“礦山機械”課程多維度協(xié)同教學(xué)模式研究

劉訓(xùn)濤 董星 徐鵬

摘 ? ?要：針對傳統(tǒng)教學(xué)模式學(xué)生主體地位發(fā)揮不足、學(xué)生學(xué)習(xí)資源獲取難度大、網(wǎng)絡(luò)課程監(jiān)管性差、實驗實踐教學(xué)弱等問題，文章采用專業(yè)知識+創(chuàng)新教育+思想政治教育三軸融合教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)。以O(shè)BE教學(xué)理念為指導(dǎo)，以網(wǎng)絡(luò)共享課程、虛擬實驗、多平臺混合直播方式開展線上教學(xué)。以線上教學(xué)、現(xiàn)場教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)、思政融合教學(xué)、融入式創(chuàng)新教學(xué)開展“礦山機械”課程線下教學(xué)。依托線上線下混合式、多維度支撐協(xié)助，實現(xiàn)課程內(nèi)容和呈現(xiàn)方式的變化，增加課程黏性，有效提升了教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：多維度；協(xié)同教學(xué)；三軸教學(xué)；虛擬實驗；融入式創(chuàng)新

中圖分類號：G642 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1002-4107（2023）03-0021-04

“礦山機械”課程是黑龍江科技大學(xué)傳統(tǒng)特色省級精品課程，是采礦專業(yè)、機械設(shè)計及其自動化專業(yè)的必修課程，承擔(dān)著為煤炭行業(yè)培養(yǎng)煤機設(shè)計、使用人才的重任[1]。課程采用專業(yè)知識+創(chuàng)新教育+思想政治教育三軸教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)。基于OBE教學(xué)理念設(shè)置授課內(nèi)容，綜合利用多平臺開展線上線下混合式教學(xué)、現(xiàn)場教學(xué)、實驗實踐教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)、思政融合教學(xué)、融入式創(chuàng)新教學(xué)，立體化地進(jìn)行“礦山機械”課程講授（圖1）。課程內(nèi)容和呈現(xiàn)方式的變化，使課程黏性增加，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

一、“礦山機械”課程線上教學(xué)模式

授課教師利用黑龍江科技大學(xué)課程中心建立“礦山

機械”資源共享課程，依據(jù)OBE教學(xué)理念完善和修訂培養(yǎng)方案、教學(xué)大綱和授課計劃，形成教學(xué)文檔庫。錄制“礦山機械”知識點教學(xué)視頻、機械故障及處理方法視頻，形成錄播教學(xué)視頻庫，依托直播平臺形成直播回放視頻庫，制作完成一定數(shù)量的“礦山機械”虛擬實驗教學(xué)錄像庫。建設(shè)教案庫、教學(xué)課件庫、歷年真題庫、在線試題庫、在線過程考核題庫、彈窗題庫、參考文獻(xiàn)庫、電子教材庫、主流“礦山機械”論壇鏈接、企業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用案例庫、典型機械故障與維修案例庫、煤礦安全規(guī)程庫、課程思政素材庫，形成多維度立體化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源（圖2）。

新冠疫情期間，授課教師采用網(wǎng)絡(luò)共享課程+線上直播混合式教學(xué)方式開展教學(xué)。學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)共享課程進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。當(dāng)出現(xiàn)斷網(wǎng)、斷電、網(wǎng)絡(luò)擁堵時，學(xué)生也可以通過手機訪問課程中心學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)共享課程，實現(xiàn)停電不停學(xué)，擁堵不停學(xué)。針對網(wǎng)絡(luò)課程互動和監(jiān)控不足的問題，授課教師采用視頻直播+網(wǎng)絡(luò)共享課程雙通道線上課程教學(xué)方式。直播時，充分利用雨課堂、騰訊課堂、QQ分屏等直播平臺的優(yōu)勢，采用多平臺混合互動直播方式，實時與學(xué)生互動，營造線下課堂氣氛，實現(xiàn)虛擬線下環(huán)境，并應(yīng)用在線平臺彈出測試題，對學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行考核，實現(xiàn)線上立體化多維度教學(xué)。

