四位一體相似模擬試驗技術教學方法研究

摘 要：結合相似模擬試驗技術教學中的現狀，提出了一種課堂基礎理論教學、相似模擬試驗方案設計、模型制作及錄像視頻教學和分組實踐教學的四位一體教學模式，探討了從課堂教學到錄像學習，從方案設計到賦予實踐的教學方法，豐富了該課程的教學手段和內容，增加了創新試驗架設計及應用的環節。

關鍵詞：四位一體 相似模擬 實踐教學 錄像教學

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（a）-0196-02

礦山工程由于受斷層、褶皺、節理等復雜的地質條件和各種力學因素影響及采場上覆巖層運動的不可見性，給采場礦壓的研究和理論教學都帶來了極大的困難，采用相似模擬實驗，可以直觀模擬采場推進過程中上覆巖層的運動及支撐壓力的變化規律，相似模擬與測試技術的發展彌補了理論分析與現場實測方面的不足，它也是采礦工程研究生對礦山工程問題研究的主要研究手段[1]。而在本科階段，學生大多沒有接觸過相關內容，因此，相似模擬試驗與測試技術成為了其研究生的基礎教學課程。

1 相似模擬試驗技術教學現狀

受到煤礦企業形勢的影響，采礦工程的研究生招生數量和質量嚴重下滑，多數研究生本科階段都是非采礦專業的學生，基本沒有相似模擬與測試技術相關方面知識基礎，學生本身對該課程學習也不感興趣，而課堂教學通常采用傳統的相似定理、相似條件、相似材料選取及配比的理論教學，以及相似模型制作的方案設計教學，晦澀難懂，導致了很多學生在學完這門課程后，還是無法進行這方面的試驗研究，需做試驗寫論文時開始著急的找老師咨詢，找同學幫助，大大降低了采礦工程研究生的培養質量。主要問題：（1）教學方法傳統單一，教學效果不好。目前，課堂教學主要圍繞“相似三定理、相似三條件、配比方案設計”為主題內容，過于偏重理論內容，對實踐過程重視不夠，導致學生的動手能力不足，停留于理論階段，學習積極性不高；（2）學生基礎薄弱，學習起來困難，多數學生之前未曾有過相似學習經歷，導致基礎知識比較薄弱，學習起來相當困難，然而研究生階段，老師不再像本科生教學那樣細致講解，也給學生的學習帶來了很大的困擾。因此創新相似模擬試驗技術教學方法提高教學效果極為必要。

2 四位一體教學方法

2.1 理論基礎教學

理論基礎學習是前提，考試是手段，實踐是途徑，掌握本領是目的，所以，理論基礎的學習是不可缺少的重要部分，相似理論是相似模擬實驗技術的基本原理，是相似模擬實驗可行的基礎和必要條件，根據相似材料模擬的特點，模擬試驗需滿足幾何相似、運動相似、動力相似和邊界條件相似等基本條件。所以課堂教學需保留傳統教學的主體內容，同時要創新課堂教學方法，常用的多媒體教學，老師講課速度快，學生基礎差，效果不理想，而多增加板書內容，是很好的方法，板書的過程減慢了課程教學節奏，學生多了思考和理解的過程。考試是一種逼迫學生課堂認真學習，課后認真復習的方法和手段，所以，課堂教學也包括考試這一環節，而試卷的內容也是需要精心設計的，既要體現課程的核心內容，又能讓學生通過考試掌握原理和思想。

2.2 試驗方案設計

相似模擬試驗方案設計，是學生對整個實驗過程的總體方案設計，是結合實際礦山工程實況進行的實驗材料選取、配比方案、模型制作及測試試驗研究方案的總體設計方案，也是對理論學習的實踐應用，主要內容：（1）材料選取，根據某礦的煤巖層的實際地質資料，選擇相似模擬材料，相似模擬材料主要采用石膏和混凝土，改變膠結劑和骨料的組分，可以模擬不同類型的巖層；（2）材料配比方案，根據該礦的相關鉆孔柱狀圖，結合相似材料配比試驗的研究結果，確定模型尺寸范圍所需的模型材料的配比；（3）模型設計及制作，首先根據理論基礎相似基本原理來確定開挖的煤層厚度，工作面長度，確定與模型中煤厚、面長之間的比例關系，結合試驗需要自行組裝需要的的試驗架，然后按照配比方案，依次放入各層的相似材料，重復夯實直至完成整個模型；（4）監測點布置，監測內容主要包括應力監測和位移監測，這要求在模型中埋設壓力盒和布置位移測點，壓力盒的布置和位移測站布置是學生需要通過思考來確定的，可以鍛煉學生學以致用的本領，整個方案設計，涵蓋了整個課程的主體內容，加強了學生對課程內容的把握和理解，是一種理論向實踐的有效模擬。

