《礦井通風》課程綜合改革實踐與研究

杜 鋒

(河南理工大學 能源與科學工程學院,河南 焦作 454000)

礦井通風是保障礦井安全的最主要技術手段之一,在煤礦實際生產中具有重要的作用。對于采礦工程專業學生來說,大多數畢業生將來是要從事煤礦工程技術管理工作的,熟練掌握礦井通風基本知識是十分必要的。因此,《礦井通風》課程一直作為采礦工程專業的主干核心課程之一,地位十分重要。目前,隨著國民經濟形勢的變化和科技水平的不斷發展,《礦井通風》課程學習正面臨著新的挑戰,主要集中在兩個方面:1)隨著采礦技術裝備制造水平的不斷進步,煤礦規模正在向大型化、集約化、智能化方向發展,礦井通風的相關技術也在快速發生著變革,而課本知識的更新是具有周期性的,需要一個較長時間的積累沉淀才可以完成,客觀上形成了課本知識滯后于現場實際的現象。2)煤礦企業經過2002-2012年 “十年黃金”期的繁榮發展后,現正處于一個低谷期,煤礦企業對采礦專業畢業生的需求大幅度降低,嚴重影響了采礦工程專業學生學習專業課積極性。在新形勢下,傳統的課程教學模式已無法適應發展要求,如何通過課程教學模式改革,更好地講授礦井通風專業知識,提高學生學習專業課的積極性,培養學生自主學習、自我創新能力,這是我們采礦工程專業教育工作者需要積極思考的問題。

1 當前課程教學模式面臨的主要問題

1.1 學生學習積極性不高

根據現行的采礦工程專業本科教學培養方案的要求,大部分專業課學習一般設置在第六學期,這個階段屬于學生對后續發展的規劃期。很多學生通過不同途徑對本專業未來的就業形勢以及職業發展趨勢有了一定程度的了解,對煤炭行業發展前景感到迷茫,產生消極學習專業知識的情緒,專業學習動力不足,導致了一部分學生選擇跨專業考研,還有一部分同學已經做好了跨專業就業的準備,選擇從事煤礦方向研究或者就業的學生所占比例很小。因此,在專業課的教學課堂上常出現許多學生聽課注意力不集中現象,一些學生埋頭復習數學、英語等與考研相關的課程,一些學生感覺專業課學習無聊,低頭玩手機。這樣的課堂學習氛圍嚴重影響了任課教師的積極性,導致不良的課堂教學效果。

1.2 教學內容與現場實際發展脫節

隨著信息傳播技術的不斷發展,學生可以通過網絡、QQ、微信等不同的媒體形式,快速了解煤礦發展的最新科技動態,而現有的《礦井通風》教材一般選用的國家“十二五”規劃教材,基本沿用了“九五”規劃教材中大部分課程內容,對新的礦井通風技術及理論闡述幾乎沒有涉及,導致教師按照書本知識授課時,教學內容不能及時跟進最新科技發展[1-4]。例如我國西部的神東礦區大柳塔、補連塔等礦井已經采用了7.0 m大采高開采工藝,回采巷道長度也由原來的1 000 m～2 000 m,發展到現在的5 000 m,這些采礦工藝的變化必然帶來礦井通風模式的變革,通風裝備上也會有較大的改變,可是教材中的教學內容相對滯后于現場實際發展。

1.3 專業化的師資配備不夠

隨著高校引進人才政策的不斷完善,近幾年各高校都在大幅度引進博士及以上的高層次人才。這些人才通常對所從事的領域研究非常深入,對學科整體的科研水平提高起到了積極作用;同時也應該清醒地認識到,一些高層次人才對采礦專業本科階段學習的基礎知識掌握的程度并不好,甚至有些博士人才屬于跨專業研究,對采礦專業的基礎知識了解的更少,一定程度上對本科教學產生較為不利的影響。以我校為例,目前采礦工程專業的《礦井通風》課程由本專業教師承擔,長期從事礦井通風研究的教師很少,絕大部分都是從事地下開采、巷道支護方面的理論教學和研究工作,在一定程度上影響了該門課程的正常教學工作。