新冠疫情期間，學(xué)生（或教師）無法到校完成礦山機械實驗。因此，教師可以開展虛擬實驗教學(xué)，利用CREO和UG制作采煤機、刮板機、帶式輸送機、液壓支架等虛擬礦機和礦機虛擬裝配與運動學(xué)仿真動畫，制作虛擬結(jié)構(gòu)實驗；利用購買的流體機械虛擬實驗軟件開展虛擬流機實驗；錄制鋼絲繩參數(shù)測量、提升機、水泵特性測量等礦機實驗視頻，開展在線虛擬演示實驗教學(xué)。

學(xué)生既可以通過網(wǎng)課平臺資源庫自主學(xué)習(xí)、提前預(yù)習(xí)，也可以利用在線資源回看視頻，及時復(fù)習(xí)。學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，完成閱讀報告的撰寫，利用題庫進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，教師亦可利用在線測試和過程考核試題庫監(jiān)控學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，及時評估各指標(biāo)點達(dá)成情況。

二、“礦山機械”課程混合式教學(xué)模式

學(xué)生的專注度僅有15～20分鐘，缺乏監(jiān)管和共同學(xué)習(xí)氣氛的線上課堂，教學(xué)效果并不如授課教師理想中的一樣好[2]。非封閉環(huán)境中，由于外界干擾、各種游戲和APP的誘惑，學(xué)生真正全身心投入到課程中的時間有限。學(xué)生使用電子設(shè)備聽課，身體疲勞度要高于線下教學(xué)。根據(jù)對近三個學(xué)期學(xué)情的抽樣調(diào)查，網(wǎng)絡(luò)共享課程中學(xué)生平均專注度為38%，在線直播課程專注度為65%，線下課程學(xué)生專注度為75%。線下課程黏度明顯高于線上課程。但是，共享課程和網(wǎng)絡(luò)課程中學(xué)生復(fù)習(xí)支持度與答疑實效性的有效率高于線下課程。立體化混合式教學(xué)是當(dāng)前教學(xué)條件下，較為理想的選擇[3-5]。

為了更好地開展教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量，黑龍江科技大學(xué)將“礦山機械”課程分成采掘機械、流體機械、提升運輸機械三部分，線下授課時分別由相應(yīng)研究方向的專家教授進(jìn)行講授。課前，授課教師要布置相應(yīng)的預(yù)習(xí)內(nèi)容、指導(dǎo)學(xué)生撰寫閱讀報告，學(xué)生需要先通過網(wǎng)絡(luò)課程預(yù)習(xí)相關(guān)課程內(nèi)容，帶著問題走入課堂。線下教學(xué)時，授課教師應(yīng)用3D打印技術(shù)完成箕斗、礦車、風(fēng)機等“礦山機械”課程實物教學(xué)模型制作，根據(jù)課程進(jìn)度利用教學(xué)實物模型詳細(xì)展示相應(yīng)礦山機械的結(jié)構(gòu)及工作原理。應(yīng)用CREO/UG/CATIA等三維軟件完成采煤機、刮板輸送機、液壓支架、鉆機、提升機等三維數(shù)字模型，制作相應(yīng)虛擬裝配和運動學(xué)仿真動畫，利用三維模型和動畫演示礦機的加工和裝配過程。利用到礦山科研和實習(xí)的機會錄制礦山機械現(xiàn)場工作視頻，詳細(xì)講解礦山機械工作環(huán)境、使用注意事項，立體化地構(gòu)造多維度線下教學(xué)環(huán)境。

授課教師以O(shè)BE教學(xué)理念開展教學(xué)，將科研成果融入教學(xué)中，讓學(xué)生參與科研，通過科研實踐激發(fā)學(xué)生對“礦山機械”課程的學(xué)習(xí)熱情。根據(jù)企業(yè)需要和畢業(yè)設(shè)計調(diào)整教學(xué)目標(biāo)、手段和方法。

