采礦概論時(shí)空四維知識(shí)關(guān)聯(lián)教學(xué)法研究

何江

摘? 要：采礦概論課程教學(xué)內(nèi)容廣、概念多、知識(shí)抽象，教學(xué)難度大，學(xué)生學(xué)習(xí)困難。如何有效進(jìn)行教學(xué)，成為教學(xué)面對(duì)的難題。文章分析了采礦概論知識(shí)的時(shí)間、空間相關(guān)性特點(diǎn)，論述了知識(shí)學(xué)習(xí)的邏輯關(guān)聯(lián)、時(shí)間關(guān)聯(lián)、空間關(guān)聯(lián)、聯(lián)想關(guān)聯(lián)等4種基本關(guān)聯(lián)類(lèi)型，基于采礦概論知識(shí)特征和人腦知識(shí)學(xué)習(xí)的一般規(guī)律，提出構(gòu)建時(shí)空四維知識(shí)關(guān)聯(lián)教學(xué)法，指出通過(guò)模型教學(xué)法、圖示法、虛擬現(xiàn)實(shí)法、視頻教學(xué)法、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐等時(shí)空四維關(guān)聯(lián)教學(xué)，合理建立采礦知識(shí)的時(shí)空四維關(guān)聯(lián)，提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：采礦概論;時(shí)空四維;教學(xué)方法;知識(shí)結(jié)構(gòu)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-000X（2019）18-0080-03

Abstract： The teaching content of mining introduction course is wide， contains many concepts and abstract knowledge， which is difficult to teach and difficult for students to learn. How to teach effectively has become a difficult problem in teaching. This paper analyzed the characteristics of temporal and spatial correlation of mining knowledge， discussed four basic types of association of knowledge learning， such as logical association， temporal association， spatial association and associative association. Based on the characteristics of mining knowledge and the general rules of human brain knowledge learning， it put forward the construction of spatial-temporal four-dimensional knowledge association teaching method， and pointed out that through model teaching method， graphic teaching method and virtual reality. According to the model teaching method， graphic teaching method， video teaching method and on-site practice，it can reasonably establish the spatial-temporal four-dimensional teaching method of mining introduction and improve the teaching effect.

Keywords： mining introduction; spatial-temporal four dimensions; teaching method; knowledge structure

采礦概論是地礦類(lèi)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的專(zhuān)業(yè)選修課程。主要開(kāi)設(shè)專(zhuān)業(yè)為土地資源管理、地質(zhì)工程、地球物理學(xué)、水文與水資源工程、煤與煤層氣工程、資源環(huán)境與城鄉(xiāng)規(guī)劃管理、礦物加工工程、測(cè)繪工程等。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)煤炭及非煤固體礦床開(kāi)采有概括性、全面性的了解，并了解國(guó)內(nèi)外采礦工業(yè)發(fā)展概況、最新采礦技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)，為學(xué)生學(xué)習(xí)與采礦相關(guān)的課程及到礦山企業(yè)實(shí)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。由于采礦概論涉及的知識(shí)專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)，選修該課程的學(xué)生缺乏必要的知識(shí)基礎(chǔ)，因此教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)都較為困難[1]。采礦概論教學(xué)法研究與改革一直受到采礦工程教師重視[2，3]。本文分析了采礦概論課程知識(shí)特點(diǎn)，提出了構(gòu)建時(shí)空四維知識(shí)結(jié)構(gòu)體系的教學(xué)探索，以期提高采礦概論的教學(xué)效果。

一、采礦概論知識(shí)特點(diǎn)

（一）時(shí)間相關(guān)性

采礦概論教學(xué)內(nèi)容主要涉及采礦工業(yè)的發(fā)展歷程及趨勢(shì)、煤田地質(zhì)及礦圖知識(shí)、井田開(kāi)拓、礦井開(kāi)采巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng)、井巷掘進(jìn)、準(zhǔn)備方式、采煤方法與工藝、礦井安全技術(shù)、非煤固體礦床開(kāi)采等幾個(gè)方面。其中采礦工業(yè)的發(fā)展歷程及趨勢(shì)、井田開(kāi)拓、井巷掘進(jìn)與支護(hù)、采煤方法與工藝等幾個(gè)方面主要介紹與時(shí)間相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。如采礦工業(yè)的發(fā)展涉及到不同發(fā)展歷史時(shí)期、不同階段采礦技術(shù)具有的標(biāo)志性特點(diǎn);井田開(kāi)拓通過(guò)開(kāi)拓巷道的開(kāi)拓流程形成時(shí)間相關(guān)的開(kāi)鑿或掘進(jìn)先后順序;井巷掘進(jìn)與支護(hù)、采煤方法與工藝，通過(guò)采掘循環(huán)形成采掘工序的時(shí)間流程循環(huán)。因此，這幾部分內(nèi)容所涉及的知識(shí)點(diǎn)在時(shí)間上具有極強(qiáng)的相關(guān)性。

