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摘要：

為了提高《爆破工程》課程教學質量，增強學生對專業課學習的興趣，達到土木工程專業人才培養的目標要求，依據高等院校土木類專業人才培養目標，調整了教學內容和教學目標。以其它學科為銜接，逐步講解爆破方法在土木工程中的應用。應用現代教學技術，彌補了傳統教學手段少的不足，拓展了學生的知識信息量，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：

土木類專業;爆破工程;課程改革

爆破法施工廣泛應用于采礦工程與土木建設工程中，對國民經濟建設起著重要作用[1]。工程爆破在露天和地下采礦工程中最為普遍，也是迄今為止最高效的技術手段。因此目前國內礦業工程類專業一般將爆破工程列為必修課程，爆破及相關的安全與技術也是采礦專業學生必須具備的專業技能。土木工程建設中，尤其在山嶺隧道開挖、地下空間利用中，爆破均作為施工的重要手段之一。在實際施工作業中，爆破作業一般委托專業的爆破公司進行，而土木工程師更偏重于爆破工程的安全和質量管理。為此，土木類專業開設的爆破工程應在教學目標、教學思路、教學內容上有所調整。中國礦業大學（北京）從1999年恢復招收土木工程專業本科生，2005年為土木工程專業開設爆破工程課程，課程團隊教師根據專業特點及實際需要，將爆破工程課程列為建筑工程專業及地下工程專業的選修課。根據專業特點編寫講稿，并在教學實踐過程中不斷總結與完善，經過十余年的探索，基本確定了土木工程專業爆破工程課程內容體系，并取得了較好的教學效果。

1結合專業特點，縮減教學內容，調整教學目標

爆破工程教學內容較多，而且涉及到巖石力學、工程地質以及爆炸力學、結構動力學、波動理論等與之交叉的學科。然而，在增加通識教育而壓縮專業學時的本科生教育大背景下，爆破工程教學學時由50～60學時調整至目前的30～40學時。內容多、學時少的矛盾只能通過縮減教學內容來解決，縮減的內容必須結合專業特點進行。傳統的爆破工程基本內容包括以下4大類：第一類為基礎理論，包括較為復雜的炸藥爆炸理論，巖石爆破破碎機理等。這部分內容占總內容的35%左右;第二類為爆破對象及介質屬性，包括介質的可爆性分級、炸藥雷管等爆破器材屬性及特點、爆破網路等[2]，此部分內容占比25%左右;第三類為爆破工程技術，為爆破技術的具體應用，包括地下爆破、露天爆破、拆除爆破等，此部分內容調整幅度大，占比30%～35%；第四類為爆破安全技術，此部分內容占比5%～10%左右。土木工程專業人才培養的目標是使從事本專業的學生成為一名合格的土木工程師。土木工程師從事的是工程設施的勘測、設計、施工、運營、保養維修等技術及相關經濟活動，而爆破技術的應用在很多土建工程的設計和施工階段都是不可或缺的。爆破法施工屬于土木工程建造過程中一種重要的技術手段，如爆破開挖是公路鐵路隧道、堅硬巖石基坑及孔樁開挖工程、公路路塹成型工程的必要手段。這些工程設施在建造階段管理工作的重點在于如何在安全的前提下實現爆破方法的經濟與高效。這要求土木工程師必須較深入了解爆破技術，掌握安全控制要點。而在一些工程的施工準備階段可能會涉及爆破拆除，如房地產開發前期的場地平整。這些拆除工程在實施過程中因爆破振動帶來的結構安全和擾民問題必須予以考慮。在設計階段對爆破法施工工藝進行論證時，可不考慮具體技術細節，而著重考慮爆破手段的可行性及爆破安全問題，因此土工工程師必須對爆破安全技術有所了解。由于面臨的爆破問題多樣化，且課時有限，難以在課堂上面面俱到。應強化理論在工程中的應用，使學生掌握解決問題的方法和基本思路。只有這樣，才能在實際工程實踐沉著面對各式各樣的爆破工程實際問題。據此，筆者認為，爆破工程第一類和第二類教學內容不減少，注重培養學生掌握基礎理論及其運用。目前,國家提倡由專業的爆破公司進行爆破作業。此時土木工程師從事更多的是爆破施工的管理工作，而不進行爆破的設計與施工。與之相關的工作包括爆破專項施工方案的專家評審、爆后效果評價、驗收與計量以及爆破安全的相關協調工作。因此應壓縮傳統爆破工程中爆破工程技術部分的學時，具體施工細節可少講或不講。針對行業發展特點及國家政策要求，在土木工程專業的爆破工程教學內容中增加第五類知識點—爆破行業知識，包含爆破方案設計、評估、監理的基本程序，嚴格的行政許可制度，火工品的追溯管理，系列的法律法規內容等。因此，維持第一、二、四類教學內容占比不變，將爆破工程技術內容的占比調整為20%左右，爆破行業知識內容占比在10%～15%左右。結合土木工程專業特點，將爆破工程課程的教學目標定為：學生能夠了解爆破器材基本性能和適用條件，了解爆破行業特點及相關程序，掌握巖石爆破基本的理論及安全控制要點，具備進行一般爆破工程設計與施工的能力。

