)后被指缺乏專業(yè)技能，缺乏競爭力，就不足為怪了。拋開學習態(tài)度不端正、學習目標不明確等主觀因素，造成此現(xiàn)象的一個關鍵原因，是教師沒能充分調(diào)動研究生對巖體水力學的學習興趣和熱情。研究生的學習環(huán)境自由寬松，這樣安排的初衷，是便于研究生將時間用在自己感興趣的領域，增長自身知識，激發(fā)研究潛能。如果研究生教育階段仍無法讓學生感受到學習興趣和樂趣，而是選擇了用強制力逼迫或者聽之任之的極端方式，這樣做的效果是很不理想的。

(二)研究生地質(zhì)學基礎知識薄弱

受不同院校、不同行業(yè)的影響，研究生在本科階段的專業(yè)水平參差不齊，綜合運用已有知識學習新知識以及解決實際問題的能力相差很大。水利、采礦、地質(zhì)、石油類院校的本科教學環(huán)節(jié)，對水文地質(zhì)學、工程地質(zhì)學和巖石力學等地質(zhì)類課程普遍比較重視，這也成為了這類高校在巖體工程專業(yè)研究生培養(yǎng)上的有利條件。然而，目前國內(nèi)具備巖土工程專業(yè)研究生招生資格的高校，是以土木工程類院校為主。土木類院校以建筑工程為行業(yè)背景，以工業(yè)和民用建筑為主體研究對象，對水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和巖體力學等課程重視不夠是普遍存在的問題，甚至許多土木類高校本科階段不開設巖體力學課程或作為選修課，巖土工程專業(yè)研究生也沒有開設工程地質(zhì)學課程。這導致大量的巖土工程專業(yè)研究生的地質(zhì)學概念不清，嚴重影響他們對巖體水力學課程的學習質(zhì)量，教師的教學效果和品質(zhì)也受到很大的限制。

(三)學校實驗條件有限，課程的實踐教學環(huán)節(jié)嚴重不足

巖體水力學教學除了對理論講述環(huán)節(jié)要求高，對實踐性教學環(huán)節(jié)的要求也很高。室內(nèi)實驗揭示巖石最基本和最普遍的水力學特性，在巖石水力學實踐性教學中至關重要。諸如軟化系數(shù)測定，孔隙率和滲透率測試，三軸應力條件下的滲透率變化測試等都是巖石水力學性質(zhì)的基礎實驗。然而，大部分高校的現(xiàn)狀是實驗設備和實驗場地嚴重不足。如最基本的帶水滲或氣滲功能的電液伺服巖石三軸試驗機，國產(chǎn)的試驗機在國內(nèi)高校裝備數(shù)量很有限，功能齊全的高精度進口試驗機更是鳳毛麟角。基本設備都不齊全，大尺寸設備和實驗場地就更為缺乏了。這會使研究生對巖石水力學實驗的認識停留在字面理解上，很難真正掌握實驗原理及數(shù)據(jù)處理技術(shù)。

(四)教師專業(yè)素養(yǎng)和學術(shù)水平有限

具有較高的專業(yè)素養(yǎng)、學術(shù)水平、創(chuàng)新意識和能力的實踐教師隊伍是研究生創(chuàng)新人才培養(yǎng)的關鍵。由于巖體水力學課程較新，可選教材比傳統(tǒng)課程少。除了專門從事巖石水力學研究的專業(yè)人士之外，大部分承擔巖體水力學課程教學的任課教師都會遇到備課困難，知識點講解不清等問題，在課程內(nèi)容廣度和深度的把握上也是拙襟見肘，很難達到研究生課程的教學效果和教學品質(zhì)。

二、教學改革思路與措施

(一)激發(fā)研究生的專業(yè)興趣

巖體水力學牽涉的知識點眾多且繁雜，在教學過程中，教師因為想把各知識點的概念盡量羅列齊全，不發(fā)生遺漏，從而講授得過于理論化，使學生覺得聽課十分乏味。人天生有好奇心，學習新知識、探尋未知世界本是奇妙而富有樂趣的。可以通過國家重點和大型巖石工程實例、國內(nèi)外著名的工程災害事件的現(xiàn)場照片、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等資料，最大程度地調(diào)動研究生對巖體水力學課程的好奇心和探索欲望，從而提高學習興趣。結(jié)合巖石遭地下水滲流破壞造成的重大工程失事實例，如意大利Vajont水庫左岸大滑坡、法國Mal-passet雙曲拱壩全壩潰壩、美國Teton土壩巖基段潰決［5］，以及英國Woodhead和Bilbery壩、美國Francis重力拱壩、意大利Gleno連拱壩、阿爾及利亞Gabra壩、西班牙EwgadeTera支墩壩、法國Bouzey壩等失穩(wěn)破壞事故，借助統(tǒng)計分析資料(如國際大壩委員會)，從實例中強有力地體現(xiàn)巖體水力學性質(zhì)對巖體強度和變形特性的巨大影響，突出研究的重要性。同時，讓研究生充分了解這些事故，改變了工程界對巖體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的傳統(tǒng)認識，開辟了巖體水力學中眾多新興研究領域和方向，激發(fā)研究生的研究欲望，甚至可以培養(yǎng)研究生的科研責任感。

