采礦工程專業(yè)相似模擬實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新教學(xué)模式探索

史文豹　馬海峰　李傳明

摘 要：該文在相似模擬實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)教學(xué)模式的基礎(chǔ)上從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段3個(gè)方面進(jìn)行創(chuàng)新教學(xué)模式探索，新模式強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)意義及目的，以實(shí)踐操作教學(xué)為基礎(chǔ)和CAI教學(xué)、數(shù)值模擬技術(shù)有機(jī)結(jié)合，多角度、全方位地傳授教材內(nèi)容，該過(guò)程注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力，利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。

關(guān)鍵詞：采礦工程 相似模擬實(shí)驗(yàn) 教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）06（c）-0224-02

Abstract：Based on the simulation experiment of the traditional teaching mode ，the paper has carried on the innovation teaching pattern exploration， from the teaching content， the teaching method， the teaching method three aspects. This model emphasizes the significance and purpose of the experiment， based on the practice of teaching， the combination of CAI teaching， numerical simulation technology，thus， the teaching content is taught in a multi angle and all-round way. The process focuses on the cultivation of students creative ability， design ability and practical ability， which is beneficial to the improvement of students comprehensive quality.

Key Words：Mining engineering； Similar simulation experiment； Teaching model

在采礦工程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，每門課程的教學(xué)過(guò)程都是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。從理解教學(xué)大綱、熟悉實(shí)驗(yàn)教材到根據(jù)采礦工程專業(yè)自身特點(diǎn)劃出教材重點(diǎn)，從編制課時(shí)計(jì)劃、編寫教學(xué)方案到課堂教學(xué)、課后作業(yè)批改及考試總結(jié)，從理論部分講解到實(shí)踐操作教學(xué)，再到教學(xué)效果的整體評(píng)價(jià)，其中的每一環(huán)節(jié)都將對(duì)教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量產(chǎn)生不同程度的影響。如何把握各個(gè)環(huán)節(jié)和各種影響因素，以及各因素對(duì)教學(xué)效果影響的權(quán)重比例，還有許多值得教學(xué)工作者研究、探討和改進(jìn)的地方。相似模擬實(shí)驗(yàn)是采礦工程行業(yè)常用的研究手段，其能直觀反映煤炭開采過(guò)程中礦山壓力演化過(guò)程，是培養(yǎng)學(xué)生科研能力的重要基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程。此類實(shí)驗(yàn)課程涉及內(nèi)容廣泛，需要學(xué)生在對(duì)井田開拓、巷道掘進(jìn)與支護(hù)、工作面回采工藝以及礦井通風(fēng)等專業(yè)課程有一定知識(shí)積累后方能開展，采掘空間概念較多，實(shí)踐性強(qiáng)。這就要求教師不僅要精通實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，還要對(duì)本課程與其它他專業(yè)課程的內(nèi)在聯(lián)系有全面了解，而且不僅要有理論知識(shí)，還要有一定的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。筆者在總結(jié)前人教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身近年教學(xué)實(shí)踐，在相似材料模擬實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方面做出了一些改革創(chuàng)新探索。

1 教學(xué)內(nèi)容的創(chuàng)新教學(xué)探索

傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中，一般是先講解相似條件，其中包括強(qiáng)度相似條件、泊松比相似條件和時(shí)間比例系數(shù)，然后講解常用的模型材料（包括砂子、粘土、石灰、石膏、水泥）特性，以及各材料不同配比下模型整體強(qiáng)度。接著講解試件制作過(guò)程：確定各材料用量、準(zhǔn)備試模、攪拌、裝模、3 d后拆模、養(yǎng)護(hù)。最后講解模型設(shè)計(jì)、制作及觀測(cè)方法。此教學(xué)模式的關(guān)鍵在于精選教學(xué)內(nèi)容，突出教學(xué)重點(diǎn)，循序漸進(jìn)地從理論知識(shí)到實(shí)踐知識(shí)的傳授。但在此過(guò)程中，冗長(zhǎng)的理論知識(shí)以及對(duì)相似材料模擬實(shí)驗(yàn)的意義不甚清楚，會(huì)導(dǎo)致部分學(xué)生失去學(xué)習(xí)的興趣，而對(duì)實(shí)踐的操作、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)卻躍躍欲試。因此對(duì)課程內(nèi)容教學(xué)做出以下幾點(diǎn)探索。