1.4 師生在專業課學習期間互動性不夠

目前《礦井通風》課程的課堂學習具有學生人數多、知識點多、課時量少等特點,通常以老師在講臺上授課為主,一次上課人數大多為100多人,課時數為40學時,教學中的重點和難點問題較多,任課教師為了跟上教學計劃,往往沒有太多的時間與學生互動,難以了解學生對專業知識的掌握程度,收不到較好的教學效果。

1.5 缺乏合理的過程考核機制

傳統的教學模式中,普遍做法是通過期末考試“一張試卷、一考定論”的方式來檢測學生的學習效果,而學生通常根據老師考前劃的考點內容,采用“背考點”等臨考突擊復習方式來應對考試,課堂平時多采用課堂點名、課后布置作業題的形式來檢查學生出勤率和知識掌握情況,點名的次數多了,既占用了課堂教學時間,又會讓學生出現抵觸情緒,造成師生關系緊張,而課后作業題抄襲現象則更為普遍,教學中的過程控制效果不明顯。

1.6 課程設計與教學內容銜接性不強

根據采礦工程專業本科教學培養方案的要求,《礦井通風》課程設計安排的時間是在課堂教學結束后一周內完成,每個學生需要獨立完成一份課程設計,并提交通風設計說明書。由于一個任課教師指導約100多名學生,難以給每個學生制定完全不同的設計題目,只能通過改變某一參數來設置不同的設計題目,例如改變巷道尺寸參數(長度、斷面)等,學生在實際設計的時候,很多人互相抄襲即可完成任務,導致課程設計沒有起到應有的效果。

2 《礦井通風》課程教學模式改革的基本指導思想

2.1 樹立以“學生為主體”的教學理念

教學活動的一切出發點都是為了學生更好的學到專業知識,掌握專業技能,《礦井通風》課程教學模式綜合改革的核心也是樹立以“學生為主體”的教學理念,通過一系列的措施改變傳統的教與學模式,改變教師與學生的角色定位,引導學生學會自主學習、自我管理、自我成長。

2.2 構建“一個中心,兩個基本抓手”的教學模式

《礦井通風》課程改革是個系統工程,需要根據課程的基本構成要素進行統籌設計,構建以課程教學模式改革為中心,以過程考核和課程設計改革為兩個基本抓手的教學模式,從不同方面共同促進教學效果,讓學生掌握礦井通風基本知識,并能熟練應用所學知識進行相關的礦井通風設計,選出合理的通風機。

3 《礦井通風》課程綜合改革與實踐

以往的課程改革單純地強調了課堂教學方式[5-7]的改變,孤立、分割了學生對知識的接受過程,忽視了課堂教學以外的其他方式對教學效果的影響。實際上,書本知識想要讓學生理解、掌握并付諸于實踐,是需要從課程體系建設的全局來綜合考慮的,而不應該把教學過程的各個環節割裂開,所以《礦井通風》課程改革必然要從課堂教學改革、過程考核體系改革、課程設計改革三方面同時入手,加強相互之間的協調交叉關系,通過三者同步改革,提高課程改革的效果。

3.1 課堂教學改革主要措施

3.1.1加強師資隊伍建設

針對采礦專業教師《礦井通風》師資配備不夠的問題,應該進一步加強師資隊伍建設。充分發揮老教師的傳、幫、帶作用,讓青年教師給有豐富教學經驗的教師助課,并有計劃的組織青年教師觀摩學校示范教師的教課方法和技巧,通過這一過程,不斷提高教學水平。在正式上課之前,組織相關青年教師進行試講,只有對整個課程知識點有了較好的把握,才能更好地給學生上課。另外,通過有序開展集體備課、集中研討和說課比賽等活動,統一認識,進一步增強青年教師對《礦井通風》課程的理解。

