基于“理工醫(yī)融合”的自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)教學(xué)設(shè)計(jì)

胡祖祥，高宇，陳莞爾

（安徽理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，安徽淮南 232001）

在提升大學(xué)生核心素養(yǎng)的背景下，礦井粉塵防治的基本知識(shí)、防治措施的傳統(tǒng)教學(xué)目標(biāo)發(fā)生了變化，學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)也在變化[1-2]。對(duì)于“理工醫(yī)融合”的礦井粉塵防治理論與職業(yè)健康課程教學(xué)應(yīng)當(dāng)如何設(shè)計(jì)，是需要認(rèn)真思考的問(wèn)題。在“教學(xué)過(guò)程是師生交往的動(dòng)態(tài)過(guò)程、教學(xué)過(guò)程是教師指導(dǎo)下學(xué)生的特殊認(rèn)識(shí)過(guò)程、教學(xué)過(guò)程是一個(gè)促進(jìn)學(xué)生身心發(fā)展的過(guò)程、教學(xué)過(guò)程是教書(shū)育人緊密結(jié)合的過(guò)程”[3-5]這些對(duì)教學(xué)本質(zhì)的宏觀理解前提下，本文結(jié)合交叉學(xué)科特點(diǎn)，融合礦井粉塵防治與職業(yè)健康課程內(nèi)容，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)對(duì)課堂教學(xué)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。現(xiàn)代信息技術(shù)下“互聯(lián)網(wǎng)+”模式針對(duì)大學(xué)生自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)提出了更高要求[6-8]。為解決大學(xué)生自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力提升過(guò)程中存在的問(wèn)題，并探索自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)和提升策略，結(jié)合礦井粉塵防治理論與職業(yè)健康課程的新理論、新技術(shù)、新設(shè)備及發(fā)展趨勢(shì)，構(gòu)建了“協(xié)作自主學(xué)習(xí)”與“知識(shí)—實(shí)踐—競(jìng)賽”創(chuàng)新能力培養(yǎng)教學(xué)過(guò)程。

1 教學(xué)分析

1.1 教學(xué)內(nèi)容

本課程基礎(chǔ)理論知識(shí)以除塵降塵展開(kāi)，通常采用的降塵方式可歸納為兩大類：干法除塵與濕法除塵。濕式除塵的工作介質(zhì)大多采用水霧，噴霧降塵的降塵效率最高，課程以噴霧除塵為重點(diǎn)講解。課程內(nèi)容包括噴霧降塵機(jī)理、噴霧除塵形式、水的特性對(duì)噴霧降塵效果的影響、噴嘴參數(shù)對(duì)噴霧降塵效果的影響、噴霧系統(tǒng)的參數(shù)和布置、噴霧降塵關(guān)鍵技術(shù)分析。

1.2 教學(xué)目標(biāo)

按照工程教育專業(yè)認(rèn)證的理念，按照學(xué)校的培養(yǎng)定位，依據(jù)能力培養(yǎng)要求，結(jié)合課程特點(diǎn)進(jìn)行目標(biāo)設(shè)計(jì)。通過(guò)礦井粉塵防治理論與職業(yè)健康的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，希望達(dá)到如下目標(biāo)[9-11]：

1.2.1 知識(shí)目標(biāo)

掌握工業(yè)常用除塵降塵技術(shù)原理及其在煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用，了解粉塵除塵技術(shù)，熟知掘進(jìn)工作面的塵源分布，熟知掘進(jìn)工作面各主要工序防塵方法，熟知采煤工作面的塵源分布，熟知采煤工作面各主要工序的防塵方法，了解常見(jiàn)自動(dòng)噴霧裝置和一般噴霧灑水裝置，熟知噴霧參數(shù)的確定，熟知帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)防塵罩的原則布置及主要技術(shù)參數(shù)的確定。

1.2.2 技能目標(biāo)

能根據(jù)掘進(jìn)工作面各主要工序產(chǎn)塵特點(diǎn)正確選擇防塵方法，能根據(jù)采煤工作面各主要工序產(chǎn)塵特點(diǎn)正確選擇防塵方法，制定綜采工作面綜合防塵技術(shù)措施及優(yōu)化措施，能正確選擇噴嘴類型，熟知密閉抽塵凈化，了解密閉噴霧降塵和其他防塵措施。

