基于CDIO的礦山機械課程教學實踐

摘 要 礦山機械是煤炭高校機械和采礦專業的重要核心課程，關系到礦山機械人才的培養質量，在相關課程體系中具有舉足輕重的作用。傳統的照本宣科式的課堂教學方式無法發揮學生主觀能動性，容易造成教學內容與生產實際相脫節，已不能適應本課程的教學。在礦山機械課程教學中引入CDIO工程教育理念，將專業知識轉為工程項目進行引導教學，使學生充分參與其中，積極發揮主觀能動性，去自主學習、解決問題；并選取“液壓支架的工作原理”和“帶式輸送機選型設計”作為實例進行項目教學實踐，為礦山機械以及其他同類專業課程教學改革實踐提供參考。

關鍵詞 礦山機械；CDIO；項目教學

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）14-0086-03

Teaching Practice of Mining Machinery Course based on CDIO//

HU Kun

Abstract Mining machinery as an important core course of mecha-nical major and mining major in coal mining colleges related to the basic quality of the mining machinery professional talents， plays a decisive role in the curriculum system. The traditional teaching method Echo What the Books Say， can not exert students subjective initiative， and lead to the disconnection between the textbook contents

and the actual condition easily， which can not adapt to the teaching

of mining machinery course. In this paper， the CDIO was introduced

into the teaching of mining machinery course. And the professional knowledge was transferred to the engineering projects to guide lear-ning， so that students can be fully involved to play their subjective initiative to self-learning and problem-solving. In addition， the Wor-

king Principle of Hydraulic Support and Lectotype Design of Belt Conveyor were selected as two examples of the CDIO project tea-ching practice to provide reference for the teaching reform practice of mining machinery and other similar professional courses.

Key words mining machinery； CDIO； project teaching

1 CDIO基本概念

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的重要理論成果。CDIO的基本概念分別表示構思（Conceive，C）、設計（Design，D）、實現（Implement，I）和運作（Operate，O）。它是一種將課程模擬為項目的研發過程，以項目構思到項目運行的生命周期為載體，讓學生全程參與、主動學習、注重實踐的工程教育模式。CDIO的培養大綱將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面，大綱要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標[1]。

CDIO工程教育模式中特別強調項目教學和實踐活動，它將學習與具體的項目掛鉤，使學習者投入于項目實施過程中；它設計真實性生產任務，強調把學習設置到復雜的、有意義的問題情境中，通過學習者的自主探究和合作來解決問題，從而學習隱含在問題背后的科學知識，形成解決問題的技能和自主學習的能力[2]。

2 CDIO在礦山機械課程教學中的應用

安徽理工大學原隸屬于原國家煤炭工業部，是一所以煤炭為傳統特色的中央與地方共建的高校。礦山機械是學校機械設計制造及其自動化和采礦工程相關專業的必修課程，主要講授我國煤礦通用的采掘機械、提升運輸設備和流體機械等礦山機械的工作原理、結構、性能、用途和選型方法等。作為機械與采礦相關專業課程體系的核心課程，礦山機械課程對煤炭相關專業人才的培養有著重要意義，它不僅是本科四年相關專業基礎知識的交叉、融合與應用，更是煤礦現場機械設備的知識預備[3]。礦山機械課程的教學好壞直接影響到煤炭專業技術人才的培養質量。

礦山機械課程以煤礦現場專業設備的工作原理及結構為主要內容，設備種類繁多，原理抽象，內容復雜，學科交叉，覆蓋知識面廣。而傳統的照本宣科式的課堂教學方式，無法發揮學生主觀能動性，容易造成教學內容與生產實際相脫節，已不能適應本課程的教學[4]。

項目教學法是CDIO工程教育模式的先進教學理念的體現，它把課程內容的教學任務轉化為具體項目的構思、設計、實施和運行過程，讓學生充分參與其中，在實施項目的過程中學習、探索和應用知識，掌握實際項目開發的工作流程、組織與管理，培養CDIO能力；而教師教學也不再是“獨角戲”，他們負責安排教學計劃，組織、指導并參與學生活動，評價和反饋學習效果。因此，教師的角色實際上成為項目教學過程的組織者、指導者、參與者和評價者[5]。endprint

將CDIO應用于礦山機械課程的教學過程，將原本枯燥無味的機械專業知識轉化成一個個生動有趣的工程實例，有利于學生融入其中，發揮主觀能動性，自主地去學習知識、解決問題、培養能力。既有效地提高了礦山機械課程的教學質量，又培養了學生的CDIO工程理念，為畢業后快速轉換角色、更好開展工作打下堅實的基礎。

3 教學案例

下面以礦山機械課程中兩部分經典內容“液壓支架的工作原理”和“帶式輸送機選型設計”為例，具體介紹CDIO

在礦山機械課程中的教學實踐。

教學案例一：液壓支架的工作原理 液壓支架能夠可靠而有效地支撐和控制工作面頂板，隔離采空區，防止矸石竄入工作面，保證作業空間人員和設備的安全；并能隨著工作面的推進，推動刮板輸送機、采煤機以及完成自移，是當今最重要的煤炭綜采支護設備[6]。液壓支架的工作原理則是礦山機械專業方向的本科生必須重點掌握的基礎知識之一。

