《礦井通風與安全》實驗課程的改革與實踐

程衛民

摘要：《礦井通風與安全》是采礦工程和安全工程專業的必修課程，通風安全課內實驗是該課程的重要教學內容，實驗教學與課堂教學相輔相成。本文在分析和總結以往《礦井通風與安全》實驗課存在問題的基礎上，依托國家重點實驗室進行實驗課程改革，在實驗課的硬件條件、課程內容、教學方法、成績考核辦法和學生的課外延拓等方面進行了改革和實踐，新的實驗教學方案實施4個學期后，學生實驗操作能力和創新能力有明顯提升，在參與國家級創新競賽等方面取得了顯著成效。

關鍵詞：礦井通風與安全；實驗課程；教學改革

中圖分類號：G420 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）51-0260-03

英國著名學者李約瑟在其編著的《中國科學技術》中發問：“盡管古代中國對人類科學技術的進步與發展做出了很多卓越的貢獻，為什么近代工業革命沒有在中國發生”。后人將此稱之為“李約瑟難題”。與此一脈相承的是中國科學泰斗錢學森提出的“錢學森之問”，即“為什么我們的高校老是培養不出杰出的人才”。“錢學森之問”是關乎中國教育事業發展的艱深命題，學校缺少培養創造型、發明型人才模式是其中包含的一個層面。教育部長袁貴仁提出，改革是新時期教育事業發展的強大動力，要通過教學模式改革提高人才的創新能力[1，2]。高等教育是人才培養的重要階段，對高素質、創新型高層次人才的培養具有至關重要的作用，在新時期進行的課程改革是國家教育事業發展和人才培養的時代要求。

《礦井通風與安全》是安全工程專業的一門重要專業課，通過實驗課程的教學環節，使學生通過實際操作深入理解礦井通風的基本理論，熟悉通風安全所用主要儀器儀表裝置的構造以及操作使用方法，掌握礦井通風設計和計算能力。然而，傳統的礦井通風實驗有些教學內容已落后于實際生產，也存在演示實驗走馬觀花、綜合實驗缺少創新等缺陷，學生參與實驗的積極性不高。因此，在新時期教育領域綜合改革的大背景下推行的《礦井通風與安全》實驗課程改革，具有時代意義和歷史使命。為此，從實驗室管理、教學內容、教學方法、考核方式、學生創新能力培養等方面入手，基于通過實驗課教學培養創新型、實踐型人才的目標，強化實踐、突出工程，采取了一系列改革措施，并于2013年9月至2015年6月期間，在兩個年級本科生的實驗教學中推行改革方案。一方面繼續著重提高學生的實驗操作和分析能力，一方面糾正學生長期以來形成的不良學風和實驗態度，對調動學生的學習積極性，提高基本操作技能和綜合運用知識的能力以及培養創新意識等都能起到積極作用。

一、原有通風實驗課程存在的問題

1.實驗內容落后于實際生產，產學結合不緊密。《礦井通風與安全》是一門囊括理論、實踐、設計的重要安全專業課程，也是一門較其他課程難度大、對教學要求更高的課程，開展學習實驗教學有助于理解并掌握礦井通風網絡中的風量分配與調節、礦井通風設計、礦井空氣調節等核心內容。隨著礦井通風技術的發展，原有的《礦井通風與安全》實驗課程在技能訓練、人才培養等方面的缺陷日益凸顯，主要體現在兩個方面。（1）實驗中依附于課堂理論教學的驗證性實驗比重過大，實驗課過分遷就對理論教學的補充，忽視了本應發揮的實踐作用。（2）部分重點操作和技能已落后于生產實際水平，不能反映科技前沿水平，一些測定方法和使用儀器已不在實際生產中廣泛應用。

2.接受式教學方法，學生被動參與。傳統實驗教學過于倚重于接受學習，學生陷入了實驗課就是“老師講一步、學生做一步，看一眼實驗手冊，動一下實驗儀器”的怪圈。這種教學方式極大地打擊了學生思想的活躍性，導致在操作過程中學生不必去思考為什么要這樣做，只需按部就班完成即可，即使沒有參與實驗，也可以把別人的實驗報告稍作修改，作為自己的實驗報告。學生的創新意識得不到培養，在以后的工作學習中不能將課本上學到的理論知識和現場實踐經驗有機結合起來。

