《礦井通風(fēng)與安全》實(shí)驗(yàn)課程的改革與實(shí)踐

程衛(wèi)民

摘要：《礦井通風(fēng)與安全》是采礦工程和安全工程專業(yè)的必修課程，通風(fēng)安全課內(nèi)實(shí)驗(yàn)是該課程的重要教學(xué)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課堂教學(xué)相輔相成。本文在分析和總結(jié)以往《礦井通風(fēng)與安全》實(shí)驗(yàn)課存在問題的基礎(chǔ)上，依托國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程改革，在實(shí)驗(yàn)課的硬件條件、課程內(nèi)容、教學(xué)方法、成績(jī)考核辦法和學(xué)生的課外延拓等方面進(jìn)行了改革和實(shí)踐，新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案實(shí)施4個(gè)學(xué)期后，學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力和創(chuàng)新能力有明顯提升，在參與國(guó)家級(jí)創(chuàng)新競(jìng)賽等方面取得了顯著成效。

關(guān)鍵詞：礦井通風(fēng)與安全；實(shí)驗(yàn)課程；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G420 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）51-0260-03

英國(guó)著名學(xué)者李約瑟在其編著的《中國(guó)科學(xué)技術(shù)》中發(fā)問：“盡管古代中國(guó)對(duì)人類科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展做出了很多卓越的貢獻(xiàn)，為什么近代工業(yè)革命沒有在中國(guó)發(fā)生”。后人將此稱之為“李約瑟難題”。與此一脈相承的是中國(guó)科學(xué)泰斗錢學(xué)森提出的“錢學(xué)森之問”，即“為什么我們的高校老是培養(yǎng)不出杰出的人才”?！板X學(xué)森之問”是關(guān)乎中國(guó)教育事業(yè)發(fā)展的艱深命題，學(xué)校缺少培養(yǎng)創(chuàng)造型、發(fā)明型人才模式是其中包含的一個(gè)層面。教育部長(zhǎng)袁貴仁提出，改革是新時(shí)期教育事業(yè)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力，要通過教學(xué)模式改革提高人才的創(chuàng)新能力[1，2]。高等教育是人才培養(yǎng)的重要階段，對(duì)高素質(zhì)、創(chuàng)新型高層次人才的培養(yǎng)具有至關(guān)重要的作用，在新時(shí)期進(jìn)行的課程改革是國(guó)家教育事業(yè)發(fā)展和人才培養(yǎng)的時(shí)代要求。

《礦井通風(fēng)與安全》是安全工程專業(yè)的一門重要專業(yè)課，通過實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生通過實(shí)際操作深入理解礦井通風(fēng)的基本理論，熟悉通風(fēng)安全所用主要儀器儀表裝置的構(gòu)造以及操作使用方法，掌握礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)和計(jì)算能力。然而，傳統(tǒng)的礦井通風(fēng)實(shí)驗(yàn)有些教學(xué)內(nèi)容已落后于實(shí)際生產(chǎn)，也存在演示實(shí)驗(yàn)走馬觀花、綜合實(shí)驗(yàn)缺少創(chuàng)新等缺陷，學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性不高。因此，在新時(shí)期教育領(lǐng)域綜合改革的大背景下推行的《礦井通風(fēng)與安全》實(shí)驗(yàn)課程改革，具有時(shí)代意義和歷史使命。為此，從實(shí)驗(yàn)室管理、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式、學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面入手，基于通過實(shí)驗(yàn)課教學(xué)培養(yǎng)創(chuàng)新型、實(shí)踐型人才的目標(biāo)，強(qiáng)化實(shí)踐、突出工程，采取了一系列改革措施，并于2013年9月至2015年6月期間，在兩個(gè)年級(jí)本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中推行改革方案。一方面繼續(xù)著重提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作和分析能力，一方面糾正學(xué)生長(zhǎng)期以來形成的不良學(xué)風(fēng)和實(shí)驗(yàn)態(tài)度，對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高基本操作技能和綜合運(yùn)用知識(shí)的能力以及培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)等都能起到積極作用。