授課教師為有效應(yīng)對“20分鐘”專注力困惑問題，提高課程的黏性，課堂設(shè)置練習(xí)和互動環(huán)節(jié)。經(jīng)過3年的實踐發(fā)現(xiàn)，問題設(shè)置最佳時段是在15～20分、30～35分、65～70分、80～85分。線下教學(xué)時，授課教師應(yīng)根據(jù)知識點講授情況，針對相關(guān)重點有效進(jìn)行設(shè)置。每堂課練習(xí)與問答次數(shù)以3～5次為宜。由于學(xué)生下午較疲憊，下午的提問次數(shù)要多于上午，尤其在5、6節(jié)課時，設(shè)問時間應(yīng)趨近上限。每次練習(xí)和問答總時間應(yīng)在1～7分鐘。這樣既可保證學(xué)生課堂的參與度，有效對學(xué)生進(jìn)行課堂管理，又不會影響教學(xué)進(jìn)程。在保證課程流暢度的情況下，授課教師實現(xiàn)對課程的有效掌控，學(xué)生專注度、課程達(dá)成度均相應(yīng)提高。

三、“礦山機械”課程翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

傳統(tǒng)線下教學(xué)學(xué)生參與度相對較低，部分難度相對較低的知識點采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位，建立學(xué)生討論小組，提前布置討論內(nèi)容，由學(xué)生課前收集資料，課堂上以小組為單位開展講授和討論。課堂中，授課教師由講授者變?yōu)檎n堂主持者和點評者。在整個課堂教學(xué)過程中，學(xué)生承擔(dān)相應(yīng)礦機知識點的講解和討論工作，學(xué)生根據(jù)網(wǎng)絡(luò)課程和相關(guān)資料的學(xué)習(xí)，以小組為單位制作PPT。在交流過程中，學(xué)生可以根據(jù)內(nèi)容需要與其他學(xué)生進(jìn)行交流互動。授課教師要控制討論的時間、進(jìn)度，對講授和討論內(nèi)容進(jìn)行點評，并對各知識點的重點、難點進(jìn)行總結(jié)概括，補充學(xué)生遺漏部分，講解礦山機械產(chǎn)品設(shè)計和實際使用中容易發(fā)生的問題及解決辦法。在課堂教學(xué)過程中，授課教師是學(xué)習(xí)的推動者和指導(dǎo)者，是學(xué)生獲取資源、利用資源、處理信息、應(yīng)用知識的幫手[6-8]。課堂成為學(xué)生內(nèi)化知識、運用知識的場所，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。

四、“礦山機械”課程現(xiàn)場實踐教學(xué)

讀萬卷書，不如行萬里路。實踐是最好的學(xué)習(xí)方式，建設(shè)龍煤集團、中煤龍化有限公司、沈煤雞西隆豐礦山機械制造有限公司等校外實習(xí)教學(xué)基地，將課堂搬到現(xiàn)場，聘請企業(yè)專家，開展現(xiàn)場教學(xué)。以黑龍江大學(xué)礦山機械省級共享實驗室和黑龍江科技大學(xué)礦產(chǎn)資源開發(fā)綜合利用館為依托建設(shè)校內(nèi)實習(xí)基地。礦山機械實驗室擁有采煤機、液壓支架、掘進(jìn)機、提升機、刮板輸送機、帶式輸送機、轉(zhuǎn)載機、離心式風(fēng)機、軸流式風(fēng)機、水泵、空壓機等典型礦山機械。黑龍科技大學(xué)建有礦產(chǎn)資源開發(fā)綜合利用館，館內(nèi)建有完整的井工生產(chǎn)系統(tǒng)，全景真實再現(xiàn)了井工生產(chǎn)的實際，采掘、提升運輸、通風(fēng)、排水均按井工生產(chǎn)實際工況完成，并按實際布置安放采煤機、刮板輸送機、皮帶運輸機、水泵、風(fēng)機液壓支架等主要礦井生產(chǎn)的礦山機械設(shè)備，在礦產(chǎn)資源開發(fā)綜合利用館里，學(xué)生可以身臨其境地了解各礦山機械實際工況條件、工作原理，為學(xué)生以后進(jìn)行礦山機械設(shè)計與使用打基礎(chǔ)。同時，黑龍江科技大學(xué)還擁有校辦工廠、加工中心、實訓(xùn)中心等礦山機械加工場所。學(xué)生通過認(rèn)識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)和畢業(yè)實習(xí)，完成礦機產(chǎn)品機械加工、設(shè)計方法和注意事項的學(xué)習(xí)。