2加強學科間聯系，根據學生已學知識，循序漸進

中國礦業大學（北京）土木工程專業培養計劃中，將爆破工程安排在大三下學期。此時通識課程及專業基礎課已經講授完畢，包括爆破工程的前置課程如大學化學、流體力學、巖石力學、工程地質等。然而土木工程專業本科生普遍對動力學尤其是波動力學了解甚少。地下工程專業僅在大學物理和材料力學中涉及較少的動力學知識，建筑工程專業學生雖然學習過桿系結構動力學和建筑抗震，但仍不能滿足教學要求。講授爆破工程過程中應充分利用學生的已學知識，循序漸進。在講授炸藥的爆炸方程、炸藥爆炸典型特征、炸藥的熱化學參數、爆破器材等知識點時，應充分利用大學化學已有知識，需要引導學生進行分析與推理，得到相關知識點；巖石爆破機理涉及較復雜的波動力學知識，如果從基本的動力學方程開始講授，時間、效果都難以保證。直接從霍普金森效應入手，結合大學物理的波的理論，引入波動方程，與靜力學及一般動力學進行對比，說明波動力學方程的物理含義及應用價值。土木工程專業普遍對桿件內力的觀念掌握較好而對應力的認知較少，這是由于結構力學、鋼筋混凝土結構、鋼結構等課程普遍引用內力進行分析，而爆破工程中更多使用的是應力，這就需要教師增加應力與內力的聯系，并用實例進行演示與說明。在講授巖石可爆性分級時，可先引導學生回顧在地基工程課程中學的工程巖體分級標準。巖體分級是評價工程巖體的質量及其穩定性重要依據，為將來的巖體開挖、加固支護設計提供參考，而巖體的可爆性分級是為了衡量巖體的開挖難易程度。雖然工程巖體分級是為了“立”，可爆性分級是為了“破”，兩者相互對立，而實際上又是統一的，都是工程建設的需要。除上述的例子以外，在講課中可以隨時聯系各學科內容進行講解，由此引導學生對知識點進行討論。這種聯系其他學科的教學方式既有利于培養學生的全面素質，也有利于形成創新能力。這種方法在實施過程中對教師的要求是極高的。首先，教師應熟悉各學科的教學內容和教學進度，才能使之與爆破工程課程內容既能相互滲透，又不超出學生的理解能力和知識范圍；其次，教師需具備良好的知識遷移能力和創新能力，這樣才能幫助學生掌握各學科與爆破工程的內在聯系，并在知識的相互聯系中發現問題。

3培養興趣，提醒學生牢記學習目的，引導學生展開自學

學生剛開始接觸爆破工程課程時，由于對爆炸物品充滿好奇心，折服于爆破瞬間產生巨大的做功能力，因此在引言的講授階段被此門課程所吸引，上課時認真聽講，教學效果也會很好。但隨著課程的開展，一些爆破基礎理論知識顯得枯燥乏味，初期建立起來的興趣會慢慢消失，出現上課注意力不集中甚至開小差等現象。要想解決這個問題，除了豐富教學方法教學手段，課堂上吸引學生注意力外，筆者認為應考慮以下兩個解決辦法。一是讓學生在課程的開始階段就要找到學習它絕對充足的理由，并且在學習的過程中注意引導。使學生認識到爆破是未風化堅硬巖石（單軸抗壓強度大于60MPa）開挖最高效、最廉價的手段，有時甚至是唯一的手段。然而炸藥爆炸經常被人看做是洪水猛獸，是脫韁野馬，稍有不慎就會產生重大的安全事故。因此要想對爆破進行控制，實現安全高效，必須認真學習爆破的相關理論。二是采用以學代教的方式。由于課時受限，部分技術問題難以全部在課堂上講授時，可以采用以學生為主體的教學方式。這里說的以學代教并不是由學生走向講臺，講授教學大綱中規定內容，而是指教師在課堂教學時，拋出問題，與學生一起討論分析，由學生課下查找相關的文獻完成，下次上課時隨機叫學生解答，教師最終公布答案。讓學生帶著問題去自學，以學代教，培養學生的學習興趣，也能使學生產生競爭意識，利于濃厚學習氛圍的養成。