一、原有通風(fēng)實(shí)驗(yàn)課程存在的問題

1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容落后于實(shí)際生產(chǎn)，產(chǎn)學(xué)結(jié)合不緊密。《礦井通風(fēng)與安全》是一門囊括理論、實(shí)踐、設(shè)計(jì)的重要安全專業(yè)課程，也是一門較其他課程難度大、對(duì)教學(xué)要求更高的課程，開展學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有助于理解并掌握礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的風(fēng)量分配與調(diào)節(jié)、礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)、礦井空氣調(diào)節(jié)等核心內(nèi)容。隨著礦井通風(fēng)技術(shù)的發(fā)展，原有的《礦井通風(fēng)與安全》實(shí)驗(yàn)課程在技能訓(xùn)練、人才培養(yǎng)等方面的缺陷日益凸顯，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。（1）實(shí)驗(yàn)中依附于課堂理論教學(xué)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)比重過大，實(shí)驗(yàn)課過分遷就對(duì)理論教學(xué)的補(bǔ)充，忽視了本應(yīng)發(fā)揮的實(shí)踐作用。（2）部分重點(diǎn)操作和技能已落后于生產(chǎn)實(shí)際水平，不能反映科技前沿水平，一些測(cè)定方法和使用儀器已不在實(shí)際生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。

2.接受式教學(xué)方法，學(xué)生被動(dòng)參與。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過于倚重于接受學(xué)習(xí)，學(xué)生陷入了實(shí)驗(yàn)課就是“老師講一步、學(xué)生做一步，看一眼實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，動(dòng)一下實(shí)驗(yàn)儀器”的怪圈。這種教學(xué)方式極大地打擊了學(xué)生思想的活躍性，導(dǎo)致在操作過程中學(xué)生不必去思考為什么要這樣做，只需按部就班完成即可，即使沒有參與實(shí)驗(yàn)，也可以把別人的實(shí)驗(yàn)報(bào)告稍作修改，作為自己的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)得不到培養(yǎng)，在以后的工作學(xué)習(xí)中不能將課本上學(xué)到的理論知識(shí)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合起來。

3.考核方法單一。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生為符合公式和定理、得出好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果而篡改、編造數(shù)據(jù)。抄襲固有實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板，課后思考少，實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容理論過多，自己的設(shè)計(jì)和思考太少。教師批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，僅將書寫工整、數(shù)據(jù)符合定理規(guī)律作為評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，造成學(xué)生形成實(shí)驗(yàn)課就“是寫報(bào)告、寫報(bào)告就是抄模板”的錯(cuò)誤的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施

上述問題表明，《礦井通風(fēng)與安全》實(shí)驗(yàn)課程的改革已迫在眉睫，本文在學(xué)科科技前沿、實(shí)驗(yàn)室硬件條件、課時(shí)安排、學(xué)生建議征詢等方面做了調(diào)研和研究，最終在實(shí)驗(yàn)室條件、課程內(nèi)容、教學(xué)方法、成績(jī)考評(píng)、學(xué)生課外延拓等5方面進(jìn)行了改革，改革思路如圖1。

1.升級(jí)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備等硬件條件，更新綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)的生產(chǎn)實(shí)踐性。根據(jù)學(xué)科發(fā)展和實(shí)際生產(chǎn)的需求，調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和體系，實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容如表1所示。實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍保留6個(gè)課時(shí)，刪除原有的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)“通風(fēng)阻力測(cè)定”、綜合實(shí)驗(yàn)“風(fēng)機(jī)性能測(cè)定”，改為“瓦斯抽放作業(yè)模擬實(shí)驗(yàn)”、“礦井安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)操實(shí)驗(yàn)”、“瓦斯、煤塵仿真爆炸綜合實(shí)驗(yàn)”。配合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，實(shí)驗(yàn)室購(gòu)置了瓦斯抽放作業(yè)模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)裝置、水環(huán)式瓦斯抽放泵、礦井安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)操系統(tǒng)、智能瓦斯（煤塵）爆炸試驗(yàn)裝置等一批綜合性設(shè)備，用于學(xué)生教學(xué)。

