四位一體相似模擬試驗技術(shù)教學(xué)方法研究

摘 要：結(jié)合相似模擬試驗技術(shù)教學(xué)中的現(xiàn)狀，提出了一種課堂基礎(chǔ)理論教學(xué)、相似模擬試驗方案設(shè)計、模型制作及錄像視頻教學(xué)和分組實踐教學(xué)的四位一體教學(xué)模式，探討了從課堂教學(xué)到錄像學(xué)習(xí)，從方案設(shè)計到賦予實踐的教學(xué)方法，豐富了該課程的教學(xué)手段和內(nèi)容，增加了創(chuàng)新試驗架設(shè)計及應(yīng)用的環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：四位一體 相似模擬 實踐教學(xué) 錄像教學(xué)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（a）-0196-02

礦山工程由于受斷層、褶皺、節(jié)理等復(fù)雜的地質(zhì)條件和各種力學(xué)因素影響及采場上覆巖層運動的不可見性，給采場礦壓的研究和理論教學(xué)都帶來了極大的困難，采用相似模擬實驗，可以直觀模擬采場推進(jìn)過程中上覆巖層的運動及支撐壓力的變化規(guī)律，相似模擬與測試技術(shù)的發(fā)展彌補(bǔ)了理論分析與現(xiàn)場實測方面的不足，它也是采礦工程研究生對礦山工程問題研究的主要研究手段[1]。而在本科階段，學(xué)生大多沒有接觸過相關(guān)內(nèi)容，因此，相似模擬試驗與測試技術(shù)成為了其研究生的基礎(chǔ)教學(xué)課程。

1 相似模擬試驗技術(shù)教學(xué)現(xiàn)狀

受到煤礦企業(yè)形勢的影響，采礦工程的研究生招生數(shù)量和質(zhì)量嚴(yán)重下滑，多數(shù)研究生本科階段都是非采礦專業(yè)的學(xué)生，基本沒有相似模擬與測試技術(shù)相關(guān)方面知識基礎(chǔ)，學(xué)生本身對該課程學(xué)習(xí)也不感興趣，而課堂教學(xué)通常采用傳統(tǒng)的相似定理、相似條件、相似材料選取及配比的理論教學(xué)，以及相似模型制作的方案設(shè)計教學(xué)，晦澀難懂，導(dǎo)致了很多學(xué)生在學(xué)完這門課程后，還是無法進(jìn)行這方面的試驗研究，需做試驗寫論文時開始著急的找老師咨詢，找同學(xué)幫助，大大降低了采礦工程研究生的培養(yǎng)質(zhì)量。主要問題：（1）教學(xué)方法傳統(tǒng)單一，教學(xué)效果不好。目前，課堂教學(xué)主要圍繞“相似三定理、相似三條件、配比方案設(shè)計”為主題內(nèi)容，過于偏重理論內(nèi)容，對實踐過程重視不夠，導(dǎo)致學(xué)生的動手能力不足，停留于理論階段，學(xué)習(xí)積極性不高；（2）學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)起來困難，多數(shù)學(xué)生之前未曾有過相似學(xué)習(xí)經(jīng)歷，導(dǎo)致基礎(chǔ)知識比較薄弱，學(xué)習(xí)起來相當(dāng)困難，然而研究生階段，老師不再像本科生教學(xué)那樣細(xì)致講解，也給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來了很大的困擾。因此創(chuàng)新相似模擬試驗技術(shù)教學(xué)方法提高教學(xué)效果極為必要。

2 四位一體教學(xué)方法

2.1 理論基礎(chǔ)教學(xué)

理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)是前提，考試是手段，實踐是途徑，掌握本領(lǐng)是目的，所以，理論基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)是不可缺少的重要部分，相似理論是相似模擬實驗技術(shù)的基本原理，是相似模擬實驗可行的基礎(chǔ)和必要條件，根據(jù)相似材料模擬的特點，模擬試驗需滿足幾何相似、運動相似、動力相似和邊界條件相似等基本條件。所以課堂教學(xué)需保留傳統(tǒng)教學(xué)的主體內(nèi)容，同時要創(chuàng)新課堂教學(xué)方法，常用的多媒體教學(xué)，老師講課速度快，學(xué)生基礎(chǔ)差，效果不理想，而多增加板書內(nèi)容，是很好的方法，板書的過程減慢了課程教學(xué)節(jié)奏，學(xué)生多了思考和理解的過程?？荚囀且环N逼迫學(xué)生課堂認(rèn)真學(xué)習(xí)，課后認(rèn)真復(fù)習(xí)的方法和手段，所以，課堂教學(xué)也包括考試這一環(huán)節(jié)，而試卷的內(nèi)容也是需要精心設(shè)計的，既要體現(xiàn)課程的核心內(nèi)容，又能讓學(xué)生通過考試掌握原理和思想。

