基于創新型人才培養的采礦專業DIY模型教學實踐

李建忠+趙國貞+邢存恩+弓培林

摘要：針對采礦工程專業學生空間概念薄弱和動手能力差的不足，以學生為中心，與實踐相結合，建立“課堂模型實踐—課內學習—課外DIY模型—課后講評”的DIY模型實踐教學模式。實踐證明，采礦專業采用DIY模型實踐教學模式，促進了采礦專業創新人才的培養，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：采礦專業；創新型；人才培養；DIY模型；教學模式

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）49-0200-03

采礦工程專業以培養工程實踐強，應用創新型工程技術人才為目標，要求學生不僅具有扎實的專業基礎知識和突出的工程實踐能力，而且應具備很強的創新意識和創新能力。如何培養采礦專業學生的實踐能力和創新能力是近年來各礦業類高等院校一直在探索的課題，為此各高校積極開展實踐教學改革，改進實踐教學體系，加強創新性實踐教育，對提高學生的實踐創新能力產生了積極影響[1-3]。近年來，太原理工大學采礦工程專業改革實踐教學模式，以培養學生的實踐創新能力為目標，采用DIY模型實踐教學模式，取得了良好的教學效果。

一、DIY理念與采礦專業教學

（一）DIY理念

DIY是英文“Do It Yourself”的縮寫，意思是“自己動手做”。現在DIY作為一種理念，泛指不通過專家和專業人士的幫助，自己修理、改造、制造或創造一樣東西的過程，DIY理念強調培養自己動手的能力和享受自己動手的成果[4]，已經在很多領域得到了推廣和應用，涉及到生活的各個層面，包括房屋修葺、汽車維修、電腦組裝、服裝設計、手工制作等。

目前，DIY已經作為一種理念融入到教育教學中，特別是在大學教育中，DIY教育理念的引入有利于加強學生實踐能力和創新能力的培養，DIY精神與學生旺盛的求知欲相結合，符合以學生為中心和與實踐相結合的教育理念，促使學生從知識的消費者轉變為創造者，促進創新型人才的培養。

（二）采礦專業教學特點

采礦專業屬于實踐性很強的專業，專業課程的學習需要很強的空間立體想象能力。結合培養目標和市場需求，我校一直比較重視實踐教學環節的實施。但在近幾年教學實踐中發現，現在的學生在專業課程學習中空間感較差，想象力不足，普遍存在從書本到書本、動手能力差等問題。空間思維能力是采礦人才必備的專業素質，傳統的實踐教學模式使學生難以建立采礦方法中各種工程的三維空間概念，無法有效掌握其空間和功能上的相互關系[5]，不利于學生創新思維的開發。分析其原因，主要有以下三個方面。

1.學習興趣不高。學生學習專業課程的積極性和主動性不高，雖然教師上課也采用多媒體課件和三維動畫等方式，但學生更多的是被動接受知識，覺得專業知識枯燥乏味，缺乏學習的興趣。

2.實習質量不高。近年來由于許多礦山企業考慮生產和安全等因素，不愿接受學生到現場實習，致使實習無論是時間還是質量都難以滿足要求[6]，影響了學生對專業課程的學習和理解。

3.動手能力不足。獲取知識最直接有效的途徑是親身經歷或實踐操作，對于實踐性要求很高的采礦專業，參觀模型或現場實習更多的是走馬觀花，學生沒有真正的動手機會，三維空間概念難以建立，由此導致創新意識薄弱。

（三）DIY理念與采礦專業實踐教學結合

鑒于采礦專業課程學習特點，針對學生動手能力差和空間概念薄弱的現狀，采礦工程專業在教學過程中增加學生DIY模型實踐環節，即在講授專業課程時，布置課外作業，讓學生自行分組，自己動手設計、選材、制作專業模型。將DIY精神融入到采礦專業教學中，充分發揮學生的主觀能動性，激發他們探索知識的興趣。通過制作模型，加深學生對專業知識的理解，培養學生的動手能力和創新能力，促進創新人才的培養。