3.1.2利用現代化信息傳播平臺,改進傳統課堂教學模式

1)聊天社交工具的使用。隨著社會不斷進步,人們溝通的手段越來越多,人與人之間也習慣了利用社交媒體進行日常交流,例如QQ、微信等,為此,在上課之初,就建立了礦井通風學習QQ群和微信群,學生可以及時就某一知識點進行交流,也可以探討日常生活學習中遇到的問題,拉進了師生之間的距離,增進了師生感情。

2)網絡教學平臺的應用。充分利用Sakai網絡教學平臺,開展相關輔助教學工作。Sakai網絡教學平臺起源于2004年,由美國印第安納大學、密西根大學、斯坦福大學和麻省理工學院發起的一項開放源代碼的課程與教學管理系統(CMS)開發計劃。我校引進該教學平臺后,通過不斷改進,形成了一套適用于本校教師教學習慣的網絡教學平臺。通過該平臺,可以實現規定時間內完成多種教學任務,例如進行網上點名、網上測驗、網上提交作業、網上討論等,也可以及時上傳共享教學資源,極為方便地實現了教學中的過程考核定量化管理。

3)微課教學模式的應用。微課是教師圍繞某個知識點制作的教學視頻,具有教學時間短、資源容量小、主題突出、內容少而具體等特點,目前已經成了知識傳播的一種新形式,被廣泛應用[8-9]。通過對《礦井通風》課程中的主要知識點的梳理,對風流點壓力、能量方程、井巷通風摩擦阻力、礦井等積孔等一系列重要知識點進行了微視頻制作,傳至Sakai網絡教學平臺,供學生重復觀看聽講,逐步完善了課程教學模式建設。

3.2 過程考核形式多樣化

科學合理的課程考核是激發學生學習積極性,提高教學效果的重要手段,為此通過制定合理的過程考核模式,改變傳統的“一考定論”的模式,提高過程考核分值比重,使其占到期末總成績的50%(考勤10%+平時測驗10%+類翻轉課堂討論30%)。具體形式如下。

3.2.1考勤制度

適當的考勤制度可以控制出勤率,上課之初就與學生達成統一意見,本次課程總共隨機點名5次,每次考勤分值占過程考核成績的2%,培養學生按時上課的習慣。

3.2.2平時測驗

通過Sakai教學平臺,根據每個章節知識點的重點和難點問題,設置相應的測驗題目,讓學生在規定的時間內完成測驗,根據測驗成績,評定相應的過程考核成績。

3.2.3類翻轉課堂討論

翻轉課堂又稱為“反轉課堂”,是學生晚上在宿舍觀看教學視頻、完成知識學習,白天在課堂完成作業與知識內化的一種教學形式,與傳統的教學模式剛好相反。翻轉課堂主要強調以學生為中心,鼓勵學生自主學習,重視師生互動學習的過程[10-11]。翻轉課堂模式自身具有兩面性,其優勢就是重視了學生課前自學的過程,但這也額外增加了學生的學習時間,給學生增加了沉重的學習負擔,可能導致學生出現厭學情緒。類翻轉課堂也強調學生學習的主動性,但更多的是讓學生學會自主拓展學習知識,學會使用相關的學習工具,通過《礦井通風》中的一些典型知識點,引導學生學會查詢文獻,拓展學習相關知識。比如圍繞“能量方程在礦井中的應用”、“礦井通風設備發展史”、“礦井通風設計”等知識點,設置專項討論題目。由于所帶班級學生較多,不可能每個同學都有機會展示自己,所以將學生4-5人分成一個研討小組,分工協作,如查閱資料、制作PPT匯報材料、成果展示等,在最后的成果展示環節增加了提問答辯環節,將師生角色互換,讓學生擔任臨時授課老師,大大提高了學生參與課堂學習的積極性,活躍了課堂氣氛。

3.3 課程設計模式的改革

3.3.1設計時間提前

礦井通風課程設計時間通常在課程結束后一周時間完成,時間緊工作量大,需要對礦井開拓巷道進行設計,計算礦井所需風量,在此基礎上繪制通風網絡圖,確定容易時期和困難時期通風的工作阻力,根據理論工況點進行風機選型等。為了讓學生有充分時間完成好課程設計,在講授本門課程之初,就將設計題目和相關設計材料布置下去,讓學生帶著問題去聽課,有效地提高了課堂學習效率和課程設計的質量。