2.3 試驗過程錄像教學

上述的理論基礎教學和試驗方案設計是目前學生課堂和課后的主要學習內容，然而課程教學的核心目的是讓學生學以致用，而方案設計后的試驗過程，學生并沒有親身參與過，缺乏經驗指導，導致該項課程學完后，仍然達不到為自己的研究所用的效果，為了讓學生對試驗過程有進一步了解和體驗，增加試驗過程錄像教學內容，可清晰地展示相似模擬試驗的工藝過程，主要包括模型制作過程和測試過程，將之前模糊的概念化向生動的可視化轉變，拉近了學生與該試驗工藝過程之間的距離。

2.4 分組實踐教學

在課堂上增設錄像視頻教學內容，拉近了學生與該試驗過程的距離，然而無論何種學習都不能停留在“紙上談兵”的過程，因此，實踐教學是必不可少的內容，在學生通過錄像視頻學習后，自己動手完成自己的方案設計是掌握該項本領的重要手段，因此，設計和制作了一種組合結構的微型試驗架，作為實踐教學的平臺，該微型試驗架可組合成多種規格尺寸的試驗架。

（1）試驗架設計，一種組合結構微型相似模擬實驗架包括底座架和側護梁，底座架包括橫梁，豎梁，底梁和固定梁，將單個橫梁與單個豎梁連接，再用固定梁將底梁與豎梁連接，組合成底座架，從橫梁水平開始安裝側護梁，隨著相似材料的鋪設高度增加依次安裝側護梁，待鋪設到一米高時，停止鋪設相似材料，如此可以制作模型長×寬×高為1 m×0.1 m×1 m的微型相似模擬架，同樣地，改變橫梁與豎梁個數可以組合成能制作模型長×寬×高為1 m×0.2 m×1 m和長×寬×高為1 m×0.3 m×1 m的微型相似模擬架，該組合結構微型相似模擬實驗架具有操作簡單，工作量小，能組合成不同結構的相似模擬架，利于實踐教學分組，能很好地提高實踐教學效率，同時組合結構式的設計，增加了學生的動手能力，也提高了學生對創新試驗的興趣，有利于提高其創新思維能力。

（2）分組實踐，待實踐教學時，提供足夠數量的橫梁、豎梁、底梁、固定梁和側護梁，將班級學生分成多組，各自組合相似試驗架，分別進行長×寬×高為1 m×0.1 m×1 m、1 m×0.2 m×1 m和1 m×0.3 m×1 m等多種的相似模擬架組合及材料模型制作試驗[2]，增加了動手和思考環節，提高了學生的創新思維意識，避免了多人制做一組模型而造成的抄襲和參與度不高的問題。

3 結語

本著教學內容接觸前沿，實踐教學體現科研的原則，提出了一種課堂基礎理論教學、相似模擬試驗方案設計、錄像視頻教學和分組實踐教學的四位一體教學模式，拉近學生與該試驗工藝過程的距離，讓學生對該試驗工藝有了直觀認識，通過一種組合結構相似模擬架的設計，增加了創新試驗架設計的環節，提高了學生的學習興趣，豐富了該課程的教學手段和內容，可以達到全方位的課程教學效果。

參考文獻

[1] 武浩翔，宋選民.礦業工程相似材料模擬技術淺析[J].科技情報開發與經濟，2011（22）：122-124.

[2] 龐冬冬.基于微型相似模擬架的礦壓實驗教學研究[J].科技創新導報，2016（21）：173-174.