煤礦開采學(xué)課程教學(xué)方法實(shí)踐探析①

李青鋒

(湖南科技大學(xué)能源與安全工程學(xué)院，湖南湘潭411201)

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的快速推進(jìn)，培養(yǎng)具有國際競爭力的創(chuàng)新型人才已成為高校人才培養(yǎng)的根本目標(biāo)。創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)包含創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力等的培養(yǎng)，但我國高等教育在人才培養(yǎng)方面一直存在著相當(dāng)嚴(yán)重的“統(tǒng)一化”傾向，這種傳統(tǒng)的“統(tǒng)一化”教育培養(yǎng)出來的人才習(xí)慣于接受而不習(xí)慣于思考，是一種重繼承、輕視創(chuàng)新的“追隨型”人才［1］。為了適應(yīng)高校人才培養(yǎng)目標(biāo)，高校教育工作者進(jìn)行了一些有益探索，提出了啟發(fā)式教學(xué)［2］、任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)［3］、案例分析式教學(xué)［4～6］、研究式教學(xué)［7］、課題式教學(xué)法［8］、模擬式教學(xué)［9］等教學(xué)方法。煤礦開采學(xué)是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，常規(guī)的講授式教學(xué)方法不利于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，本文擬從課程脈絡(luò)、課程教與學(xué)的難點(diǎn)等方面入手進(jìn)行課程綜合教學(xué)方法的探討。

1 煤礦開采學(xué)課程內(nèi)容與課程脈絡(luò)簡介

煤礦開采學(xué)課程主要講授煤炭地下開采的理論與方法，其課程內(nèi)容主要涵蓋采煤工藝、采煤方法、巷道布置方式及其掘進(jìn)、開拓延深和生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化配置。由于地下采礦所依賴的煤層地質(zhì)條件的多樣性、復(fù)雜性和開采空間的移動性等特點(diǎn)，目前的采煤工藝主要有炮采、普采、綜采、分層綜采和綜采放頂煤工藝。采煤方法主要有長壁式采煤法(包含走向長壁采煤法和傾斜長壁采煤法)、短壁式采煤法和柱式體系采煤法。準(zhǔn)備方式有采區(qū)式、盤區(qū)式和帶區(qū)式。開拓方式主要有平硐開拓、斜井開拓、立井開拓、綜合開拓等。巷道布置又分為回采巷道布置、準(zhǔn)備巷道布置和開拓巷道布置。生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化配置則是采煤工藝、采煤方法、準(zhǔn)備方式、開拓方式和它們所依賴的裝備綜合作用的結(jié)果，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程;課程內(nèi)容具有概念多、時空關(guān)系強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)和交叉性強(qiáng)等特點(diǎn)，厘清課程脈絡(luò)非常關(guān)鍵。按以煤炭資源為目標(biāo)來構(gòu)建課程脈絡(luò)的話，本課程的脈絡(luò)為以開拓方式為先構(gòu)建礦井開拓系統(tǒng)，繼之以準(zhǔn)備方式為續(xù)構(gòu)建采區(qū)巷道系統(tǒng)，后以采煤方法和采煤工藝為終構(gòu)建采煤系統(tǒng)，此課程脈絡(luò)符合礦井設(shè)計(jì)特點(diǎn);若按以煤炭采出地表為目的來構(gòu)建課程脈絡(luò)的話，本課程的脈絡(luò)則與前述脈絡(luò)剛好相反，課程脈絡(luò)符合煤炭開采特點(diǎn)。

2 課程教與學(xué)的難點(diǎn)