3.考核方法單一。驗證實驗中，學生為符合公式和定理、得出好的實驗結果而篡改、編造數據。抄襲固有實驗報告模板，課后思考少，實驗報告內容理論過多，自己的設計和思考太少。教師批改實驗報告時，僅將書寫工整、數據符合定理規律作為評分標準，造成學生形成實驗課就“是寫報告、寫報告就是抄模板”的錯誤的學習習慣。

二、實驗教學改革措施

上述問題表明，《礦井通風與安全》實驗課程的改革已迫在眉睫，本文在學科科技前沿、實驗室硬件條件、課時安排、學生建議征詢等方面做了調研和研究，最終在實驗室條件、課程內容、教學方法、成績考評、學生課外延拓等5方面進行了改革，改革思路如圖1。

1.升級實驗室儀器設備等硬件條件，更新綜合性實驗內容，提高實驗的生產實踐性。根據學科發展和實際生產的需求，調整實驗內容和體系，實驗課程內容如表1所示。實驗教學仍保留6個課時，刪除原有的設計實驗“通風阻力測定”、綜合實驗“風機性能測定”，改為“瓦斯抽放作業模擬實驗”、“礦井安全生產監測監控系統實操實驗”、“瓦斯、煤塵仿真爆炸綜合實驗”。配合實驗教學改革，實驗室購置了瓦斯抽放作業模擬實訓系統裝置、水環式瓦斯抽放泵、礦井安全生產監測監控系統實操系統、智能瓦斯（煤塵）爆炸試驗裝置等一批綜合性設備，用于學生教學。

新增加的綜合性實驗貼近實際生產，要求學生全部獨立完成操作，涉及的基礎理論知識廣泛而全面。以“瓦斯抽放作業模擬實驗”為例，學生在基礎課堂上掌握了實驗中主要使用的瓦斯抽放作業模擬實訓系統裝置和水環式瓦斯抽放泵兩種設備后，自主設置瓦斯抽放孔的位置、鉆孔傾角、風機風量等參數，獲得不同的瓦斯抽放、風機效率等結果。通過此實驗，學生可了解并掌握瓦斯抽放作業的步驟、設備配置、瓦斯抽放作業的空間概念，加深理解通風機的風量、風壓、功率與效率的變化關系，提高學生井下瓦斯抽放作業的工程實踐能力。

增加綜合性試驗和設計實驗的比重，必然增加其課時，然而可利用的課時有限，這就要求學生在驗證實驗課堂上充分熟悉并掌握基本實驗儀器的種類和操作方法，在課前做好實驗預習，帶著問題進課堂，培養學生主動學習、自主學習的習慣。

2.改革教學方法，設置實驗室開放課堂，進行小班教學，強化課堂教學的基礎作用。課程改革后，實驗課的基礎教學由普通授課教室轉移到實驗室，課堂由封閉式改為開放式，由幾個班級的大班授課變為一個班級的小班集中演練，教學方式由教師單一的照本宣科變為學生參與的雙向互動式。

調整課程內容和結構，減少了演示實驗和驗證試驗的課時，增加了瓦斯抽放作業模擬實驗、礦井安全生產監測監控系統實操實驗、瓦斯及煤塵仿真爆炸等綜合實驗的課時。壓縮課時不等于刪除課時，教師要求學生做好課前預習，教師對基本實驗原理、實驗室現有實驗儀器和設備等硬件條件、實驗儀器的基本操作方法及注意事項進行講解后，學生便可自由演練，將教師原本做實驗演示的時間留給學生操作練習。這種開放課堂、小班授課的方式保證學生能充分利用實驗室資源，與教師進行廣泛的交流，使學生既能弄懂吃透礦井通風的計算設計、測定分析等專業知識和技能，又可熟悉通風實驗相關的裝置、礦用通風機等儀器設備的原理、構造及使用方法，學生動手操作的積極性和自主性大大增強。

3.改革成績考核方法，學生自主設計實驗步驟，重視實驗的合理性。完成1課時的課堂授課后，學生自己組成學習小組，選擇本組的兩個實驗主題。小組成員被要求在一周內合作學習、共同設計實驗內容。學生在課余時間完善實驗設計，在最終向老師展示實驗操作前，同一實驗主題的幾個小組聯系考評教師對該實驗主題進行1個課時的技能輔導和實驗預演。學生可在實驗室反復操作并多次獲得實驗數據，分析比較測定結果并對實驗設置和操作進行改良。剩余的2個課時用于學生2個主題的綜合性實驗的考核，學生展示實驗最終設計內容，提交實驗數據，在課后撰寫實驗報告。教師根據實驗設計的科學性、學生操作的規范性、實驗報告和實驗數據的真實性及合理性打分。