（二）空間相關(guān)性

采礦概論課程講授的所有知識(shí)點(diǎn)幾乎都與空間建立聯(lián)系。煤田地質(zhì)介紹的主要是煤系地層及其結(jié)構(gòu)的空間產(chǎn)狀;礦圖知識(shí)介紹代表空間相關(guān)性的二維礦圖知識(shí)。通過(guò)投影形成的礦圖體現(xiàn)了煤田地質(zhì)信息和采掘工程空間信息。井田開(kāi)拓、礦井開(kāi)采巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng)、井巷掘進(jìn)、準(zhǔn)備方式、采煤方法與工藝等采礦工程是在地層空間中實(shí)施的井巷工程和開(kāi)采工程，具有典型的空間性。通過(guò)對(duì)土地資源管理專(zhuān)業(yè)49名選課學(xué)生進(jìn)行匿名問(wèn)卷調(diào)查表明，64%的學(xué)生認(rèn)為采礦概論課程知識(shí)點(diǎn)空間立體感極強(qiáng)，27%的學(xué)生認(rèn)為空間立體感較強(qiáng)，認(rèn)為采礦概論課程知識(shí)點(diǎn)空間立體感較強(qiáng)以上的學(xué)生達(dá)到91%。因此，采礦概論課程知識(shí)點(diǎn)學(xué)生普遍認(rèn)為具有較強(qiáng)的空間相關(guān)性。

二、人腦學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程

學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程就是在大腦中建構(gòu)知識(shí)關(guān)聯(lián)、知識(shí)架構(gòu)的過(guò)程。如果新學(xué)習(xí)的知識(shí)之間關(guān)聯(lián)不強(qiáng)，則學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，需要通過(guò)自己的理解把新進(jìn)入大腦的信息理解透徹形成新知識(shí)，從而將新知識(shí)和大腦中已有的知識(shí)架構(gòu)建立某種關(guān)聯(lián)。這種依靠自身理解能力建立的關(guān)聯(lián)可能合理也可能不合理，可能關(guān)聯(lián)緊密或關(guān)聯(lián)不夠緊密。尤其當(dāng)學(xué)生沒(méi)有充分理解新知識(shí)點(diǎn)的情況下，進(jìn)入大腦的信息處于一種暫存狀態(tài)，學(xué)習(xí)者不能直覺(jué)而自覺(jué)建立新信息與已有知識(shí)架構(gòu)的某種合理關(guān)聯(lián)。此時(shí)，進(jìn)入大腦的新信息還不能成為新知識(shí)，如果不能及時(shí)復(fù)習(xí)，進(jìn)一步加深理解，建立合理而穩(wěn)固的關(guān)聯(lián)，新進(jìn)入的信息就會(huì)很快遺忘。

基于以上人腦學(xué)習(xí)的規(guī)律，教師教學(xué)需要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面的功能。其一，教師需要將知識(shí)點(diǎn)闡述清楚或通過(guò)某種教學(xué)方法讓學(xué)生深刻理解知識(shí)點(diǎn)。其二，建立新知識(shí)合理而穩(wěn)固的聯(lián)系并使之與學(xué)生已有知識(shí)或認(rèn)知架構(gòu)建立密切關(guān)聯(lián)。

三、知識(shí)關(guān)聯(lián)的基本類(lèi)型

（一）邏輯關(guān)聯(lián)