五、“礦山機械”課程融入式創(chuàng)新教學(xué)

2021年9月24日，習(xí)近平總書記在全球科技創(chuàng)新交流合作論壇致辭中講到，科學(xué)技術(shù)是人類的偉大創(chuàng)造性活動，創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力。青年學(xué)生要在大學(xué)期間學(xué)會創(chuàng)新、養(yǎng)成創(chuàng)新習(xí)慣[9]。“礦山機械”課程采用TRIZ理論融入式教學(xué)方法，將技術(shù)創(chuàng)新方法TRIZ理論融入到礦山機械結(jié)構(gòu)和原理講解過程中，融入到礦山機械產(chǎn)品概述與前景展望中，融入到“礦山機械”課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計中[10]。授課教師指導(dǎo)學(xué)生依據(jù)所學(xué)申請省級、校級科研立項，參加全國“TRIZ”杯創(chuàng)新設(shè)計大賽，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力，增強學(xué)生動手能力、科研組織能力和團隊協(xié)作能力。黑龍江科技大學(xué)建立了技術(shù)創(chuàng)新方法等4個大學(xué)生創(chuàng)新協(xié)會，協(xié)會成員先后獲得省級以上競賽獎百余項，獲得國家專利20余項，有4人成功完成自主創(chuàng)業(yè)。

六、“礦山機械”課程的課程思政教學(xué)

習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議中指出，“要把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，要用好課堂教學(xué)這個主渠道，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，要堅持顯性教育和隱性教育相統(tǒng)一，挖掘其他課程和教學(xué)方式中蘊含的思想政治教育資源，實現(xiàn)全程育人、全方位育人”[11]?！暗V山機械”課程作為礦業(yè)人才培養(yǎng)的重要專業(yè)課程，也要“守好一段渠，種好責(zé)任田，與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)”。要培養(yǎng)學(xué)生客觀地認(rèn)識當(dāng)代社會，了解我黨的百年奮斗史，用習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想、社會主義核心價值觀、中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化武裝自己，明理、增信，增強“四個意識”，堅定“四個自信”，做到“兩個維護(hù)”。

黑龍江省作為與俄羅斯接壤的邊境省份，全省各族人民在黨的領(lǐng)導(dǎo)下，在革命、建設(shè)和改革開放的過程中，艱辛求索、不怕犧牲、百折不撓、浴血奮戰(zhàn)、艱苦創(chuàng)業(yè)、奮勇開拓，形成了東北抗聯(lián)精神、北大荒精神、大慶精神、鐵人精神，為人民群眾留下了豐富的精神遺產(chǎn)[12-13]。在“礦山機械”課程授課過程中，針對井下惡劣的工作環(huán)境，授課教師應(yīng)融入龍江4種精神和龍煤艱苦奮斗精神，使學(xué)生從中汲取力量，筑牢紅色基因。在講解礦山機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械加工過程中，融入煤礦系統(tǒng)大國工匠的事跡；融入劉永坦、黃大年等專家的科研精神，培養(yǎng)學(xué)生細(xì)致、務(wù)實、好學(xué)、創(chuàng)新的工作原則和作風(fēng)。增加煤礦安全規(guī)程的講授，培養(yǎng)學(xué)生遵紀(jì)守法、崇德守信的品質(zhì)，使其成長為社會主義合格建設(shè)者和接班人。