新增加的綜合性實(shí)驗(yàn)貼近實(shí)際生產(chǎn)，要求學(xué)生全部獨(dú)立完成操作，涉及的基礎(chǔ)理論知識(shí)廣泛而全面。以“瓦斯抽放作業(yè)模擬實(shí)驗(yàn)”為例，學(xué)生在基礎(chǔ)課堂上掌握了實(shí)驗(yàn)中主要使用的瓦斯抽放作業(yè)模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)裝置和水環(huán)式瓦斯抽放泵兩種設(shè)備后，自主設(shè)置瓦斯抽放孔的位置、鉆孔傾角、風(fēng)機(jī)風(fēng)量等參數(shù)，獲得不同的瓦斯抽放、風(fēng)機(jī)效率等結(jié)果。通過此實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可了解并掌握瓦斯抽放作業(yè)的步驟、設(shè)備配置、瓦斯抽放作業(yè)的空間概念，加深理解通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓、功率與效率的變化關(guān)系，提高學(xué)生井下瓦斯抽放作業(yè)的工程實(shí)踐能力。

增加綜合性試驗(yàn)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的比重，必然增加其課時(shí)，然而可利用的課時(shí)有限，這就要求學(xué)生在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)課堂上充分熟悉并掌握基本實(shí)驗(yàn)儀器的種類和操作方法，在課前做好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，帶著問題進(jìn)課堂，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

2.改革教學(xué)方法，設(shè)置實(shí)驗(yàn)室開放課堂，進(jìn)行小班教學(xué)，強(qiáng)化課堂教學(xué)的基礎(chǔ)作用。課程改革后，實(shí)驗(yàn)課的基礎(chǔ)教學(xué)由普通授課教室轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室，課堂由封閉式改為開放式，由幾個(gè)班級(jí)的大班授課變?yōu)橐粋€(gè)班級(jí)的小班集中演練，教學(xué)方式由教師單一的照本宣科變?yōu)閷W(xué)生參與的雙向互動(dòng)式。

調(diào)整課程內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，減少了演示實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證試驗(yàn)的課時(shí)，增加了瓦斯抽放作業(yè)模擬實(shí)驗(yàn)、礦井安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)操實(shí)驗(yàn)、瓦斯及煤塵仿真爆炸等綜合實(shí)驗(yàn)的課時(shí)。壓縮課時(shí)不等于刪除課時(shí)，教師要求學(xué)生做好課前預(yù)習(xí)，教師對(duì)基本實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備等硬件條件、實(shí)驗(yàn)儀器的基本操作方法及注意事項(xiàng)進(jìn)行講解后，學(xué)生便可自由演練，將教師原本做實(shí)驗(yàn)演示的時(shí)間留給學(xué)生操作練習(xí)。這種開放課堂、小班授課的方式保證學(xué)生能充分利用實(shí)驗(yàn)室資源，與教師進(jìn)行廣泛的交流，使學(xué)生既能弄懂吃透礦井通風(fēng)的計(jì)算設(shè)計(jì)、測(cè)定分析等專業(yè)知識(shí)和技能，又可熟悉通風(fēng)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的裝置、礦用通風(fēng)機(jī)等儀器設(shè)備的原理、構(gòu)造及使用方法，學(xué)生動(dòng)手操作的積極性和自主性大大增強(qiáng)。

3.改革成績(jī)考核方法，學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，重視實(shí)驗(yàn)的合理性。完成1課時(shí)的課堂授課后，學(xué)生自己組成學(xué)習(xí)小組，選擇本組的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)主題。小組成員被要求在一周內(nèi)合作學(xué)習(xí)、共同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。學(xué)生在課余時(shí)間完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在最終向老師展示實(shí)驗(yàn)操作前，同一實(shí)驗(yàn)主題的幾個(gè)小組聯(lián)系考評(píng)教師對(duì)該實(shí)驗(yàn)主題進(jìn)行1個(gè)課時(shí)的技能輔導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)預(yù)演。學(xué)生可在實(shí)驗(yàn)室反復(fù)操作并多次獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析比較測(cè)定結(jié)果并對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)置和操作進(jìn)行改良。剩余的2個(gè)課時(shí)用于學(xué)生2個(gè)主題的綜合性實(shí)驗(yàn)的考核，學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)最終設(shè)計(jì)內(nèi)容，提交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在課后撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、學(xué)生操作的規(guī)范性、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性及合理性打分。

實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并不是放任不管，教師通過考前輔導(dǎo)課可把握設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和正確性，指導(dǎo)學(xué)生正確操作，避免學(xué)生受傷或儀器損壞，防止危險(xiǎn)和意外的發(fā)生。自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生把所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通的過程，學(xué)生通過自己動(dòng)手證明了理論課中的知識(shí)、定理，解決自己關(guān)心的一些問題，提高了學(xué)生主動(dòng)思考、主動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