邏輯關(guān)聯(lián)指新知識(shí)是基于學(xué)習(xí)者已有知識(shí)通過(guò)知識(shí)之間的嚴(yán)密邏輯關(guān)系推導(dǎo)得出。邏輯關(guān)聯(lián)又稱(chēng)推理關(guān)聯(lián)。學(xué)習(xí)者對(duì)新知識(shí)理解深刻，建立起新知識(shí)與已有知識(shí)的邏輯關(guān)聯(lián)。該邏輯關(guān)聯(lián)自然而然成為新知識(shí)與已有知識(shí)的關(guān)聯(lián)。基于邏輯關(guān)聯(lián)學(xué)習(xí)的新知識(shí)在短時(shí)間內(nèi)記憶深刻。新知識(shí)如果能夠及時(shí)加以鞏固，很快可以固化形成長(zhǎng)久記憶的知識(shí)。如果不及時(shí)鞏固，當(dāng)新知識(shí)與已有知識(shí)的邏輯關(guān)系被遺忘，則邏輯關(guān)聯(lián)自然失效，新知識(shí)將遺忘殆盡。因此，基于邏輯關(guān)系學(xué)習(xí)的新知識(shí)，應(yīng)該能夠及時(shí)得以鞏固，通過(guò)邏輯關(guān)系快速理解習(xí)得，建立邏輯關(guān)聯(lián)，通過(guò)鞏固而成為長(zhǎng)久記憶。當(dāng)形成長(zhǎng)久記憶后，基于邏輯關(guān)系的初始邏輯對(duì)于習(xí)得知識(shí)就不那么重要了。

（二）時(shí)間關(guān)聯(lián)

時(shí)間的先后順序自然形成一個(gè)有條不紊的線性邏輯關(guān)系，正因?yàn)檫@種簡(jiǎn)單而明晰的關(guān)系，學(xué)習(xí)者容易以時(shí)間先后順序?yàn)榫€索將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)串成一組相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)，從而形成長(zhǎng)久記憶，比如學(xué)習(xí)植物的生長(zhǎng)過(guò)程，對(duì)于種子發(fā)芽、生長(zhǎng)、開(kāi)花、結(jié)果相關(guān)知識(shí)，本身相互孤立的知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)植物生長(zhǎng)的先后階段串聯(lián)起來(lái);比如對(duì)于歷史知識(shí)的學(xué)習(xí)，通過(guò)歷史事件的先后關(guān)系，通過(guò)年代表與歷史事件的關(guān)聯(lián)，可對(duì)年代相關(guān)的歷史知識(shí)形成較為穩(wěn)固的聯(lián)想記憶。這種時(shí)間關(guān)聯(lián)，在大腦中形成了類(lèi)似于一維的空間關(guān)聯(lián)。

（三）空間關(guān)聯(lián)

對(duì)于與空間場(chǎng)景相關(guān)的知識(shí)，自然形成空間關(guān)聯(lián)?？臻g關(guān)聯(lián)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)是空間信息是學(xué)習(xí)者的親身經(jīng)歷或通過(guò)視頻或空間描述構(gòu)建形成了空間場(chǎng)景。人腦對(duì)于空間場(chǎng)景的圖像記憶是直觀和深刻的，一旦形成空間關(guān)聯(lián)的知識(shí)，往往經(jīng)久不忘。時(shí)間關(guān)聯(lián)實(shí)際上是空間關(guān)聯(lián)的一個(gè)特例，學(xué)習(xí)者在大腦中對(duì)于時(shí)間關(guān)聯(lián)知識(shí)的記憶，往往是基于時(shí)間軸的線性一維空間進(jìn)行抽象的時(shí)間關(guān)聯(lián)知識(shí)的記憶。實(shí)際上幾乎所有習(xí)得知識(shí)，當(dāng)需要使用的時(shí)候，大腦中總是以某種畫(huà)面呈現(xiàn)出來(lái)，可能是知識(shí)在書(shū)本中的頁(yè)面、也有可能是知識(shí)的文字表述畫(huà)面、或者是知識(shí)與生活中某種場(chǎng)景的奇特關(guān)聯(lián)場(chǎng)景。因此，空間關(guān)聯(lián)可能是最為重要和根本的知識(shí)關(guān)聯(lián)形式。目前，教學(xué)中的知識(shí)結(jié)構(gòu)圖常常以思維導(dǎo)圖的方式進(jìn)行展示。思維導(dǎo)圖實(shí)際上就是將抽象的思維進(jìn)行必要的二維空間關(guān)聯(lián)，將抽象的不確切的知識(shí)想象場(chǎng)景進(jìn)行確切和固化，進(jìn)一步以視覺(jué)場(chǎng)景的方式存入大腦，加深并固化一類(lèi)知識(shí)的空間關(guān)聯(lián)。

（四）聯(lián)想關(guān)聯(lián)