3.3.2構建設計題庫

為了解決課程設計學生數量多而題材少的矛盾,提出了構建課程設計試題庫的想法,將歷屆畢業設計成果進行匯總,編制成課程設計題庫。由于礦井通風課程設計是在主要開拓巷道、準備巷道完成的基礎上進行的,通過將畢業設計中的礦井開拓平面圖與礦井采礦地質條件等資料交給學生,讓學生先讀懂礦圖,在此基礎上根據礦井通風設計相關要求進行設計,這樣的方法明顯提高了課程設計的效果。

3.3.3組建團隊

以往課程設計都是一個人完成一個設計題目,時間短、任務重,導致學生之間沒有太多時間進行相互討論,一些學生不知道如何開展設計工作,只能最后要提交設計成果的時候抄襲別人,通過修改參數來完成設計,沒有精力認真地分析設計中的主要理論問題。為此,提出了組建礦井通風設計團隊的方案,課程設計人數由原來的一人一題,變為3-4人一組,學生之間自由組合,每個團隊成員各自承擔一部分的設計任務,共同完成一份課程設計。由于一份課程設計參與人數增加了,其課程設計的要求也比以往更加嚴格,學生需要把煤礦地質學、井巷工程、采煤學、礦井通風等知識全部結合起來,充分理解設計中的每一個細節問題,同時學會使用CAD軟件,繪制通風容易時期和困難時期的通風網絡圖、風機特性曲線圖等。通過組建設計團隊,更好地培養了學生的團隊合作精神,也大大提高了學生參與通風設計的積極性,根據各自分工,自主查詢相關資料,增強了學習的自信心。

3.3.4完善課程設計考核辦法

以往的礦井通風課程設計最終結果就是提交一份完整的通風設計說明書,教師根據設計說明書的結果來考核學生成績,即使批改過程中發現了很多不合理的甚至錯誤的地方,也只能通過成績差別來體現,很難將設計中出現的問題及時反饋給學生。為此,我們提出一套較為科學的課程設計考核辦法,采用現場答辯的形式來考核課程設計成果,答辯形式采用PPT文檔和圖紙講解相結合的方式,即設計小組將通風設計中的主要設計成果進行凝練,制作成PPT文檔,結合相關圖紙材料,對設計成果進行講解、展示,同時將設計說明書紙質版本交由考核專家組進行評閱。考核專家組成員由采礦系講授井巷工程、煤礦開采學、礦井通風的教師組成,通過團隊成員講解、評委提問等方式考察團隊各成員對專業基本知識的掌握程度,每個團隊成員需要回答各自承擔的那部分問題,同時又都需要掌握通風設計中的每個知識點。通過實施該考核辦法,學生們對以前所學知識進行了鞏固,同時更好地應用于通風課程設計,也大大促進了學生理解和掌握通風課程中的重要知識點。

4 結論

1)《礦井通風》課程改革是一個系統工程,涉及到課堂教學改革、過程考核形式改革和課程設計改革三個有機組成部分,必須三者聯動,相互促進,才能達到較為滿意的改革效果。

2)通過課堂教學改革,提高了專業教師的教學業務素質,建立了師生之間良好的溝通機制,同時將微課教學模式引入課堂教學,進一步完善了課堂教學手段。

3)通過過程考核形式改革,引入出勤率、平時測驗和類翻轉課堂等考核要素,并合理分配相應的分值比重,改變了傳統的“一張試卷、一考定論”的模式,加強了學習過程中的監督作用,有效地提高了學生掌握專業知識的效果。

4)通過課程設計模式改革,充分調動了學生學習專業知識的積極性,激發了將專業知識應用到實際設計中的學習熱情,也進一步鍛煉了學生獨立分析和解決礦井通風問題的能力,提高了團隊合作能力。

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