目前煤礦開采學(xué)教材中緒論的內(nèi)容編排是按照先開拓、再準(zhǔn)備、后采煤的順序編排的，而其余各章內(nèi)容編排則是按照先采煤、再準(zhǔn)備、后開拓的順序編排的，體現(xiàn)了先由整體到局部、再由局部擴(kuò)展到整體的思路，符合學(xué)生由簡單到復(fù)雜、由易到難的知識接受觀。同時，考慮到礦井開拓方式、準(zhǔn)備方式的確定與采煤方法、采煤工藝相關(guān)，本課程教學(xué)章節(jié)順序安排基本按照教材章節(jié)順序，但由于一些特殊性、較復(fù)雜的采煤方法又與準(zhǔn)備巷道布置有聯(lián)系，采煤方法中的一些章節(jié)放最后講。盡管在課程授課計(jì)劃上做了較多的調(diào)整，但由于本課程內(nèi)容概念多、時空關(guān)系強(qiáng)、實(shí)踐性強(qiáng)和交叉性強(qiáng)，在課程教與學(xué)上仍存在以下難點(diǎn):(1)煤礦開采學(xué)中的巷道布置圖是采用平剖面圖(采礦工程師語言)來繪制的，如何使學(xué)生通過讀圖將這些平剖面圖物化為立體圖是一個難點(diǎn);(2)煤礦開采學(xué)課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，學(xué)生對課程中諸如采煤機(jī)割煤、移架、掘進(jìn)機(jī)割煤、支錨等工序缺少感性認(rèn)識;(3)煤礦開采學(xué)課程內(nèi)容前后連貫性不強(qiáng)，課程內(nèi)容間既有獨(dú)立性，也有依存性，使教與學(xué)存在一定困難;(4)煤礦開采學(xué)課程的研究對象是礦井生產(chǎn)系統(tǒng)，大系統(tǒng)中蘊(yùn)含較多子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)依附于巷道系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其功能，在教與學(xué)中厘清系統(tǒng)關(guān)系也是一大難點(diǎn)。

3 課程教學(xué)方法與實(shí)踐

3.1 教學(xué)方法

課程教學(xué)的目的應(yīng)體現(xiàn)在如何提高學(xué)生自學(xué)能力、實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力，并適當(dāng)?shù)卦鰪?qiáng)學(xué)生的應(yīng)變能力?；谏鲜鼋虒W(xué)目的，不僅要求在教學(xué)方法上加強(qiáng)教學(xué)互動性、學(xué)生主體性和知識建構(gòu)性等教學(xué)理念的發(fā)揮，而且要求在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)設(shè)施上加強(qiáng)科研的滲透性。教學(xué)互動性體現(xiàn)了教與學(xué)的互相依存、共同發(fā)展，對于煤礦開采學(xué)這門課程而言，通過“教”使學(xué)生掌握煤炭開采所必須的井巷布置、生產(chǎn)系統(tǒng)組織、采煤方法、回采與掘進(jìn)工藝、安全設(shè)置與設(shè)施等相關(guān)知識，這些知識的傳授首先要求教師給學(xué)生建立起學(xué)習(xí)興趣，然后要求教師開拓性、啟發(fā)性、創(chuàng)造性地教，在“教”中搭起知識的階梯，最終使學(xué)生獲得進(jìn)行煤礦開采實(shí)踐所需的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力;通過“學(xué)”使教師了解學(xué)生學(xué)習(xí)上述相關(guān)知識的能力，這些能力的獲知要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中是主動的、積極的和探知性的學(xué)。學(xué)生主體性體現(xiàn)了學(xué)生在“教”與“學(xué)”過程中的主體地位，既包含了在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)深度和教學(xué)方法安排上以學(xué)生為主體，也包含了學(xué)生是教學(xué)活動的主角，教師在“教”與“學(xué)”過程中起主導(dǎo)作用。知識建構(gòu)性體現(xiàn)了教師所傳授知識的架構(gòu)性，要求教師能駕馭煤礦開采學(xué)這門課程，這不僅要求教師根據(jù)學(xué)生的知識特點(diǎn)對本課程教材的知識結(jié)構(gòu)、體系、內(nèi)容章節(jié)加以梳理，厘清課程主線，在增粗主干的同時添枝加葉完善課程脈絡(luò)，這條主線在體現(xiàn)國內(nèi)煤礦開采技術(shù)主流的同時，還應(yīng)該彰顯南方復(fù)雜條件下的先進(jìn)開采技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生處理復(fù)雜問題的能力。結(jié)合煤礦開采學(xué)這門課程的特點(diǎn)，在課程教學(xué)方法選擇上應(yīng)著重注意再現(xiàn)式教學(xué)、案例啟發(fā)式教學(xué)和任務(wù)驅(qū)動－解剖式教學(xué)的發(fā)揮。