1.2.3 素養(yǎng)目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科自學(xué)能力，在學(xué)習(xí)理學(xué)、工學(xué)、醫(yī)學(xué)跨學(xué)科專業(yè)知識(shí)時(shí)能夠掌握知識(shí)間的聯(lián)系，養(yǎng)成對(duì)復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行深入研究的習(xí)慣。培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新思維，充分挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛能，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)競(jìng)賽培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、組織管理能力、溝通協(xié)作能力。

2 教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

2.1 課前新知識(shí)、新問(wèn)題的自主探究階段

國(guó)外學(xué)者研究表明，自我效能感與學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的影響是相互的，自我效能感越高，就會(huì)激發(fā)越強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)欲望[12]。其研究普遍證實(shí)，學(xué)生的自我效能感對(duì)學(xué)習(xí)行為及成就有重要影響，并對(duì)其目標(biāo)定向及學(xué)習(xí)成績(jī)具有積極的影響[13-14]。課前教學(xué)主要通過(guò)線上形式開(kāi)展，教師負(fù)責(zé)構(gòu)建課前自主學(xué)習(xí)所需的礦井除塵相關(guān)資料和平臺(tái)。在平臺(tái)設(shè)計(jì)簽到活動(dòng)以督促學(xué)生，布置學(xué)生針對(duì)采掘工作面、皮帶轉(zhuǎn)載點(diǎn)等粉塵產(chǎn)生嚴(yán)重區(qū)域提出科學(xué)合理的粉塵治理新技術(shù)方案，再進(jìn)行投票、討論等活動(dòng)，通過(guò)對(duì)塵源點(diǎn)的治理技術(shù)學(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)生解決自主學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題。教師以整個(gè)礦井粉塵防治知識(shí)體系和礦井粉塵不同污染源的治理方法為基本元素的體系結(jié)構(gòu)，集成豐富多媒體素材資源，方便后期粉塵防治新理論、新技術(shù)的更新與擴(kuò)展，還能開(kāi)展網(wǎng)上具體塵源治理案例直播授課，幫助學(xué)生完成課前自主學(xué)習(xí)。利用數(shù)字融媒體技術(shù)，鏈接多媒體資源和交互VR 資源，展示不同塵源點(diǎn)除塵技術(shù)的除塵機(jī)理、除塵方式示意圖及原理，輔助實(shí)踐操作。

2.2 課中知識(shí)學(xué)習(xí)與問(wèn)題解決的提高階段

2.2.1 知識(shí)講解

教師采用傳統(tǒng)授課結(jié)合討論的方式，講解課程中礦塵粒度、分散度、粒度分布、粉塵的理化性質(zhì)、粉塵的危害、塵肺病的產(chǎn)生與預(yù)防、各除塵方式的除塵原理、優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍等內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)知識(shí)之間的連通性；教師可以通過(guò)演示或選擇合理的學(xué)習(xí)分組代表選取1～2 個(gè)知識(shí)點(diǎn)講解粉塵的測(cè)定，幫助學(xué)生形成知識(shí)體系，教師針對(duì)知識(shí)點(diǎn)，從知識(shí)層面引導(dǎo)到應(yīng)用層面。另外，根據(jù)課程每章內(nèi)容，將相關(guān)防塵設(shè)備模型或?qū)嵨镎故窘o學(xué)生，例如給學(xué)生展示不同規(guī)格的噴嘴等；充分利用現(xiàn)代多媒體，如視頻播放粉塵爆炸的過(guò)程。

