基于實(shí)踐型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的《煤礦開采學(xué)》教學(xué)方法研究

趙國貞,李建忠,邢存恩

(太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院,太原 030024)

1 煤礦開采學(xué)課程教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問題

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人才培養(yǎng)面臨著激烈的挑戰(zhàn),創(chuàng)新型經(jīng)濟(jì)發(fā)展離不開創(chuàng)新型人才。因此,高等院校必須順應(yīng)時(shí)代發(fā)展,與當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展相結(jié)合,改革教學(xué)模式和教學(xué)方法,培養(yǎng)具有創(chuàng)新特色的新時(shí)期合格人才。

《煤礦開采學(xué)》是采礦工程本科專業(yè)的核心主干課程,是煤礦開采過程中最根本的綜合性技術(shù)科學(xué),其來源于采礦工程實(shí)踐并指導(dǎo)著煤礦實(shí)際生產(chǎn),是采礦工程專業(yè)學(xué)生本科學(xué)習(xí)過程中必須學(xué)習(xí)和掌握的專業(yè)基礎(chǔ)課程。與此同時(shí),采礦工程專業(yè)極強(qiáng)的實(shí)踐性與應(yīng)用性也決定了必須將“培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力”貫穿于《煤礦開采學(xué)》課程教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)。課程建設(shè)以培養(yǎng)具有厚基礎(chǔ)、高素質(zhì)、強(qiáng)能力,適用于采礦艱苦行業(yè)的創(chuàng)新型復(fù)合型技術(shù)人才為目標(biāo)。

采礦專業(yè)屬于實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè),結(jié)合“現(xiàn)代新型高級(jí)采礦工程技術(shù)人才”的培養(yǎng)目標(biāo)和人才市場(chǎng)需求,太原理工大學(xué)一直比較重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)施。經(jīng)過多年的實(shí)踐,已經(jīng)構(gòu)建起以認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)“五位一體”的綜合實(shí)踐教學(xué)體系[1-3]。然而,近幾年教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),現(xiàn)在的學(xué)生普遍存在從書本到書本,在專業(yè)課程學(xué)習(xí)中空間感較差,空間想象力不足,動(dòng)手能力差,這些影響了后續(xù)課程的學(xué)習(xí),限制著進(jìn)一步創(chuàng)新思維的發(fā)展。特別是《煤礦開采學(xué)》(《采礦學(xué)》)等專業(yè)課程的課堂教學(xué)雖已由傳統(tǒng)的黑板教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗝襟w教學(xué),教學(xué)模型也配上了聲光電效果,但這些轉(zhuǎn)變并未從根本上改變學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的模式,學(xué)生很難建立煤礦井巷工程三維形體和二維圖形的聯(lián)系,三維井巷工程不能在學(xué)生腦海里形成整體形象,不易于學(xué)生創(chuàng)新思維的開發(fā)。學(xué)生動(dòng)手能力差,空間想象力不足的弱點(diǎn)依然普遍存在[4-5]。

2 基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的課程教學(xué)體系的建立

中國工程教育專業(yè)認(rèn)證始于2006年,2013年順利加入世界上最具影響力的國際本科工程學(xué)位互認(rèn)協(xié)議——《華盛頓協(xié)議》,成為該協(xié)議組織的預(yù)備成員。2016年6月2日,在吉隆坡召開的國際工程聯(lián)盟大會(huì)上,中國成為國際本科工程學(xué)位互認(rèn)協(xié)議《華盛頓協(xié)議》的正式會(huì)員。加入《華盛頓協(xié)議》,意味著通過工程教育專業(yè)認(rèn)證的學(xué)生可以在相關(guān)的國家或地區(qū)按照職業(yè)工程師的要求,取得工程師執(zhí)業(yè)資格,這將為工程類學(xué)生走向世界提供具有國際互認(rèn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的“通行證”。太原理工大學(xué)采礦工程專業(yè)于2016年通過了中國工程教育專業(yè)認(rèn)證,是專業(yè)建設(shè)的重要舉措,也是工程教育國際化的重要標(biāo)志。

同時(shí),國家建設(shè)一流學(xué)科及工程教育專業(yè)認(rèn)證,對(duì)課程教學(xué)提出了更高的要求?；诠こ探逃龑I(yè)認(rèn)證的“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”(OBE)模式更新教學(xué)理念,實(shí)施行之有效的、可測(cè)量的、先進(jìn)的、基于學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果的教育模式。開展煤礦開采學(xué)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段的課程改革,圍繞學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出開展教學(xué)活動(dòng),逆向設(shè)計(jì)課程計(jì)劃,將認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中的畢業(yè)要求有機(jī)地導(dǎo)入到課程計(jì)劃之中,明確每節(jié)課對(duì)實(shí)現(xiàn)學(xué)生能力貢獻(xiàn)及程度,最終形成課程與畢業(yè)生能力要求的匹配矩陣[6-8]。