現(xiàn)代大學(xué)生的畢業(yè)要求中除了具備“學(xué)”的能力外，還應(yīng)具備“研”的能力，也只有具備了“研”的能力后，大學(xué)畢業(yè)生才能在工作實(shí)踐中做得好。“研”能力的培養(yǎng)不僅僅是課程練習(xí)、課程設(shè)計(jì)，還應(yīng)在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)設(shè)施上溶入科研元素。在《煤礦開采學(xué)》課程教學(xué)中，將當(dāng)前一些重要科研成果分解為科研設(shè)想的提出、研發(fā)與產(chǎn)出來講解，讓學(xué)生在享受科研過程中積累“研”的能力。如在講解帶區(qū)式和傾斜長壁采煤法時，首先應(yīng)講解采區(qū)式和走向長壁采煤法在煤層傾角小(小于18度)、采區(qū)斜長長(大于1 500米)、走向推進(jìn)距離長(大于2 000米)情況下實(shí)施高產(chǎn)高效綜采的局限性:因運(yùn)輸和通風(fēng)距離長使得運(yùn)輸和通風(fēng)費(fèi)用高，解決該問題的思路是盡量縮短運(yùn)輸和通風(fēng)線路長度，而在采區(qū)巷道系統(tǒng)中能減少(或減短)的巷道只有采區(qū)上、下山，即直接將運(yùn)輸大巷和回采巷道短距離對接。運(yùn)輸大巷和回采巷道短距離對接的最佳方式是運(yùn)輸大巷和回采巷道垂直相交，也即回采巷道沿傾向布置，回采工作面走向布置、傾向推進(jìn)，從而帶來一種新的采煤方法:傾斜長壁采煤法和一種新的準(zhǔn)備巷道布置方式:帶區(qū)式。通過上述溯源式、逆向式教學(xué)使學(xué)生樹立起學(xué)習(xí)中科研、工作中科研的思想，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新性思維能力。

3.2 再現(xiàn)式教學(xué)

煤礦開采學(xué)是密切聯(lián)系礦山實(shí)踐、抽象與具體相結(jié)合的一門課程，較多知識點(diǎn)均涉及到一些具體的工藝流程或操作方法，對學(xué)生而言，它們是抽象的，在教學(xué)中輔以動畫再現(xiàn)這些過程定能取得較好的教學(xué)效果。普采、綜采工藝中的進(jìn)刀方式涉及到采煤機(jī)割煤這一具體操作，若將采煤機(jī)割煤作為交互式動畫的一個動作，操作交互式動畫中動作的過程就相當(dāng)于采煤機(jī)的進(jìn)刀，不同的過程對應(yīng)于不同的進(jìn)刀方式。綜采放頂煤采煤法中放煤步距的確定與頂煤冒放過程有關(guān)，若應(yīng)用PFC等數(shù)值模擬軟件模擬頂煤的冒放并加以動畫演示，則在講解放煤步距、放煤口間距的確定依據(jù)時學(xué)生更易理解。礦井的井巷系統(tǒng)布置主要與礦井生產(chǎn)系統(tǒng)中的物流、風(fēng)流和水流等密切相關(guān)，若將之以立體動畫的形式再現(xiàn)，則在講解回采巷道布置、準(zhǔn)備巷道布置和開拓巷道布置時學(xué)生同樣更易理解。綜上所述，再現(xiàn)式教學(xué)是煤礦開采學(xué)這門課程“教”與“學(xué)”過程中的關(guān)鍵過程。

3.3 案例啟發(fā)式教學(xué)