2.2.2 問(wèn)題解決

通過(guò)組建學(xué)習(xí)小組總結(jié)學(xué)習(xí)任務(wù)，小組討論解決自主學(xué)習(xí)存在的問(wèn)題；教師引導(dǎo)學(xué)生追蹤礦井粉塵防治技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和趨勢(shì)，建構(gòu)礦井各產(chǎn)塵源的除塵方案和設(shè)備選型設(shè)計(jì)、噴霧降塵系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)等，幫助學(xué)生厘清粉塵防治與職業(yè)病防控的來(lái)龍去脈，為學(xué)生對(duì)粉塵治理的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)發(fā)散思維提供足夠的空間。教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)礦井粉塵各塵源的治理技術(shù)、整個(gè)礦井粉塵防治知識(shí)體系及查閱的礦井除塵相關(guān)資料進(jìn)行梳理、篩選、提取、組合。學(xué)生通過(guò)查閱文獻(xiàn)學(xué)習(xí)塵源點(diǎn)的治理技術(shù)，這個(gè)過(guò)程可能形成與以往經(jīng)驗(yàn)不同的路徑，由此產(chǎn)生解決問(wèn)題的方法和策略。教師在幫助學(xué)生解決問(wèn)題的過(guò)程中，組織學(xué)生按照想法提出創(chuàng)新性除塵方式，并探索其除塵機(jī)理，繪制除塵方式示意圖。

2.2.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

通過(guò)設(shè)計(jì)礦井生產(chǎn)中掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)以及粉塵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等實(shí)體客觀結(jié)構(gòu)，虛擬仿真還原礦井粉塵的分布場(chǎng)景，每一名學(xué)生都要在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)，深刻理解粉塵監(jiān)測(cè)技術(shù)與原理。通過(guò)設(shè)置噴霧降塵實(shí)驗(yàn)開(kāi)展?jié)袷匠龎m教學(xué)，幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)噴嘴及噴霧降塵理論，強(qiáng)化礦井粉塵防治應(yīng)用；還可以設(shè)計(jì)物理、化學(xué)抑塵以及粉塵濃度、粒度分布等檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生掌握粉塵濃度、粒度及游離二氧化硅含量測(cè)定方法，從而全面掌握抑塵劑制備實(shí)驗(yàn)步驟以及粉塵采樣與檢測(cè)方法等，結(jié)合實(shí)驗(yàn)報(bào)告及答疑情況完成實(shí)驗(yàn)綜合考核；學(xué)生借助 VR 技術(shù)在三維動(dòng)畫(huà)虛擬仿真中切身體驗(yàn)礦山粉塵職業(yè)危害產(chǎn)生的塵肺演變場(chǎng)景，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)礦山粉塵職業(yè)危害防控知識(shí)體系的認(rèn)知。

2.2.4 組織競(jìng)賽

學(xué)生在學(xué)習(xí)粉塵相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)后，分組查閱資料、相互討論完成研究、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)等方面的要求，如對(duì)塵源點(diǎn)的創(chuàng)新治理這一項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，需要滿足除塵需求的系統(tǒng)或工藝流程、除塵方案和設(shè)備選型或仿真模型設(shè)計(jì)，并在課堂內(nèi)進(jìn)行分組演講，通過(guò)學(xué)生互評(píng)、投票的方式，評(píng)選出優(yōu)秀課程小組代表，設(shè)計(jì)出的作品可以參加相關(guān)競(jìng)賽，加深學(xué)生對(duì)礦井粉塵危害和治理技術(shù)的認(rèn)識(shí)。獲得競(jìng)賽名次的學(xué)生同時(shí)獲得參與粉塵治理項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程的資格，使學(xué)生畢業(yè)時(shí)能夠“零距離”上崗。