鑒于此,太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院提出“基于實(shí)踐型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的《煤礦開采學(xué)》教學(xué)方法研究”的課題,該課題于2013年7月完成,并經(jīng)5年多的實(shí)踐檢驗(yàn),取得良好的效果。

3 煤礦開采學(xué)教學(xué)改革實(shí)踐

針對(duì)《煤礦開采學(xué)》教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的問題，同時(shí)為了提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，課題組在教學(xué)改革前期自主開發(fā)煤礦三維可視化教學(xué)模型和綜采工作面虛擬生產(chǎn)系統(tǒng)教學(xué)模型,制作煤礦開采方法積木化教學(xué)模具,并借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段,開發(fā)了采礦學(xué)習(xí)網(wǎng)站和手機(jī)APP論壇,為教師與學(xué)生之間提供交流平臺(tái)。

主要工作包括：

1)按照《煤礦開采學(xué)》課程的內(nèi)容要求開發(fā)采礦三維可視化教學(xué)模型和綜采工作面虛擬系統(tǒng)教學(xué)模型,制作煤礦開采方法積木化教學(xué)模具;

2)修訂《煤礦開采學(xué)》課程教學(xué)概要內(nèi)容,補(bǔ)充師生互動(dòng)的實(shí)踐性環(huán)節(jié),增加學(xué)生模型創(chuàng)作實(shí)踐,教師點(diǎn)評(píng)內(nèi)容的教學(xué)內(nèi)容;

3)合理整合教學(xué)資源,完善多媒體課件進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐,開發(fā)采礦學(xué)習(xí)網(wǎng)站和手機(jī)APP論壇。

在課堂教學(xué)中增加模型教學(xué)實(shí)踐,增加師生互動(dòng),按照“實(shí)踐——認(rèn)識(shí)——再實(shí)踐——再認(rèn)識(shí)”的認(rèn)識(shí)論規(guī)律,創(chuàng)立“課內(nèi)學(xué)習(xí)觀摩——課后建模——課外學(xué)習(xí)制作——習(xí)題講評(píng)”的模型實(shí)踐教學(xué)模式,即課堂內(nèi)教師利用豐富的三維模型進(jìn)行講解,學(xué)生組裝采礦積木教具,教師布置課后建模作業(yè),學(xué)生自由組合小組,課后各小組自行設(shè)計(jì)三維模型,并利用業(yè)余時(shí)間合作完成。三維模型可以是物理模型,也可以是數(shù)字模型,要求三維空間關(guān)系表達(dá)清楚,且易于實(shí)現(xiàn)。

通過課堂模型實(shí)踐,教師課堂講解達(dá)到學(xué)生認(rèn)知,再通過學(xué)生制作模型進(jìn)行再實(shí)踐,利用采礦學(xué)習(xí)網(wǎng)站和手機(jī)APP論壇,增加師生交流和互動(dòng),習(xí)題課講評(píng)使認(rèn)識(shí)水平得到提高,整個(gè)過程學(xué)生起主導(dǎo)作用,教師起輔助引導(dǎo)作用。

4 煤礦開采學(xué)教學(xué)改革效果及成果

基于實(shí)踐型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的《煤礦開采學(xué)》教學(xué)方法研究采用系統(tǒng)工程的方法進(jìn)行,綜合運(yùn)用三維可視化建模、互聯(lián)網(wǎng)和虛擬現(xiàn)實(shí)等高新技術(shù),以及采礦積木化教具游戲化實(shí)驗(yàn)手段,進(jìn)一步強(qiáng)化了課堂空間教學(xué)方式,豐富教學(xué)手段,充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性,提高學(xué)生空間想象的能力,培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)。理論和實(shí)踐相結(jié)合,提高了學(xué)生的認(rèn)識(shí)水平和學(xué)習(xí)積極性,收到了良好的教學(xué)效果[9-10]。

“基于實(shí)踐型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的《煤礦開采學(xué)》教學(xué)方法研究”成果主要內(nèi)容表現(xiàn)在:

1)創(chuàng)立“課內(nèi)學(xué)習(xí)——課后建?！n外制作——習(xí)題講評(píng)”的模型實(shí)踐教學(xué)模式;

2)開發(fā)采礦三維可視化模型。采礦三維可視化模型通過計(jì)算機(jī)課堂再現(xiàn)三維采礦形體,創(chuàng)建采礦空間;

3)開發(fā)綜采工作面虛擬生產(chǎn)系統(tǒng)模型。采礦虛擬模型輔助學(xué)生詳細(xì)掌握綜采工作面生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)工藝配合過程,并能夠在井下巷道中漫游、操作采煤機(jī)、操縱液壓支架,真正理解綜采工藝的內(nèi)涵,為將來的現(xiàn)場(chǎng)工作打下扎實(shí)的基礎(chǔ);