(二)完善研究生地質(zhì)學基礎知識

為了彌補大部分研究生地質(zhì)學基礎知識薄弱的問題，在充分調(diào)動學生的求知欲之后，強調(diào)巖體水力學是一門以工程地質(zhì)學、水文地質(zhì)學為地質(zhì)學主線，以流體力學、地下水動力學為水力學主線，以材料力學、結(jié)構(gòu)力學、彈塑性力學、巖體力學為力學主線的綜合學科。讓研究生深刻體會巖體水力學的多學科交叉融合特點。在課程講述過程中，若遇到與地質(zhì)學有關的知識，要注重基礎，詳細講述，盡可能幫助研究生建立正確的水文地質(zhì)學、工程地質(zhì)學和巖體力學概念。如水文地質(zhì)學中，溶穴、巖溶率、裂隙水和巖溶水、含水層和隔水層、隔水頂?shù)装濉①A水系數(shù)、滲流、層流和紊流、水流折射定律、溶濾作用;工程地質(zhì)學中的巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖、斷層構(gòu)造、水化作用、侵蝕作用、膨脹系數(shù);巖體力學中的地下硐室、錨固與注漿、節(jié)理、充填與膠結(jié)、損傷與斷裂、水力劈裂等基本專業(yè)術(shù)語，均需要詳細講解。注意強調(diào)巖體的各種地質(zhì)構(gòu)造、天然缺陷、高度非線性、各向異性、多尺度特點及不確定性特征，以及裂隙巖體中非達西流現(xiàn)象、巖石結(jié)構(gòu)的宏、細觀層次認識等難點問題，并且告知學生巖體水力學理論存在的問題。例如:對巖體中滲流描述，幾乎完全照搬土體滲流學，即孔隙介質(zhì)滲流學的方法及經(jīng)驗來解決，而裂隙巖體滲流還處在發(fā)展階段，對單裂隙滲流的研究和認識較為成熟，但對裂隙網(wǎng)絡情況以及非穩(wěn)定滲流還有待深入探索。

(三)教學模式和方法改革，注重實驗和現(xiàn)場調(diào)

研等實踐內(nèi)容和本科卓越工程師培養(yǎng)計劃的要求不同，研究生教學的核心并不僅僅是讓學生去掌握某一專業(yè)知識或某一種實驗方法，而是要讓學生學會發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的思路、方法，培養(yǎng)研究生獲取知識和創(chuàng)新的能力。一方面，圍繞巖體水力學的基本概念、巖體滲流規(guī)律的地質(zhì)分析、基礎力學理論和力學參數(shù)、巖體水力學的工程應用展開，結(jié)合巖體水力學的地質(zhì)分析方法、室內(nèi)外試驗方法、物理和數(shù)學模擬方法、系統(tǒng)綜合分析方法，以教師的專題介紹和研究生的學習匯報結(jié)合形式，加強和學生的互動，增加學術(shù)思想的碰撞，啟發(fā)和引導研究生深入理解科學問題。另一方面，除了為學生選擇合適的教材之外，還要給出相關參考書目，如《巖石水力學與工程》(張有天著)，《裂隙巖體水力學基礎》(朱珍德、郭海慶著)，《巖體水力學導論》(仵彥卿、張倬元著)，《高等巖石力學》(周維垣著)等，并且鼓勵學生廣泛閱讀學術(shù)期刊文章。開展理論和實踐的同步性教學改革。在巖體水力學課程的實踐環(huán)節(jié)中，帶領學生走進實驗室，針對具體的實驗儀器，講解設備構(gòu)成，讓研究生親自動手全程完成實驗。貴重設備可能不宜人人使用，但可以請研究生全程觀摩實驗，并同專職實驗員或博士生深入討論和交流，鼓勵學生撰寫實驗心得。