4因地制宜，積極運用現代化教學技術

爆破工程講授過程中，除采用傳統板書外，我們還積極應用現代教學技術，努力提高教學效果。每節課的講課的脈絡結構，重要知識點仍采用板書，這種視覺信息相對于聽覺信息更有利于學生理解與接受，留下的印象也更為深刻。但板書在短時間記錄的信息量相對較少，表現方法較為單一，而多媒體技術可將抽象內容變得更加直觀，靜態結果變為動態的演化，既增強了學生的感性認識、深化了理性認識，還激發了學生對課程的學習興趣和學習熱情，解決了學時少、內容多的矛盾，提高了教學效率，改善了教學效果。

4.1數值模擬技術的應用

炸藥爆炸包含高溫、高壓、復雜的過程，在空氣中爆炸動態過程涉及流體動力學，熱物理學等知識，在巖石中爆炸還涉及巖石復雜的本構及流固耦合左右以及強度理論等。純理論相對枯燥乏味，尤其是對于基礎知識相對薄弱的工科學生來說，此部分內容是課程的難點。而此部分內容是爆破技術的理論基礎，學生必須重點掌握。中國礦業大學（北京）[3]采用計算機模擬的方式解決這部分難題。數值模擬技術已經成功的應用在爆破工程中各個領域，包含炸藥的爆轟、巖石爆破機理、拆除爆破等等。總結應用的案例，與傳統的影像相比較，數值模擬技術在下面幾個方面具有不可替代的作用[4]。數值模擬在某種意義上比理論和實驗對問題的描述更為深刻，更為細致，不僅可以讓學生了解問題的結果。而且可以隨時、連續、動態地重復顯示事物的發展，了解其整體與局部的細致過程。（1）數值模擬可以直觀地顯示出目前還不易觀測到的、說不清楚的一些現象，容易為人理解和分析，還可以顯示出任何實驗都無法看到的發生在結構內部的一些物理現象。（2）數值模擬技術非常容易實現相關性分析，當前的數值模擬軟件一般支持txt文本輸入，使用者可以方便的進行修改。分析者對某個結果的相關因素進行分析時，可以對參數值進行變化，計算得到變化后的結果。（3）數值模擬軟件可以非常方便的提取各種物理參量，更容易對發生的物理現象進行科學的解釋，學生也更易掌握。（4）課程教學過程中的數值模型來源有兩個：一為教師所在的科研團隊建立；二為國內外學術交流過程中同行交流所得。（5）爆破工程教學中應用數值模擬技術將抽象問題直觀化、可視化，并大大縮短了知識點的教學時長，增強了學生對爆破理論的認知。

4.2工程實例的展示

在講授爆破工程技術章節，教師以板書的形式做一個典型的爆破設計，由于以揭示設計流程及爆破參數間的聯系為主且受課時限制，因此工程規模偏小。而實際工程中，由于地質、環境、設備、安全等因素使得爆破設計相對復雜，為了使學生認識到爆破設計是一個系統工程，必須向學生展示實際工程的爆破設計。而由于涉及內容眾多，難以采用板書形式，只能利用多媒體技術進行，通過爆破工程實例，向學生講授爆破設計的相關內容，包括總體要求、基本思路、參數取值、網路形式、安全校核、試爆結果、參數調整等，以圖片或視頻展示爆破施工環節的總體情況、工序、操作要求、特殊情況處理、爆后的總結等。俗話說:“百聞不如一見”。通過選擇典型案例作為教學資料，可以很好地啟迪學生的思維，培養他們理解和分析問題的能力。由于教學中的案例來源于實踐，對學生具有很強的說服力。此外，以課題組教師主持、參與的爆破工程項目和課題研究以及國內外典型爆破工程案例為基礎，建立了適用于教學的“典型案例庫”。這些案例無論是地質條件，還是環境因素，都具有很強的針對性和典型性，均有助于增強學生對課堂教學內容的理解和掌握。工程實例展示做到了理論與實踐的結合，激發了學生的學習興趣，教學效果明顯。