4)制作采礦工程教具模型。積木化教學(xué)模具能夠補(bǔ)充課堂和實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段,使學(xué)生深入體會(huì)礦山井巷空間關(guān)系。學(xué)生利用積木化教學(xué)模具可以拼接出井田開拓、采區(qū)巷道布置、工作面采煤方法等模型,寓教于樂,學(xué)生的動(dòng)手能力得到鍛煉;同時(shí)在拼接模型的過程中能充分理解井下巷道的三維立體關(guān)系,培養(yǎng)學(xué)生的立體思維;學(xué)生對(duì)課堂講授的內(nèi)容有更深刻的理解,提高解決實(shí)際問題的能力;

5)合理整合多媒體課件、積木化教具、礦井三維教學(xué)模型、礦山虛擬系統(tǒng)等多種教學(xué)資源;

6)借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段,開發(fā)采礦學(xué)習(xí)網(wǎng)站和手機(jī)APP論壇,為教師與學(xué)生之間、學(xué)生和學(xué)生之間提供交流平臺(tái),教師也能及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài),了解學(xué)生的需求,進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)方法,提高教學(xué)效果,保證教學(xué)質(zhì)量。

5 成果的應(yīng)用與推廣

“基于實(shí)踐型創(chuàng)新人才培養(yǎng)的《煤礦開采學(xué)》教學(xué)方法研究”成果自2012年7月在太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院采礦工程專業(yè)進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐以來,到現(xiàn)在已經(jīng)連續(xù)應(yīng)用于采礦工程專業(yè)2009級(jí)、2010級(jí)、2011級(jí)、2012級(jí)和2013級(jí)五屆學(xué)生,并在礦業(yè)工程學(xué)院的安全科學(xué)與工程、地下工程、地球科學(xué)與工程、測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)、煤礦機(jī)電等專業(yè)的采礦課程中應(yīng)用。

采礦三維可視化模型和工作面虛擬生產(chǎn)系統(tǒng)、煤礦開采方法積木化教學(xué)模具在教學(xué)實(shí)踐中均受到了廣大學(xué)生和教師的好評(píng),取得了顯著的教學(xué)效果。2012-2016年期間,太原理工大學(xué)采礦工程專業(yè)學(xué)生參加全國地礦類高等院校大學(xué)生實(shí)踐作品大賽,取得6個(gè)一等獎(jiǎng),10個(gè)二等獎(jiǎng)和12個(gè)三等獎(jiǎng)的優(yōu)異成績,充分說明了該成果的直接應(yīng)用效果。幾年來,學(xué)生學(xué)習(xí)積極性得到了很大提高,拓展了思維空間,培養(yǎng)了動(dòng)手能力,深受用人單位的好評(píng)。2012-2016年期間,采礦工程專業(yè)畢業(yè)生研究生入學(xué)率達(dá)到歷年最高,最高班升學(xué)率達(dá)40%。

該項(xiàng)成果目前在我校礦業(yè)工程學(xué)院的采礦工程、安全工程、地下工程等專業(yè)《煤礦開采學(xué)》課程教學(xué)中得到全面應(yīng)用,每年直接受益學(xué)生達(dá)600多人。隨著應(yīng)用的深入,該教學(xué)成果可以拓展到其它礦業(yè)類專業(yè),并將向其它兄弟院校采礦工程專業(yè)進(jìn)行推廣應(yīng)用。目前,我校計(jì)劃在其它礦業(yè)類專業(yè)的《礦業(yè)工程概論》課程中進(jìn)行推廣。預(yù)計(jì)該項(xiàng)研究成果在近十年里將會(huì)得到廣泛應(yīng)用,單就我校而言,直接受益學(xué)生人數(shù)就達(dá)10 000多人,間接受益的相關(guān)專業(yè)學(xué)生人數(shù)更多,具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

6 結(jié)論

在教學(xué)過程中,以課堂教學(xué)為切入點(diǎn),增加課堂模型實(shí)踐環(huán)節(jié),創(chuàng)立了“課內(nèi)學(xué)習(xí)觀摩——課后建模——課外學(xué)習(xí)制作——習(xí)題講評(píng)”的模型實(shí)踐教學(xué)模式,按照“實(shí)踐——認(rèn)識(shí)——再實(shí)踐——再認(rèn)識(shí)”的認(rèn)識(shí)論規(guī)律,引導(dǎo)學(xué)生自己動(dòng)手組裝礦山模型、自行設(shè)計(jì)制作三維物理和數(shù)字模型。通過教學(xué)方法改革,徹底改變課堂教學(xué)手段和課后作業(yè)的模式,課堂教學(xué)氣氛活躍,學(xué)生學(xué)習(xí)變得積極主動(dòng),提高了課程的教學(xué)水平和質(zhì)量,解決了《煤礦開采學(xué)》課堂教學(xué)中多年來存在的問題。同時(shí),使用便攜式積木化采礦模具和可視化的計(jì)算機(jī)采礦模型,使得采礦工程空間問題易于理解,教學(xué)占用學(xué)時(shí)少,效果好,保證了采礦專業(yè)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。

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