第一，在授課之初，綜合其它專業(yè)課程，宏觀講解相似模擬實(shí)驗(yàn)在采礦工程應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)，突出在理論分析、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)條件受限的情況下，實(shí)驗(yàn)室相似模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行工程實(shí)驗(yàn)中所體現(xiàn)的靈活性、經(jīng)濟(jì)學(xué)和科學(xué)性。指出煤礦在采場(chǎng)圍巖控制、預(yù)防煤巖動(dòng)力及瓦斯災(zāi)害工程中，通過(guò)相似模擬實(shí)驗(yàn)所帶來(lái)的前瞻性，給礦工生命和國(guó)資財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)保障。以煤礦行業(yè)發(fā)生的具體災(zāi)害實(shí)例為導(dǎo)向，指引學(xué)生理解和重視相似模擬實(shí)驗(yàn)的意義，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

第二，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的意向作出合理的分析，以實(shí)驗(yàn)真實(shí)還原現(xiàn)場(chǎng)為出發(fā)點(diǎn)，講解各相似準(zhǔn)則及材料選擇的由來(lái)，將工程實(shí)踐與相似模擬實(shí)驗(yàn)知識(shí)貫穿起來(lái)，提綱挈領(lǐng)，有利于學(xué)生系統(tǒng)掌握理論知識(shí)，便于總結(jié)規(guī)律，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生思考模擬實(shí)驗(yàn)中的不足，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新性想法加以及時(shí)鼓勵(lì)。

第三，在教學(xué)過(guò)程中基礎(chǔ)理論最好在實(shí)驗(yàn)室依托具體實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭v解，使學(xué)生對(duì)相關(guān)理論有直觀理解，同時(shí)加深記憶。課程講解結(jié)束，給出幾種具體煤礦工程地質(zhì)條件，要求每位學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)相似模擬實(shí)驗(yàn)，并逐一修改。自己動(dòng)手設(shè)計(jì)可以強(qiáng)化設(shè)計(jì)思維、設(shè)計(jì)能力，加深對(duì)相似模擬實(shí)驗(yàn)中各個(gè)環(huán)節(jié)的理解。最后選出合適的方案，帶領(lǐng)學(xué)生開展課程實(shí)踐，進(jìn)行一次相似模擬實(shí)驗(yàn)，如圖1所示。

2 教學(xué)方法的創(chuàng)新教學(xué)探索

采用生產(chǎn)實(shí)踐與實(shí)驗(yàn)理論結(jié)合、學(xué)生與老師互動(dòng)的雙邊教學(xué)法，以學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)、實(shí)踐為主體。教師啟發(fā)學(xué)生思考如何最大限度地在實(shí)驗(yàn)室還原現(xiàn)場(chǎng)，鍛煉學(xué)生發(fā)散性思維，及時(shí)掌握學(xué)生信息，調(diào)動(dòng)學(xué)生主觀能動(dòng)性，變“填鴨式”教學(xué)為“啟發(fā)式”教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)老師應(yīng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，及時(shí)將國(guó)內(nèi)外最新研究成果介紹給學(xué)生，開拓學(xué)生眼界，培養(yǎng)學(xué)生科研潛力。

3 教學(xué)手段的創(chuàng)新教學(xué)探索

利用多媒體技術(shù)向?qū)W生動(dòng)態(tài)展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程，以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的具體分析。在實(shí)驗(yàn)室授課以外，以CAI教學(xué)為主，變“靜態(tài)”教學(xué)為“動(dòng)態(tài)”教學(xué)，通過(guò)聲音、圖像、動(dòng)畫增強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解。選擇性播放一些典型的反映生產(chǎn)實(shí)踐的實(shí)驗(yàn)例子，使課堂教學(xué)化抽象為具體。

相似模擬實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)是工程研究的兩大手段，向?qū)W生簡(jiǎn)要講解數(shù)值模擬的基本理論及其所能反映工程問(wèn)題的主要途徑，可以講解入門容易上手較快的FLAC3D巖土工程軟件。依據(jù)課程實(shí)驗(yàn)所用工程地質(zhì)背景建立數(shù)值模型，開挖后觀測(cè)模型應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)。將數(shù)值模擬與相似模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果做對(duì)比，看看對(duì)同一問(wèn)題用不同研究手段所獲結(jié)果有何異同。通過(guò)數(shù)值模擬學(xué)習(xí)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)相似模擬實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。

4 結(jié)語(yǔ)

相似模擬實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程創(chuàng)新教學(xué)模式的探索具有一定的教學(xué)意義。首先，它以學(xué)習(xí)目的為導(dǎo)向，同時(shí)體現(xiàn)了創(chuàng)新教學(xué)的實(shí)用性。從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及教學(xué)手段3個(gè)方面進(jìn)行基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革創(chuàng)新，利用多樣的教學(xué)設(shè)備，將其它專業(yè)課內(nèi)容、該次實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容和CAI教學(xué)、數(shù)值模擬技術(shù)有機(jī)結(jié)合，多角度、全方位地向?qū)W生介紹本門課程。該過(guò)程注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力，有利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高，這對(duì)培養(yǎng)高質(zhì)量的工程設(shè)計(jì)人員具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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