二、采礦專業DIY模型實踐教學

（一）采礦專業DIY模型類型

DIY模型應與采礦專業相關。傳統意義上的采礦模型一般是指物理模型，隨著計算技術的發展，現代采礦模型除了物理模型，還包括數字模型、數學模型和學習模型等。

1.物理模型。物理模型是使用木材、塑料、泡沫、機械部件、電子元件、裝飾件等材料制作成展現礦體開采空間或生產過程的仿真模型，如礦井生產系統模型、采煤方法模型、井底車場模型、回采工藝模型、采掘機械模型等，物理模型可以直觀表達認識對象的特征，主要用于觀察和理解。

2.數字模型。數字模型是借助商業軟件，以三維的手法進行建模，模擬出一個三維實體或場景，可自由觀察、漫游甚至操作。如利用Surpac、3Dmine、Minecraft、AutoCAD等軟件建立的地下開采三維模型，利用虛擬現實軟件制作的數字礦山模型等。數字模型充分利用計算機和多媒體技術，能夠更方便地觀察礦山三維空間關系，甚至親自操作虛擬設備，不僅可用于觀察和理解，還可學習操作性和實踐經驗，是采礦類模型制作的發展趨勢。

3.數學模型。數學模型是通過數學方法、理論或實驗建立的各種表達采礦問題的模型，如露天礦排土場容量計算模型、巷道穩定性分析模型、采煤方法選擇模型、礦井通風網絡優化模型等。數學模型的建立需要扎實的數學基礎，對專業知識要有較深刻的理解，還必須具備一定的實踐經驗，對本科生來說具有一定的難度。

4.學習模型。學習模型是主要用于學習、交流、演示與采礦專業有關的模型，如VCR視頻、動畫、課件、學習網站、手機APP等。學習模型的主要功能就是學習，形式多樣，題材廣泛，便于制作。

（二）DIY模型實踐教學方法

1.采礦專業DIY模型教學模式。按照辯證唯物主義認識論“實踐—認識—再實踐—再認識”的認識規律，借鑒DIY理念，以學生為中心，與實踐相結合，在采礦專業課程教學過程中，建立“課堂模型實踐—課內學習—課外DIY模型—課后講評”的DIY模型實踐教學模式，即學生先通過課堂上觀看教學模型初步實踐，教師講解專業知識，學生學習達到認知，再通過學生課外DIY模型進行再實踐，最后經過DIY模型講評，學生認識水平提高。

DIY模型教學模式與傳統的教學模式不同的是增加了學生DIY模型實踐教學環節和DIY模型講評環節，學生通過自己動手設計制作模型，有了從認識到實踐的機會，再經過講評環節，進一步認識采礦三維空間關系，促進對專業知識的深刻理解。

2.DIY模型教學過程。教師在教學過程中，如在講授《采礦學》專業課程時，首先，在課堂上讓學生觀察采礦平面圖、剖面圖、三維教學模型等，再經過講解，在學生頭腦中建立煤礦工程三維空間和生產工藝的基本概念；其次，在授課期間，教師布置DIY模型作業，作為課程考核的內容之一，模型制作周期為課程授課期；學生以班級為單位，自行組合DIY小組，負責模型的選題、設計、選材、制作等，教師負責指導；最后，在學生制作完成模型后，設置模型講評環節，要求學生介紹模型創意、模型功能、DIY模型過程等，教師根據各小組完成情況評定成績。

（三）DIY模型實踐教學運行

1.DIY模型制作說明。在布置DIY模型作業時，需要制定以下原則，作為學生制作模型的依據：（1）圍繞采礦專業問題建模，不局限于書本已有教學模型；（2）模型類型不限，主要類型包括物理模型、數字模型、數學模型和學習模型，可根據小組成員的能力和興趣自由選擇；（3）自由組合DIY小組，每組成員3—4名，小組內需分工明確；（4）模型制作需要考慮經濟成本，盡量選擇低碳綠色環保材料；（5）指導教師根據模型的創新性、理論性、完整性、可觀性等特點評定成績；（6）推薦優秀作品參加全國高等學校采礦工程專業學生實踐作品大賽。