實(shí)驗(yàn)課是對(duì)理論課的知識(shí)拓展和實(shí)踐運(yùn)用，更加注重對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力、理論與實(shí)踐結(jié)合能力的培養(yǎng)，因此評(píng)價(jià)考核體系也應(yīng)與理論課不同?！兜V井通風(fēng)與安全》實(shí)驗(yàn)課對(duì)學(xué)生的考核分為平時(shí)成績(jī)和實(shí)驗(yàn)成績(jī)，分別占實(shí)驗(yàn)課程總成績(jī)的30%、70%，主要考核內(nèi)容如表2。

4.鼓勵(lì)學(xué)生選擇課題繼續(xù)研究，積極參加全國(guó)性技能比賽。通過學(xué)習(xí)《礦井通風(fēng)與安全》的基礎(chǔ)知識(shí)課程和實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)生具備了基本的礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)定和優(yōu)化的技能，可參與到專業(yè)課教師的科研課題中，學(xué)生的研究成果可參加全國(guó)高校采礦工程專業(yè)學(xué)生實(shí)踐作品大賽、大學(xué)生安全工程技能比賽、“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽等國(guó)家級(jí)比賽。如2010級(jí)學(xué)生的作品《壓入式通風(fēng)中風(fēng)流點(diǎn)壓力的測(cè)定》、《二氧化碳爆破筒-煤層致裂爆破增透技術(shù)》、《真三軸流-固耦合煤體滲流試驗(yàn)裝置》在第四屆、第五屆全國(guó)高校采礦工程專業(yè)學(xué)生實(shí)踐作品大賽中獲得優(yōu)秀名次。

三、結(jié)語

《礦井通風(fēng)與安全》兼具理論性和實(shí)踐性，是礦山安全生產(chǎn)類從業(yè)人員必備的知識(shí)技能，不僅要求學(xué)生掌握基本的礦山通風(fēng)學(xué)理論知識(shí)，還要求學(xué)生掌握規(guī)范的操作技術(shù)，更重要的是，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用已知的理論和技術(shù)解決實(shí)際生產(chǎn)問題，所以，這門課成為培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新型人才的重要平臺(tái)。《礦井通風(fēng)與安全》實(shí)驗(yàn)課程的改革，依托礦山災(zāi)害預(yù)防控制省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地的建設(shè)，從籌備到試點(diǎn)實(shí)施，共經(jīng)歷了3年時(shí)間，完成了實(shí)驗(yàn)室硬件升級(jí)、教學(xué)體系更新、教學(xué)方法變革、學(xué)生成績(jī)考核辦法修改等內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生自主創(chuàng)新，積極參加專業(yè)相關(guān)的國(guó)家級(jí)比賽。2013年9月至2015年6月期間，該方案在學(xué)院安全工程專業(yè)兩個(gè)年級(jí)本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中推行，不僅明顯提高了學(xué)生的基本操作技能，而且培養(yǎng)了學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新意識(shí)，在安全工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中具有推廣價(jià)值。

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The Reform and Practice of the Laboratory Course about "Mine Ventilation and Safety"

CHENG Wei-min1，2

（1.State Key Laboratory of Mining Disaster Prevention and Control Co-founded by Shandong Province and the Ministry of Science and Technology，Shandong University of Science and Technology，Qingdao，Shandong 266590，China；

2. Shandong University of Science and Technology，College of Mining and Safety Engineering，Qingdao，Shandong 266590，China）

Abstract："Mine Ventilation and Safety"is a compulsory course of Mining Engineering and Safety Engineering，in which the classroom teaching cant exist effectively without the laboratory course. The paper introduces the reform and practice of experiment courses about the "Mine Ventilation and Safety"，which were supported by the national key laboratory and focus on the reform about hardware conditions，curriculum content，teaching and assessment method ant the expansive courses. After four semesters of teaching reform，the students have more interests in laboratory course and have obviously improved their experimental operation and innovation ability，some of whom won prizes in national science and technology innovation competition.

Key words："Mine Ventilation and Safety"；laboratory course；teaching reform