實驗要求學生自主設計實驗并不是放任不管，教師通過考前輔導課可把握設計實驗的科學性和正確性，指導學生正確操作，避免學生受傷或儀器損壞，防止危險和意外的發生。自主設計實驗是學生把所學知識融會貫通的過程，學生通過自己動手證明了理論課中的知識、定理，解決自己關心的一些問題，提高了學生主動思考、主動設計實驗能力。

實驗課是對理論課的知識拓展和實踐運用，更加注重對學生動手能力、理論與實踐結合能力的培養，因此評價考核體系也應與理論課不同。《礦井通風與安全》實驗課對學生的考核分為平時成績和實驗成績，分別占實驗課程總成績的30%、70%，主要考核內容如表2。

4.鼓勵學生選擇課題繼續研究，積極參加全國性技能比賽。通過學習《礦井通風與安全》的基礎知識課程和實驗課程，學生具備了基本的礦井通風系統設計、測定和優化的技能，可參與到專業課教師的科研課題中，學生的研究成果可參加全國高校采礦工程專業學生實踐作品大賽、大學生安全工程技能比賽、“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽等國家級比賽。如2010級學生的作品《壓入式通風中風流點壓力的測定》、《二氧化碳爆破筒-煤層致裂爆破增透技術》、《真三軸流-固耦合煤體滲流試驗裝置》在第四屆、第五屆全國高校采礦工程專業學生實踐作品大賽中獲得優秀名次。

三、結語

《礦井通風與安全》兼具理論性和實踐性，是礦山安全生產類從業人員必備的知識技能，不僅要求學生掌握基本的礦山通風學理論知識，還要求學生掌握規范的操作技術，更重要的是，引導學生學會運用已知的理論和技術解決實際生產問題，所以，這門課成為培養拔尖創新型人才的重要平臺。《礦井通風與安全》實驗課程的改革，依托礦山災害預防控制省部共建國家重點實驗室培育基地的建設，從籌備到試點實施，共經歷了3年時間，完成了實驗室硬件升級、教學體系更新、教學方法變革、學生成績考核辦法修改等內容，鼓勵學生自主創新，積極參加專業相關的國家級比賽。2013年9月至2015年6月期間，該方案在學院安全工程專業兩個年級本科生的實驗教學中推行，不僅明顯提高了學生的基本操作技能，而且培養了學生的綜合素質和創新意識，在安全工程專業實驗教學中具有推廣價值。

參考文獻：

[1]袁貴仁.深化教育領域綜合改革[EB/OL].http：//www.gov.cn/gzdt/2013-11/21/content_2531611.htm，2013-11-21.

[2]魏香，李英姿，張貴友.人體及動物生理學實驗課程教學改革與拔尖創新人才的培養[J].實踐教學，4（04），2014.12：48-52.

[3]陸靖，吳性良，姚子鵬.以能力培養為核心、技術要素為主線建立化學實驗課程新體系[J].高等理科教育，2000，（06）：55-59.

[4]江丙友，施書磊.安全工程專業《燃燒學》課程教學改革研究[J].教改研究，2015，（67）：14

The Reform and Practice of the Laboratory Course about "Mine Ventilation and Safety"

CHENG Wei-min1，2

（1.State Key Laboratory of Mining Disaster Prevention and Control Co-founded by Shandong Province and the Ministry of Science and Technology，Shandong University of Science and Technology，Qingdao，Shandong 266590，China；

2. Shandong University of Science and Technology，College of Mining and Safety Engineering，Qingdao，Shandong 266590，China）

Abstract："Mine Ventilation and Safety"is a compulsory course of Mining Engineering and Safety Engineering，in which the classroom teaching cant exist effectively without the laboratory course. The paper introduces the reform and practice of experiment courses about the "Mine Ventilation and Safety"，which were supported by the national key laboratory and focus on the reform about hardware conditions，curriculum content，teaching and assessment method ant the expansive courses. After four semesters of teaching reform，the students have more interests in laboratory course and have obviously improved their experimental operation and innovation ability，some of whom won prizes in national science and technology innovation competition.

Key words："Mine Ventilation and Safety"；laboratory course；teaching reform