2.DIY模型教學實踐。太原理工大學已在采礦專業四屆學生中實行DIY模型實踐教學模式，模型從最初簡單的物理實物模型到現在復雜的大型煤礦三維立體場景、可控制的綜采工作面生產系統、礦井煤炭運輸演示系統、采礦專業學習交流網站等，涉及到的知識不僅包括采礦專業，還包括機械、電氣、計算機、美術等專業。

在學生DIY模型之前，教師要在課堂上講授模型制作的基本原則和基本方法、制作各類模型所需要的知識和技能儲備、介紹制作過程中所需要的材料和工具以及注意事項，對學生作適當的引導。

在模型講評環節中，學生走上講臺講解、展示自己的作品，并介紹模型的制作過程和分工合作情況，根據模型的完成情況，教師和學生共同點評。

在學生完成DIY模型作業后，選拔動手能力強、專業知識學習扎實、計算機水平高的同學組隊參加全國高等學校采礦工程專業學生實踐作品大賽。近年來，我校多次組隊參加該項賽事，取得了優異成績。

經過幾年的教學實踐，DIY模型實踐教學模式已經在采礦專業教學中形成良性循環，有力地促進了課程改革、實踐教學體系建設、科技創新活動和學科競賽的開展，得到教師和學生們的普遍認可。

三、DIY模型實踐教學對學生能力的培養

（一）主動學習和解決問題能力

創新人才培養需要學生學會主動思考、主動學習和主動實踐[7]，DIY模型實踐教學模式就是以學生為中心，以培養創新人才為目標。學生DIY模型時需要主動思考制作模型的每一個環節，在此過程中，主動學習制作模型所涉及到的各種知識，主動發現問題，解決問題，探索知識，加深對知識的理解和綜合運用，培養空間理解和想象能力，提高了主動學習和解決問題的能力。

（二）實踐操作和創新能力

DIY模型實踐教學立足于理論與實踐相結合，突出教學過程的實踐環節，強調在實踐中學習，實踐教學的真正內涵就是培養學生動手能力、科研能力、適應能力和創新能力為代表的綜合素質[8]。這種教學模式給學生提供了理論聯系實際和自己動手的機會，極大地激發了學生的學習熱情和創新潛能，學生制作模型不是簡單的模仿，而是包含著自己的思想，如有的學生利用針管制作液壓支架的油缸，彩色墨水作為液壓油，自行設計液壓系統，實現了液壓支架的升降動作。DIY模型實踐教學模式提高了學生的動手能力，增強了學生的創新意識，使實踐與創新相結合，突出創新精神和實踐能力的培養。

（三）交流和團結合作能力

DIY模型是由小組成員共同完成的，小組內有的同學觀察能力強，有的同學動手能力強，有的同學組織能力強，制作模型需要根據各個組員的特點，分工合作，發揮每個組員的長處。DIY小組在合作過程中需要充分的交流和溝通，相互促進，要有團隊精神，團隊精神是大局意識、協作精神和奉獻精神的集中體現[9]，只有團結合作，各盡所長，相互促進，才能出色完成DIY模型任務。

四、結束語

加強學生創新意識和實踐能力培養，是當前高等教育教學改革的重要內容之一，采礦專業采用DIY模型實踐教學模式，充分調動學生的積極性和主動性，激發了學生學習專業知識的熱情，為學生提供了動手實踐的機會，使實踐與創新相結合，培養了學生的學習能力、解決問題能力、綜合運用知識能力、空間想象能力、創新能力、動手能力和團隊合作能力等。經過幾年的教學實踐，DIY模型實踐教學模式深得老師和學生們的認同，促進了采礦專業創新人才的培養，取得了良好的教學效果。

參考文獻：

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