采礦工程專業(yè)以培養(yǎng)既懂生產(chǎn)實(shí)踐技術(shù)，又能進(jìn)行礦井開采設(shè)計(jì)的應(yīng)用型復(fù)合人才為目標(biāo)，這就要求教師在講解煤礦開采學(xué)課程時，結(jié)合一些礦井設(shè)計(jì)實(shí)例和現(xiàn)場實(shí)踐案例對理論知識進(jìn)行系統(tǒng)性剖析并將之落實(shí)到實(shí)用性上。比如在講解開拓巷道布置、采區(qū)巷道布置和回采巷道布置時，應(yīng)各選擇南、北礦區(qū)典型礦井的井巷布置為實(shí)例，剖析實(shí)例礦井中井巷布置的理論依據(jù)和改進(jìn)方式，分析在現(xiàn)有裝備和技術(shù)條件下應(yīng)采取的開拓巷道、采區(qū)巷道和回采巷道布置方式;在講解炮采、普采和綜采時，選擇回采工藝經(jīng)過炮采、普采和綜采這一發(fā)展過程的礦井(或者同時具有炮采、普采和綜采中兩者的礦井)為例，從不同回采工藝的工作面長度、工作面連續(xù)推進(jìn)長度、采高、工作面年產(chǎn)量和工效等方面進(jìn)行對比分析，闡述各回采工藝特點(diǎn)和適用條件;在講解采煤方法時，每一種采煤方法都應(yīng)找到符合現(xiàn)代化礦井生產(chǎn)特點(diǎn)的礦井，結(jié)合礦井的運(yùn)煤系統(tǒng)、輔助運(yùn)輸系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、動力系統(tǒng)和瓦斯抽放系統(tǒng)等對各采煤方法所依賴的巷道生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行抽絲剝繭的分析，最后通過對各采煤方法共性和個性的描述使學(xué)生理解和掌握每一種采煤方法的特點(diǎn);通過諸如此類的案例啟發(fā)式教學(xué)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中充分認(rèn)識到煤礦開采學(xué)課程在今后工作中的重要性和必要性，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)能力，真正體現(xiàn)學(xué)生在“教”與“學(xué)”中的主體地位。

3.4 任務(wù)驅(qū)動－解剖式教學(xué)

在“教”與“學(xué)”過程中，教師必須承認(rèn)學(xué)生的個體差異性，而且這種個體差異性使我們的教學(xué)存在內(nèi)容難與易的選擇，進(jìn)度快與慢的選擇，以及教學(xué)方法的選擇，最終導(dǎo)致教學(xué)效果的差異性。為了降低教學(xué)效果的偏差，適應(yīng)學(xué)生的個體差異性，要求教師在教學(xué)過程中及時感知學(xué)生的個體差異性，任務(wù)驅(qū)動－解剖式教學(xué)方法是一種有效的感知方法。在煤礦開采學(xué)課程的教學(xué)中應(yīng)為學(xué)生設(shè)置一些案例分析和階段性設(shè)計(jì)任務(wù)，使學(xué)生在完成這些任務(wù)過程中對各個知識點(diǎn)進(jìn)行串、并，達(dá)到一定的教學(xué)目標(biāo)。首先，通過任務(wù)的完成來檢驗(yàn)學(xué)生對所學(xué)知識的掌握程度，感知學(xué)生的個體差異性大小，調(diào)整教學(xué)方法;再者，學(xué)生通過對案例分析題或階段性設(shè)計(jì)題的求解來發(fā)現(xiàn)問題和提出問題，為“教”與“學(xué)”的有效對接提供實(shí)在的“物”;最后，通過對學(xué)生的案例分析報告和設(shè)計(jì)書中共性問題的解剖式分析，進(jìn)一步理解和鞏固所學(xué)知識，使教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”均“落地有痕”。煤礦開采學(xué)課程共分為采煤工藝、采煤方法、準(zhǔn)備方式和開拓方式等4篇，根據(jù)這4篇內(nèi)容相對獨(dú)立的特點(diǎn)，在每講解完一篇后布置一道案例分析題或階段性設(shè)計(jì)題給一個學(xué)生或一組學(xué)生來實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。如在學(xué)習(xí)完第一篇(采煤工藝)后，要求學(xué)生以一個實(shí)際回采工作面的煤層、地質(zhì)資料為條件編制采煤作業(yè)規(guī)程，在采煤作業(yè)規(guī)程編制過程中必須對采煤工藝進(jìn)行選擇，同時明確回采工作面長度、循環(huán)方式、循環(huán)進(jìn)尺、日循環(huán)數(shù)等參數(shù)并繪制循環(huán)作業(yè)圖表。顯然，通過對采煤作業(yè)規(guī)程的編制，學(xué)生不僅掌握了專業(yè)理論知識，而且鍛煉了學(xué)生的動手能力，發(fā)揮了學(xué)生的創(chuàng)造性。