2.2 試驗方案設(shè)計

相似模擬試驗方案設(shè)計，是學(xué)生對整個實驗過程的總體方案設(shè)計，是結(jié)合實際礦山工程實況進(jìn)行的實驗材料選取、配比方案、模型制作及測試試驗研究方案的總體設(shè)計方案，也是對理論學(xué)習(xí)的實踐應(yīng)用，主要內(nèi)容：（1）材料選取，根據(jù)某礦的煤巖層的實際地質(zhì)資料，選擇相似模擬材料，相似模擬材料主要采用石膏和混凝土，改變膠結(jié)劑和骨料的組分，可以模擬不同類型的巖層；（2）材料配比方案，根據(jù)該礦的相關(guān)鉆孔柱狀圖，結(jié)合相似材料配比試驗的研究結(jié)果，確定模型尺寸范圍所需的模型材料的配比；（3）模型設(shè)計及制作，首先根據(jù)理論基礎(chǔ)相似基本原理來確定開挖的煤層厚度，工作面長度，確定與模型中煤厚、面長之間的比例關(guān)系，結(jié)合試驗需要自行組裝需要的的試驗架，然后按照配比方案，依次放入各層的相似材料，重復(fù)夯實直至完成整個模型；（4）監(jiān)測點布置，監(jiān)測內(nèi)容主要包括應(yīng)力監(jiān)測和位移監(jiān)測，這要求在模型中埋設(shè)壓力盒和布置位移測點，壓力盒的布置和位移測站布置是學(xué)生需要通過思考來確定的，可以鍛煉學(xué)生學(xué)以致用的本領(lǐng)，整個方案設(shè)計，涵蓋了整個課程的主體內(nèi)容，加強(qiáng)了學(xué)生對課程內(nèi)容的把握和理解，是一種理論向?qū)嵺`的有效模擬。

2.3 試驗過程錄像教學(xué)

上述的理論基礎(chǔ)教學(xué)和試驗方案設(shè)計是目前學(xué)生課堂和課后的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容，然而課程教學(xué)的核心目的是讓學(xué)生學(xué)以致用，而方案設(shè)計后的試驗過程，學(xué)生并沒有親身參與過，缺乏經(jīng)驗指導(dǎo)，導(dǎo)致該項課程學(xué)完后，仍然達(dá)不到為自己的研究所用的效果，為了讓學(xué)生對試驗過程有進(jìn)一步了解和體驗，增加試驗過程錄像教學(xué)內(nèi)容，可清晰地展示相似模擬試驗的工藝過程，主要包括模型制作過程和測試過程，將之前模糊的概念化向生動的可視化轉(zhuǎn)變，拉近了學(xué)生與該試驗工藝過程之間的距離。

2.4 分組實踐教學(xué)

在課堂上增設(shè)錄像視頻教學(xué)內(nèi)容，拉近了學(xué)生與該試驗過程的距離，然而無論何種學(xué)習(xí)都不能停留在“紙上談兵”的過程，因此，實踐教學(xué)是必不可少的內(nèi)容，在學(xué)生通過錄像視頻學(xué)習(xí)后，自己動手完成自己的方案設(shè)計是掌握該項本領(lǐng)的重要手段，因此，設(shè)計和制作了一種組合結(jié)構(gòu)的微型試驗架，作為實踐教學(xué)的平臺，該微型試驗架可組合成多種規(guī)格尺寸的試驗架。

（1）試驗架設(shè)計，一種組合結(jié)構(gòu)微型相似模擬實驗架包括底座架和側(cè)護(hù)梁，底座架包括橫梁，豎梁，底梁和固定梁，將單個橫梁與單個豎梁連接，再用固定梁將底梁與豎梁連接，組合成底座架，從橫梁水平開始安裝側(cè)護(hù)梁，隨著相似材料的鋪設(shè)高度增加依次安裝側(cè)護(hù)梁，待鋪設(shè)到一米高時，停止鋪設(shè)相似材料，如此可以制作模型長×寬×高為1 m×0.1 m×1 m的微型相似模擬架，同樣地，改變橫梁與豎梁個數(shù)可以組合成能制作模型長×寬×高為1 m×0.2 m×1 m和長×寬×高為1 m×0.3 m×1 m的微型相似模擬架，該組合結(jié)構(gòu)微型相似模擬實驗架具有操作簡單，工作量小，能組合成不同結(jié)構(gòu)的相似模擬架，利于實踐教學(xué)分組，能很好地提高實踐教學(xué)效率，同時組合結(jié)構(gòu)式的設(shè)計，增加了學(xué)生的動手能力，也提高了學(xué)生對創(chuàng)新試驗的興趣，有利于提高其創(chuàng)新思維能力。

（2）分組實踐，待實踐教學(xué)時，提供足夠數(shù)量的橫梁、豎梁、底梁、固定梁和側(cè)護(hù)梁，將班級學(xué)生分成多組，各自組合相似試驗架，分別進(jìn)行長×寬×高為1 m×0.1 m×1 m、1 m×0.2 m×1 m和1 m×0.3 m×1 m等多種的相似模擬架組合及材料模型制作試驗[2]，增加了動手和思考環(huán)節(jié)，提高了學(xué)生的創(chuàng)新思維意識，避免了多人制做一組模型而造成的抄襲和參與度不高的問題。

3 結(jié)語

本著教學(xué)內(nèi)容接觸前沿，實踐教學(xué)體現(xiàn)科研的原則，提出了一種課堂基礎(chǔ)理論教學(xué)、相似模擬試驗方案設(shè)計、錄像視頻教學(xué)和分組實踐教學(xué)的四位一體教學(xué)模式，拉近學(xué)生與該試驗工藝過程的距離，讓學(xué)生對該試驗工藝有了直觀認(rèn)識，通過一種組合結(jié)構(gòu)相似模擬架的設(shè)計，增加了創(chuàng)新試驗架設(shè)計的環(huán)節(jié)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，豐富了該課程的教學(xué)手段和內(nèi)容，可以達(dá)到全方位的課程教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 武浩翔，宋選民.礦業(yè)工程相似材料模擬技術(shù)淺析[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2011（22）：122-124.

[2] 龐冬冬.基于微型相似模擬架的礦壓實驗教學(xué)研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2016（21）：173-174.