聯(lián)想關(guān)聯(lián)可以理解為邏輯關(guān)聯(lián)、時(shí)間關(guān)聯(lián)、空間關(guān)聯(lián)的復(fù)合關(guān)聯(lián)。學(xué)習(xí)者通過(guò)將新知識(shí)與已有知識(shí)架構(gòu)以某種復(fù)合邏輯的、具有時(shí)間或空間相關(guān)性的、或某種復(fù)雜相關(guān)關(guān)系的關(guān)聯(lián)。這種聯(lián)想關(guān)聯(lián)是基于學(xué)習(xí)者自身的生活經(jīng)歷，關(guān)聯(lián)形式千變?nèi)f化。同一知識(shí)點(diǎn)，不同學(xué)習(xí)者在記憶過(guò)程中往往存在不同的聯(lián)想方式，而這種關(guān)聯(lián)在大腦中最終以某種形式的畫(huà)面呈現(xiàn)出來(lái)。

四、采礦概論時(shí)空四維關(guān)聯(lián)教學(xué)探討

以上分析表明，知識(shí)的學(xué)習(xí)是關(guān)聯(lián)的建立過(guò)程。教師不但需要使學(xué)生理解知識(shí)，同時(shí)需要構(gòu)建知識(shí)的合理關(guān)聯(lián)。采礦概論相關(guān)知識(shí)具有典型的時(shí)間相關(guān)性和空間相關(guān)性?；谥R(shí)關(guān)聯(lián)的基本類(lèi)型的分析表明，知識(shí)的關(guān)聯(lián)雖然有多種形式，但最基本的是空間關(guān)聯(lián)，知識(shí)在大腦中最終以某種圖像場(chǎng)景而存在。因此，基于采礦概論知識(shí)點(diǎn)的時(shí)空相關(guān)性，采礦概論的教學(xué)應(yīng)重點(diǎn)采用時(shí)間關(guān)聯(lián)和空間關(guān)聯(lián)兩種關(guān)聯(lián)模式構(gòu)建知識(shí)的相關(guān)關(guān)系，從而使學(xué)生能夠直觀接受并自然構(gòu)建采礦概論知識(shí)體系的時(shí)空四維關(guān)聯(lián)。

采礦概論時(shí)空四維關(guān)聯(lián)教學(xué)方法體系如下：

1. 模型教學(xué)法。模型教學(xué)法是在課堂授課過(guò)程中引入讓學(xué)生看得見(jiàn)、摸得著的實(shí)物模型，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象的直觀空間認(rèn)識(shí)[4]。模型教學(xué)法在采礦工程教學(xué)中，常采用按比例縮小的模型進(jìn)行教學(xué)，不但增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)采礦及相關(guān)知識(shí)的直觀認(rèn)識(shí)，同時(shí)通過(guò)模型比例的縮小，可以從全局的角度建立采礦空間架構(gòu)的聯(lián)系。當(dāng)采礦空間結(jié)構(gòu)在學(xué)生大腦中建立空間關(guān)聯(lián)時(shí)，這個(gè)空間架構(gòu)就成了采礦知識(shí)的關(guān)聯(lián)體系。因?yàn)?，采礦概論的幾乎所有知識(shí)都是基于采礦空間展開(kāi)的。因此，模型教學(xué)法充分利用了知識(shí)學(xué)習(xí)的空間關(guān)聯(lián)的優(yōu)越性。

2. 圖示法。圖示法是將具有某種層次關(guān)系或時(shí)間先后順序的邏輯關(guān)聯(lián)知識(shí)，采用繪圖的方法，直觀呈現(xiàn)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的邏輯關(guān)聯(lián)性，從而使學(xué)生習(xí)得相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)方法。如當(dāng)前在各學(xué)科教學(xué)中廣泛使用的思維導(dǎo)圖法就是將學(xué)科知識(shí)點(diǎn)按照層次關(guān)系、并列關(guān)系、聯(lián)想關(guān)系等采用結(jié)構(gòu)圖的方式呈現(xiàn)出來(lái)，從而有利于學(xué)生掌握知識(shí)的相互關(guān)系，將各知識(shí)點(diǎn)形成二維圖像記入大腦中[5]。圖示法實(shí)際將知識(shí)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了二維空間關(guān)聯(lián)[6]。采礦工程教學(xué)中當(dāng)前應(yīng)用最多的圖示法為采掘工程作業(yè)循環(huán)圖表。該方法將采掘工程在時(shí)間上有先后順序的作業(yè)工序，采用時(shí)間與空間相結(jié)合的二維圖，將各作業(yè)工序繪制其上，從而建立采礦工序的時(shí)空二維圖，便于學(xué)生在大腦中形成采掘工序的時(shí)空關(guān)聯(lián)。另外，對(duì)于采礦工業(yè)發(fā)展等具有時(shí)間先后順序的知識(shí)點(diǎn)，也可以采用時(shí)間軸的方法串聯(lián)采礦工程發(fā)展的關(guān)鍵階段，從而建立時(shí)間先后順序的二維圖，將時(shí)間關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)化為空間關(guān)聯(lián)，便于學(xué)習(xí)記憶。