采取物理實驗與數(shù)值實驗結(jié)合的教學模式，把基于計算機仿真技術(shù)的軟、硬件平臺應用于巖石水力學教學中，拓寬傳統(tǒng)實驗教學中的實驗對象，通過鼓勵、指導學生自發(fā)設計模型進行數(shù)值仿真分析，開拓學生視野，激發(fā)學生的思維能力和創(chuàng)造性，有利于學生理解和掌握教學內(nèi)容，同時也可以促進教學人員科研能力的提高，還能在一定程度上彌補部分實驗設備缺乏的不足。此外，還可以采用現(xiàn)場實地調(diào)研的實踐性教學方式。廈門市地質(zhì)和地理環(huán)境復雜多樣，雨季頻繁，構(gòu)成了滑坡災害易發(fā)的基本條件。根據(jù)廈門的工程地質(zhì)條件，選擇華僑大學附近的集美區(qū)后溪鎮(zhèn)(2007年被確定為廈門市14處重要地質(zhì)災害地點之一)為調(diào)研場所，在由暴雨導致該地區(qū)邊坡滑坡的災害現(xiàn)場，講解水力耦合作用下巖土體的變形和破壞規(guī)律，幫助學生更形象地理解巖體水力學的水力耦合基本理論。當然，每一所高校，每一位教師的特點不同，必須根據(jù)本單位實際的軟硬件條件，確立課程教學改革的具體方式，而不是盲目借鑒其他重點院校的教學模式。巖體水力學課程專業(yè)性較強，建議在研究生第一學年的下學期開設。

(四)結(jié)合教師科研項目，提升教學品質(zhì)

近幾年，華僑大學積極鼓勵教師進行科學研究。巖土工程專業(yè)教師組建巖土力學與地下工程科研創(chuàng)新團隊，承擔了國家自然科學基金“深部裂隙巖體HM耦合作用下的聲學特性及參數(shù)研究(批準號51109084)”、“卸荷作用下巖石滲透性與損傷協(xié)同演化規(guī)律及主被動式聲學表征(批準號51374112)”，以及多項省部級、地廳級科研項目。教師在科學研究過程中，查閱大量文獻資料，緊密跟蹤國際和國內(nèi)的研究前沿，時刻關注巖石水力學發(fā)展和最新的學術(shù)成果。通過不斷努力，比較準確地把握到學術(shù)研究的發(fā)展方向，掌握了巖體水力學研究的一些新的實驗和理論分析技術(shù)，對水力耦合作用下巖石的強度、變形、損傷破裂和滲透性演化特性，以及卸荷條件下巖石滲透性與損傷協(xié)同演化的宏細觀表征等方面有了一定突破性認識，獲得了巖體水力學的新知識，教師自身的綜合素質(zhì)也得到了一定提高。將科研體會和成果融入教學中，進一步提高教學的理論起點，深化教學內(nèi)容，能夠讓課程教學跟上巖體水力學學科最新進展。例如:結(jié)合筆者所在科研創(chuàng)新團隊近期開展的滲透壓–應力耦合作用下的巖石滲透率與變形關聯(lián)性三軸試驗研究，以物理實驗為基礎，讓研究生借助高性能計算機，利用PFC2D顆粒流分析軟件，建立符合室內(nèi)砂巖滲透壓–應力作用三軸試驗的數(shù)值模型，定義流體域和流固耦合的控制方程，模擬巖石在不同圍壓和滲透壓組合條件下三軸壓縮試驗。圖1為不同時步試樣孔隙壓力分布情況，圖2為微裂紋分布模擬和試驗破壞結(jié)構(gòu)照片，圖3為不同滲透壓下巖石滲透率云圖。結(jié)合物理實驗和數(shù)值仿真結(jié)果，和研究生一起討論荷載和孔隙水壓力共同作用下，巖石的宏觀變形發(fā)展、細觀裂紋發(fā)育、剪切帶內(nèi)外應力狀態(tài)、孔隙率特征、滲透率演化特性等。

三、結(jié)語

巖體水力學是近年來各大高校逐漸開設的巖土工程專業(yè)碩士研究生專業(yè)課。此課程涉及多學科交叉內(nèi)容，跨行業(yè)特色鮮明，因此，教學難度大，極富挑戰(zhàn)性。通過激發(fā)研究生的專業(yè)興趣，完善研究生地質(zhì)學基礎知識的學習，在課程講授時注重實驗和現(xiàn)場調(diào)研等實踐內(nèi)容，結(jié)合教師科研項目開展教學工作，提高巖土工程專業(yè)研究生巖體水力學課程的教學品質(zhì)，為培養(yǎng)具備解決復雜巖石力學問題的高層次合格人才和具有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力的高技能人才奠定良好基礎。

作者：俞縉 蔡燕燕 劉士雨 涂兵雄 單位：華僑大學巖土工程研究所