七、“礦山機械”課程多維度協(xié)同教學(xué)模式運行保障機制建設(shè)

為了保證立體化混合式教學(xué)高效運行，黑龍江科技大學(xué)建立運行保障機制，制定課程更新機制、學(xué)生考核機制、運行維護(hù)機制，課程由指定教師定期維護(hù)。依據(jù)OBE教學(xué)理念開展過程考核，將閱讀報告、作業(yè)、測試、翻轉(zhuǎn)課堂表現(xiàn)、實驗成績、現(xiàn)場課程表現(xiàn)、競賽成績納入平時成績，結(jié)課后進(jìn)行問卷調(diào)查，了解學(xué)生對各知識點的學(xué)習(xí)情況，并針對各個指標(biāo)點達(dá)成情況進(jìn)行相應(yīng)課程內(nèi)容和教學(xué)方法的改進(jìn)。學(xué)校亦制定網(wǎng)絡(luò)共享課程、線上線下混合式課程、一流課程支撐和獎勵機制，教師指導(dǎo)學(xué)生開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的獎勵機制，為課程的開展提供制度保障。

線上教學(xué)資源豐富，學(xué)生可以自主選擇聽課地點，在任何時間均可回看授課內(nèi)容，有利于自主學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)，但是無法完成實驗、實操，授課教師對教學(xué)過程的監(jiān)管性弱，由于不可控的外界干擾太多，課程黏性較差，課程達(dá)成度較低。傳統(tǒng)線下教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)集中于課上時間，雖然融入了新的教學(xué)方法，但是學(xué)生仍然被動地接受灌輸式教育，學(xué)生的教學(xué)主體地位發(fā)揮不足，學(xué)生獲取教學(xué)資源的方法單一、有限。教學(xué)過程中，授課教師可以根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，因材施教，課堂監(jiān)管能力強，然而課堂教學(xué)對教學(xué)環(huán)境依賴性較強，疫情、停斷電嚴(yán)重影響授課進(jìn)程和質(zhì)量。混合式教學(xué)是近年來發(fā)展的新的教學(xué)方法，雖然綜合利用線上教學(xué)和線下教學(xué)的長處，但是仍然沒有解決疫情期間對學(xué)生網(wǎng)課監(jiān)管問題，沒有融入思政教學(xué)和創(chuàng)新教學(xué)。

“礦山機械”課程多維度系統(tǒng)教學(xué)，通過線上線下混合式教學(xué)、多平臺網(wǎng)絡(luò)混合直播教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)、虛擬實驗教學(xué)、現(xiàn)場教學(xué)、融入式創(chuàng)新教學(xué)、課程思政教學(xué)，多維度進(jìn)行創(chuàng)新人才培養(yǎng)，通過3年的實踐，學(xué)生課程達(dá)成度有很大提高，學(xué)生動手能力、創(chuàng)新意識、工匠精神均有所增強。立體化混合式教學(xué)的教學(xué)質(zhì)量相較于傳統(tǒng)課堂教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)有所提高，值得進(jìn)一步研究。

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編輯∕李夢迪

收稿日期：2022-02-24

修回日期：2022-04-10

作者簡介：劉訓(xùn)濤（1975—），男，山東鄄城人，黑龍江科技大學(xué)機械工程學(xué)院教授，研究方向：礦山機械教學(xué)與研究。

基金項目：黑龍江省高等教育教學(xué)改革項目“立體化的‘礦山機械精品資源共享課程建設(shè)研究與實踐”（SJGY20200634）；黑龍江省教育科學(xué)規(guī)劃重點課題“新工科建設(shè)背景下礦山機械系列課程教學(xué)改革研究與實踐”（GJB1320320）；黑龍江科技大學(xué)教研重點項目“立體化的‘礦山機械精品資源共享課程建設(shè)研究與實踐”（JY20-16）