3. 虛擬現(xiàn)實(shí)法。虛擬現(xiàn)實(shí)法是利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，建立采礦工程的實(shí)際場(chǎng)景模型，盡可能逼真地模擬現(xiàn)實(shí)采礦場(chǎng)景，使學(xué)生有如身臨實(shí)際的感受，通過(guò)視覺(jué)直觀的感知深達(dá)千米的礦井深處的采掘場(chǎng)景，加深對(duì)知識(shí)的直觀認(rèn)知[7]。該方法實(shí)際上是采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過(guò)建模的方法，構(gòu)建采礦知識(shí)的時(shí)空四維關(guān)聯(lián)，利用了學(xué)習(xí)中時(shí)空關(guān)聯(lián)的重要優(yōu)勢(shì)，提高教學(xué)效果。當(dāng)前虛擬仿真教學(xué)已成為采礦工程教學(xué)的主要發(fā)展方向之一，不斷豐富著采礦概論教學(xué)資源。

4. 視頻教學(xué)法。視頻教學(xué)法是將采礦井下危險(xiǎn)區(qū)域或非采礦人員不易到達(dá)區(qū)域的實(shí)際情況采用視頻的方式記錄下來(lái)，通過(guò)視頻播放，讓學(xué)生直觀觀看采礦不同環(huán)節(jié)的生產(chǎn)組織情況。該方法比較成熟，應(yīng)用廣泛。但該方法單獨(dú)運(yùn)用時(shí)，學(xué)生只能建立單一場(chǎng)景的生產(chǎn)組織形式，不能很好建立礦井全局的空間關(guān)聯(lián)。如果將視頻教學(xué)法和模型教學(xué)法、圖示法結(jié)合起來(lái)，可實(shí)現(xiàn)采礦概論知識(shí)的時(shí)空關(guān)聯(lián)有效建構(gòu)，充分提升采礦概論的教學(xué)效果。

以上采礦概論時(shí)空四維關(guān)聯(lián)教學(xué)法是目前較為常用的教學(xué)方法。除此之外，還可以合理安排必要的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐、現(xiàn)場(chǎng)參觀等方式讓學(xué)生身臨其境，感受礦井現(xiàn)場(chǎng)，建立時(shí)空關(guān)聯(lián)。但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐對(duì)于非采礦工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)一般難以實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際教學(xué)中應(yīng)以構(gòu)建學(xué)生時(shí)空四維知識(shí)關(guān)聯(lián)為宗旨，合理搭配利用相關(guān)教學(xué)方法，以使學(xué)生準(zhǔn)確、穩(wěn)固的建立采礦知識(shí)的時(shí)空四維關(guān)聯(lián)，提高教學(xué)效果。

五、結(jié)論

（1）采礦概論知識(shí)點(diǎn)中井田開(kāi)拓、采掘順序、采煤工藝、采礦工業(yè)發(fā)展等具有明顯的時(shí)間相關(guān)性，煤田地質(zhì)、礦圖知識(shí)、井田開(kāi)拓、生產(chǎn)系統(tǒng)、井巷掘進(jìn)、準(zhǔn)備方式、采煤方法與工藝等采礦工程是在地層空間中實(shí)施的井巷工程和開(kāi)采工程，具有空間性。

（2）學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的過(guò)程是在大腦中建構(gòu)知識(shí)關(guān)聯(lián)、知識(shí)架構(gòu)的過(guò)程。知識(shí)關(guān)聯(lián)具有邏輯關(guān)聯(lián)、時(shí)間關(guān)聯(lián)、空間關(guān)聯(lián)、聯(lián)想關(guān)聯(lián)幾種基本形式。教師需要使學(xué)生深刻理解知識(shí)，同時(shí)需要建立新知識(shí)合理而穩(wěn)固的聯(lián)系并使之與學(xué)生已有知識(shí)或認(rèn)知架構(gòu)建立密切關(guān)聯(lián)。

（3）采礦概論教學(xué)可充分利用其知識(shí)點(diǎn)的時(shí)空相關(guān)性，通過(guò)模型教學(xué)法、圖示法、虛擬現(xiàn)實(shí)法、視頻教學(xué)法、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐等時(shí)空四維關(guān)聯(lián)教學(xué)方法體系，合理建立采礦知識(shí)的時(shí)空四維關(guān)聯(lián)，提高教學(xué)效果。

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