5理論聯系實際，加強實驗教學

爆破工程是一門實踐性較強的課程，通過實驗環節，學生能夠親手接觸到爆破器材，培養動手能力，利于學生理論知識的消化與掌握。中國礦業大學（北京）共安排了6個課時的實驗教學，包括演示為主的巖石的SHPB沖擊實驗和以學生實際操為主的炸藥（導爆索）爆速測量及導爆管網路實驗。其中，SHPB沖擊實驗可以使學生更深入地了解巖石在高應變率下的動態性能，這是爆破工程技術人員應掌握的基本理論知識。爆速測量實驗中教師可以直接以實物向學生展示，講解工業炸藥（乳化炸藥）與軍用炸藥的（黑索金）、導爆索與導爆管的區別；實驗時將受試炸藥固定在木條上，學生可通過爆破硐的窗口直觀感受爆破過程；瞬間的光照、巨大的響聲、四處飛濺的木屑，直接體會到炸藥強大的做功能力。利用導爆管網路實驗模擬剪力墻或礦山多排毫秒延期爆破，演示非電雷管延時累加性以及四通方便快捷性；通過變換網路形式展現非電網絡的靈活性；對比爆前爆后導爆管顏色講述非電網絡的安全性及易于檢查的特點。整體上看，學生實驗出勤率優秀，不存在缺勤現象，試驗中參與程度非常高，基本做到了人人參與。為保證教學效果，教師要求學生在實驗前編寫實驗報告的理論部分，過程中記錄數據，實驗完成后匯總實驗報告，根據報告情況計入課程成績。

6加強爆破安全教育

在建設工程和采礦工程等行業中，爆破技術得到廣泛應用，帶來了良好的經濟效益和社會效益[5]。但各類爆破工程事故時有發生，給人民生命財產也造成了巨大的損失。工程爆破必須以安全為前提，而僅以工程要求為目的不安全的爆破是失敗的爆破。為了保證爆破作業能安全地進行，要求土木工程必須掌握爆破安全技術。爆破安全涉及兩方面內容：一為爆破器材的安全；二為爆破工程的安全。對于爆破工程師來講，前者主要指爆破器材類型、數量準確，運輸、存儲、銷毀安全，后者指爆破施工過程中的操作安全及爆破有害效應控制在既定范圍之內。雖然爆破工程有單獨的章節用來講爆破安全，但筆者認為這遠遠不夠。在教學過程中應當將安全教育貫穿所有的教學內容及教學環節里。突出案例教育以及個人的切身經歷，向學生講述相關的安全操作要點，尤其要揭示事故產生的原因，激發學生努力學好相關知識。

7結語

通過改革教學內容和教學方法，調整教學目標，促進了課程教學的系統化和規范化，增強了學生對本專業方向爆破工程應用技術的理解和掌握，使得該課程更適應土木類專業學生的實際需求。課程教學的實踐表明，將爆破工程與相關學科穿插貫通，應用現代化教學技術，能很好地培養學生的全面素質，極大地促進了學生自主學習的積極性，有助于學生更深刻地理解爆破基礎理論。結合課程特點與現代技術手段改革教學手段與方式，已取得良好的教學效果，較好地實現了該課程的教學目標。

參考文獻

[1]馮叔瑜，鄭哲敏．讓工程爆破技術更好地服務社會、造福人類——我國工程爆破60年回顧與展望[J].中國工程科學，2014（11）：5-13．

[2]張云鵬.“爆破工程”課程教學設計與能力培養[J].河北聯合大學學報:社會科學版，2012（4）：97-99.

[3]李勝林，陳壽峰.數值模擬技術在爆破工程教學中的應用[J].北京理工大學學報，2013，15(S1):133-135.

[4]王永強，郭學彬.基于計算機技術的爆破工程實驗教學探索[J].實驗技術與管理,2009,26(8):140-142.

[5]戴俊.爆破工程[M].北京：機械工業出版社，2007.

作者:李勝林 單位:中國礦業大學力學與建筑工程學院