在CDIO工程教育理念下，將液壓支架工作原理的內容轉化為一個工程設計實例來開展教學，以設計開發人員的角度去進行思考學習，其具體教學過程可以概括如下：

1）構思（C），首先應當讓學生明確液壓支架在井下綜采工作面的支護作用，了解其支護和推移功能，進而構建其整個動作過程；

2）設計（D），將液壓支架的工作過程進一步分解設計，可分為升架、降架、推移輸送機和移架等四個主要動作；

3）實現（I），液壓支架的動作主要依靠液壓控制系統控制不同的液壓缸來實現，重點掌握液壓支架的關鍵液壓元件和基本功能回路，能夠畫出液壓支架基本架型的液壓系統原理圖，如圖1所示。

4）運作（O），讓學生擴展性地學習液壓支架的控制方

式、操作規程等相關運行維護知識，并對學習過程進行總結，分析存在的問題與不足。

教學案例二：帶式輸送機選型設計 帶式輸送機是目前世界上最重要的散狀物料運輸設備，具有運量大、運距長，可連續輸送，易于集中控制等優點，主要應用于煤炭、冶金、建材、港口、化工及物流等行業。尤其是在煤炭工業中，帶式輸送機使用最為廣泛，可用于采區順槽、采區上下山、主要運輸平巷、主斜井以及地面選煤廠等原煤運輸環節，是煤炭生產系統中重要的組成部分。帶式輸送機的選型設計也是礦山機械課程中需要學生重點學習的教學內容之一，其從根本上決定了在運行過程中帶式輸送機是否能夠高效、經濟、安全、可靠地完成運輸任務，具有舉足輕重的作用。通過對帶式輸送機的設計計算，還能進一步加深學生對帶式輸送機結構、原理、性能及運行維護等知識的認識與理

解；并且它還是礦山機械專業學生本科階段不可多得的工程設計實訓環節。

教材設計實例如下[7]：

某礦用井下下運帶式輸送機，其鋪設傾角β=-9°，運

輸距離L=400 m，運輸生產率A=500 t/h，煤的最大塊度αmax=

300 m。試對該帶式輸送機進行選型設計。

考慮到帶式輸送機選型設計本身就是一個實實在在的工程設計問題，其設計流程和項目教學過程是完全統一的，因而可以很好地體現CDIO工程教育理念，其具體教學過程如下。

1）構思（C）：利用所給定的設計參數和基本運輸條件，構思帶式輸送機設計草案，注意煤礦井下的設備安裝環境，對井下空間狹小、空氣潮濕、煤塵瓦斯、防爆安全等隱含條件都應予以充分考慮，并從經濟性、安全性和技術性等多方面去評估、確定方案。

2）設計（D）：根據設計草案，進一步具體規劃帶式輸送機的運行路線，驅動裝置位置、數量和布置形式，拉緊裝置的位置及拉緊方式等。經過綜合考慮，該帶式輸送機采用了適用井下下運環境的S形纏繞、雙滾筒頭部驅動和機尾部拉緊的布置方式，帶式輸送機系統布置簡圖如圖2所示。

3）實現（I）：根據摩擦傳動條件，按照逐點張力法計算張力，并利用輸送帶垂度條件進行校核，進而獲得相關設計參數并進行設備選型。

4）運作（O）：根據選型計算結果，繪制零部件圖及系統總圖，并編制相關技術文件。此外，還需撰寫總結報告，向教師及其他學生展示設計圖紙，說明設計流程與步驟，并討論設計過程中遇到的問題與不足。

經過帶式輸送機選型設計的項目教學，完成井下下運帶式輸送機的選型設計，部分設計參數如表1所示。

4 結語

礦山機械課程中引入CDIO項目教學理念，將專業知識的傳授過程項目化，教師、學生的教學活動角色化，充分調動學生的積極性和創造性，在模擬項目執行的過程中高效地完成知識的學習與能力的培養。筆者經過近幾年的課堂教學實踐，獲得良好的教學效果。但礦山機械CDIO教學改革是一項長期而艱巨的任務，在取得初步成效的同時，也存在一些不足，主要表現為：

1）作為一門專業課，礦山機械一般開設在本科四年級上學期，學生考研與就業問題突出，相關活動容易干擾正常的教學活動，影響課程知識的系統性與完整性；

2）學生缺乏項目或產品的開發經驗，項目教學流程較為陌生，需要一段時間去熟悉與適應；

3）傳統的課程考試或考查手段已不能適應CDIO工程教學模式，課程相關的考核與評價體系亟待建立。

對于以上不足之處，將認真思考，在今后的實踐中不斷探索和完善，為高質量的礦山機械工程技術人才的培養打下堅實的基礎。

參考文獻

[1]李克勤.基于CDIO理念的機械優化設計課程教學實踐[J].科教導刊，2015（31）：128-129.

[2]胡占軍，張欣，董建榮，等.基于CDIO模式的項目教學實施方案[J].中國職業技術教育，2009（24）：55-58.

[3]胡坤.《礦山機械》課程教學研究[J].中國科技信息，2010（24）：210-211.

[4]羅鳳利，李光煜，劉訓濤.《礦山機械》課程采用案例教學研究與實踐[J].煤炭技術，2009，28（7）：168-169.

[5]鄧天良.基于CDIO的項目教學在商務日語教學中的應用研究[J].科技視界，2012（8）：116-119.

[6]李炳文，萬麗榮，柴光遠.礦山機械[M].江蘇：中國礦業大學出版社，2010.

[7]謝錫純，李曉豁.礦山機械與設備[M].江蘇：中國礦業大學出版社，2007.endprint