2.3 課后反思鞏固和優(yōu)化階段

教師綜合分析塵肺病危害及煤塵爆炸危害、塵源點(diǎn)治理與職業(yè)病防護(hù)、多學(xué)科粉塵治理技術(shù)各階段需要的練習(xí)量，設(shè)計(jì)能夠培養(yǎng)學(xué)生自行設(shè)計(jì)煤塵爆炸抑爆方案和塵源點(diǎn)除塵技術(shù)的問(wèn)題，難度由低向高過(guò)渡，布置能夠幫助學(xué)生掌握粉塵相關(guān)研究的任務(wù)或活動(dòng)，如在保證學(xué)生安全的條件下，帶領(lǐng)學(xué)生去煤礦進(jìn)行參觀學(xué)習(xí)，邀請(qǐng)專業(yè)技術(shù)人員為學(xué)生講解。安徽理工大學(xué)安全工程作為國(guó)家重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)科，其粉塵研究團(tuán)隊(duì)有多年研究粉塵治理項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)以往相關(guān)具有一定實(shí)際意義的粉塵治理項(xiàng)目，要求學(xué)生重新對(duì)項(xiàng)目除塵方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便提高學(xué)生自主創(chuàng)新能力。對(duì)教材上的例題和習(xí)題進(jìn)行適當(dāng)?shù)馗脑?，引?dǎo)學(xué)生在知識(shí)網(wǎng)絡(luò)中找到與問(wèn)題相關(guān)的信息，將問(wèn)題放到現(xiàn)實(shí)背景中考察。注重發(fā)揮礦井粉塵防治理論與職業(yè)健康課程的優(yōu)勢(shì)，培養(yǎng)學(xué)生粉塵防治與職業(yè)健康防控的責(zé)任感與使命感，使題目的解答發(fā)揮出更大的教育功能。

3 效果評(píng)價(jià)

3.1 學(xué)生學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)方式

將學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、互動(dòng)效果、自學(xué)成效等方面的表現(xiàn)及存在的問(wèn)題進(jìn)行指標(biāo)化，每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)具有具體描述和權(quán)重。學(xué)生作業(yè)由教師分配先進(jìn)行互評(píng)，并給出得分標(biāo)準(zhǔn)，再根據(jù)學(xué)生線上線下的綜合表現(xiàn)，給予學(xué)生中肯的評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)。教師在每章教學(xué)內(nèi)容完成后公開(kāi)每位學(xué)生的過(guò)程評(píng)價(jià)得分。

3.2 課堂教學(xué)效果評(píng)價(jià)方法

3.2.1 專家聽(tīng)課評(píng)價(jià)

專家評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要求教師對(duì)教學(xué)工作充滿熱情，責(zé)任心強(qiáng)，上課精神飽滿等；教學(xué)內(nèi)容充實(shí)且能反映礦井粉塵防治與職業(yè)健康發(fā)展的新思想、新概念；引導(dǎo)學(xué)生能夠應(yīng)用多學(xué)科的基本原理分析復(fù)雜粉塵治理與健康防控問(wèn)題；對(duì)產(chǎn)塵源點(diǎn)除塵設(shè)計(jì)等難點(diǎn)內(nèi)容講解透徹，并拓寬學(xué)生的知識(shí)面，給予學(xué)生聯(lián)想、創(chuàng)新的空間；及時(shí)布置與課程關(guān)系緊密的學(xué)習(xí)任務(wù)，認(rèn)真講評(píng)、答疑；能夠恰當(dāng)?shù)亟柚嗝襟w技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源輔助教學(xué)。

3.2.2 人工智能技術(shù)分析

首先通過(guò)線上學(xué)習(xí)設(shè)備和學(xué)習(xí)平臺(tái)錄取學(xué)生的學(xué)習(xí)視頻信息；然后對(duì)視頻中的學(xué)生人臉進(jìn)行檢測(cè)與識(shí)別，同時(shí)進(jìn)行學(xué)生的表情識(shí)別和學(xué)習(xí)行為識(shí)別；最后實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)行為的分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)效果的評(píng)價(jià)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出“協(xié)作自主學(xué)習(xí)”與“知識(shí)—實(shí)踐—競(jìng)賽”方法全新教學(xué)模式，教學(xué)設(shè)計(jì)取得了一些不錯(cuò)的效果與成績(jī)，從學(xué)生的反饋來(lái)看，這個(gè)改革是十分有必要的。課程教學(xué)充分利用理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相融合，課內(nèi)學(xué)習(xí)和課外學(xué)習(xí)相補(bǔ)充，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。一方面儲(chǔ)備了扎實(shí)的礦井粉塵防治理論與職業(yè)健康知識(shí)，為其他粉塵類專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)；同時(shí)在競(jìng)賽中培養(yǎng)了學(xué)生思考問(wèn)題時(shí)的創(chuàng)新意識(shí)，提升了分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的創(chuàng)新能力和綜合能力。