4 結(jié)論

課程的“教”與“學(xué)”都是以對方互為條件，它們是一對互為依存的統(tǒng)一體。通過對煤礦開采學(xué)的脈絡(luò)、內(nèi)容、教學(xué)難點(diǎn)和教學(xué)方法的分析，得到了如下結(jié)論:

(1)厘清課程脈絡(luò)、明確課程難點(diǎn)是教好煤礦開采學(xué)課程的基礎(chǔ)，把握課程內(nèi)容的實(shí)用性和先進(jìn)性是教好煤礦開采學(xué)課程的保證，領(lǐng)會教學(xué)目的是教好煤礦開采學(xué)課程的關(guān)鍵;

(2)在煤礦開采學(xué)課程的整個教學(xué)過程中應(yīng)始終堅(jiān)持一個教學(xué)目標(biāo)，即引導(dǎo)學(xué)生掌握進(jìn)行煤礦開采所必備的理論知識，以及應(yīng)用這些知識進(jìn)行開采實(shí)踐、解決問題的能力。基于上述教學(xué)目的，不僅要求在教學(xué)方法上加強(qiáng)教學(xué)互動性、學(xué)生主體性和知識建構(gòu)性等教學(xué)理念的發(fā)揮，而且要求在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)設(shè)施上加強(qiáng)科研的滲透性;

(3)煤礦開采學(xué)課程內(nèi)容主要涉及與煤炭開采相關(guān)的采煤工藝、采煤方法、井巷布置和生產(chǎn)系統(tǒng)，基于南方、北方煤層生產(chǎn)地質(zhì)條件差異大的特點(diǎn)，課程主線在體現(xiàn)國內(nèi)煤礦開采技術(shù)主流的同時，還應(yīng)該彰顯南方復(fù)雜條件下的特殊開采技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生處理復(fù)雜問題的能力;

(4)結(jié)合煤礦開采學(xué)這門課程的特點(diǎn)，在課程教學(xué)方法選擇上應(yīng)著重注意再現(xiàn)式教學(xué)、案例啟發(fā)式教學(xué)和任務(wù)驅(qū)動－解剖式教學(xué)的發(fā)揮。

［1］蓋宇仙，許鵬奎，柳德玉.基于專業(yè)特點(diǎn)和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的工科高校教學(xué)方法實(shí)踐探索［J］.科技管理研究，2010(1).

［2］高明仕，杜計(jì)平.從蘇格拉底的“助產(chǎn)術(shù)”到柏拉圖的“理性之樂”——再論《采礦學(xué)》課程教學(xué)的框架充填法［J］.中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版)，2013(2).

［3］李麗娟.任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)方法在高校教學(xué)中的實(shí)踐［J］.科技信息，2011(3).

［4］李鵬云.高校教學(xué)方法的探討［J］.教育教學(xué)論壇，2013(6).

［5］趙廣興，徐 星，孫文標(biāo).青年教師如何提高《煤礦開采學(xué)》教學(xué)質(zhì)量［J］.實(shí)踐與探索，2011(11).

［6］孫文標(biāo)，杜學(xué)勝.“煤礦開采學(xué)”教學(xué)改革研究與實(shí)踐［J］.中國電力教育，2011(16).

［7］李昌新.關(guān)于高校實(shí)施研究性教學(xué)的探討［J］.國家教育行政學(xué)院學(xué)報，2009(5).

［8］丁 晶，周志尊，趙君嫦.課題式教學(xué)法是高校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的必然趨勢［J］.中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2010，24(1).

［9］吳功海.現(xiàn)代教學(xué)理念下的高校教學(xué)方法探究［J］.蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2010，12(3).