采礦工程專業相似模擬實驗創新教學模式探索

史文豹　馬海峰　李傳明

摘 要：該文在相似模擬實驗傳統教學模式的基礎上從教學內容、教學方法、教學手段3個方面進行創新教學模式探索，新模式強調實驗意義及目的，以實踐操作教學為基礎和CAI教學、數值模擬技術有機結合，多角度、全方位地傳授教材內容，該過程注重培養學生創新能力、設計能力、實踐動手能力，利于學生綜合素質的提高。

關鍵詞：采礦工程 相似模擬實驗 教學模式

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0224-02

Abstract：Based on the simulation experiment of the traditional teaching mode ，the paper has carried on the innovation teaching pattern exploration， from the teaching content， the teaching method， the teaching method three aspects. This model emphasizes the significance and purpose of the experiment， based on the practice of teaching， the combination of CAI teaching， numerical simulation technology，thus， the teaching content is taught in a multi angle and all-round way. The process focuses on the cultivation of students creative ability， design ability and practical ability， which is beneficial to the improvement of students comprehensive quality.

Key Words：Mining engineering； Similar simulation experiment； Teaching model

在采礦工程基礎實驗教學中，每門課程的教學過程都是一項系統工程。從理解教學大綱、熟悉實驗教材到根據采礦工程專業自身特點劃出教材重點，從編制課時計劃、編寫教學方案到課堂教學、課后作業批改及考試總結，從理論部分講解到實踐操作教學，再到教學效果的整體評價，其中的每一環節都將對教學效果和教學質量產生不同程度的影響。如何把握各個環節和各種影響因素，以及各因素對教學效果影響的權重比例，還有許多值得教學工作者研究、探討和改進的地方。相似模擬實驗是采礦工程行業常用的研究手段，其能直觀反映煤炭開采過程中礦山壓力演化過程，是培養學生科研能力的重要基礎實驗課程。此類實驗課程涉及內容廣泛，需要學生在對井田開拓、巷道掘進與支護、工作面回采工藝以及礦井通風等專業課程有一定知識積累后方能開展，采掘空間概念較多，實踐性強。這就要求教師不僅要精通實驗內容，還要對本課程與其它他專業課程的內在聯系有全面了解，而且不僅要有理論知識，還要有一定的現場實踐經驗。筆者在總結前人教學經驗的基礎上，結合自身近年教學實踐，在相似材料模擬實驗基礎實驗課程教學方面做出了一些改革創新探索。

1 教學內容的創新教學探索

傳統教學過程中，一般是先講解相似條件，其中包括強度相似條件、泊松比相似條件和時間比例系數，然后講解常用的模型材料（包括砂子、粘土、石灰、石膏、水泥）特性，以及各材料不同配比下模型整體強度。接著講解試件制作過程：確定各材料用量、準備試模、攪拌、裝模、3 d后拆模、養護。最后講解模型設計、制作及觀測方法。此教學模式的關鍵在于精選教學內容，突出教學重點，循序漸進地從理論知識到實踐知識的傳授。但在此過程中，冗長的理論知識以及對相似材料模擬實驗的意義不甚清楚，會導致部分學生失去學習的興趣，而對實踐的操作、實驗設計卻躍躍欲試。因此對課程內容教學做出以下幾點探索。

第一，在授課之初，綜合其它專業課程，宏觀講解相似模擬實驗在采礦工程應用中的優點，突出在理論分析、現場實驗條件受限的情況下，實驗室相似模擬實驗對設計人員在進行工程實驗中所體現的靈活性、經濟學和科學性。指出煤礦在采場圍巖控制、預防煤巖動力及瓦斯災害工程中，通過相似模擬實驗所帶來的前瞻性，給礦工生命和國資財產安全帶來保障。以煤礦行業發生的具體災害實例為導向，指引學生理解和重視相似模擬實驗的意義，激發學生學習興趣。

第二，教師應根據學生的意向作出合理的分析，以實驗真實還原現場為出發點，講解各相似準則及材料選擇的由來，將工程實踐與相似模擬實驗知識貫穿起來，提綱挈領，有利于學生系統掌握理論知識，便于總結規律，同時鼓勵學生思考模擬實驗中的不足，對學生的創新性想法加以及時鼓勵。

第三，在教學過程中基礎理論最好在實驗室依托具體實驗模型講解，使學生對相關理論有直觀理解，同時加深記憶。課程講解結束，給出幾種具體煤礦工程地質條件，要求每位學生設計一個相似模擬實驗，并逐一修改。自己動手設計可以強化設計思維、設計能力，加深對相似模擬實驗中各個環節的理解。最后選出合適的方案，帶領學生開展課程實踐，進行一次相似模擬實驗，如圖1所示。

2 教學方法的創新教學探索

采用生產實踐與實驗理論結合、學生與老師互動的雙邊教學法，以學生動手設計、實踐為主體。教師啟發學生思考如何最大限度地在實驗室還原現場，鍛煉學生發散性思維，及時掌握學生信息，調動學生主觀能動性，變“填鴨式”教學為“啟發式”教學，增強學生學習興趣。同時老師應結合實驗內容，及時將國內外最新研究成果介紹給學生，開拓學生眼界，培養學生科研潛力。

3 教學手段的創新教學探索

利用多媒體技術向學生動態展示實驗過程，以及對實驗結果的具體分析。在實驗室授課以外，以CAI教學為主，變“靜態”教學為“動態”教學，通過聲音、圖像、動畫增強學生對課程內容的理解。選擇性播放一些典型的反映生產實踐的實驗例子，使課堂教學化抽象為具體。

相似模擬實驗與數值模擬實驗是工程研究的兩大手段，向學生簡要講解數值模擬的基本理論及其所能反映工程問題的主要途徑，可以講解入門容易上手較快的FLAC3D巖土工程軟件。依據課程實驗所用工程地質背景建立數值模型，開挖后觀測模型應力場、位移場。將數值模擬與相似模擬實驗結果做對比，看看對同一問題用不同研究手段所獲結果有何異同。通過數值模擬學習，加強學生對相似模擬實驗的認識，培養學生解決工程實際問題的能力。

4 結語

相似模擬實驗基礎實驗課程創新教學模式的探索具有一定的教學意義。首先，它以學習目的為導向，同時體現了創新教學的實用性。從教學內容、教學方法及教學手段3個方面進行基礎實驗課程教學改革創新，利用多樣的教學設備，將其它專業課內容、該次實驗教材內容和CAI教學、數值模擬技術有機結合，多角度、全方位地向學生介紹本門課程。該過程注重培養學生創新能力、設計能力、實踐動手能力，有利于學生綜合素質的提高，這對培養高質量的工程設計人員具有重要意義。

參考文獻

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