采礦概論時空四維知識關聯教學法研究

何江

摘? 要：采礦概論課程教學內容廣、概念多、知識抽象，教學難度大，學生學習困難。如何有效進行教學，成為教學面對的難題。文章分析了采礦概論知識的時間、空間相關性特點，論述了知識學習的邏輯關聯、時間關聯、空間關聯、聯想關聯等4種基本關聯類型，基于采礦概論知識特征和人腦知識學習的一般規律，提出構建時空四維知識關聯教學法，指出通過模型教學法、圖示法、虛擬現實法、視頻教學法、現場實踐等時空四維關聯教學，合理建立采礦知識的時空四維關聯，提高教學效果。

關鍵詞：采礦概論;時空四維;教學方法;知識結構

中圖分類號：G642? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2019）18-0080-03

Abstract： The teaching content of mining introduction course is wide， contains many concepts and abstract knowledge， which is difficult to teach and difficult for students to learn. How to teach effectively has become a difficult problem in teaching. This paper analyzed the characteristics of temporal and spatial correlation of mining knowledge， discussed four basic types of association of knowledge learning， such as logical association， temporal association， spatial association and associative association. Based on the characteristics of mining knowledge and the general rules of human brain knowledge learning， it put forward the construction of spatial-temporal four-dimensional knowledge association teaching method， and pointed out that through model teaching method， graphic teaching method and virtual reality. According to the model teaching method， graphic teaching method， video teaching method and on-site practice，it can reasonably establish the spatial-temporal four-dimensional teaching method of mining introduction and improve the teaching effect.

Keywords： mining introduction; spatial-temporal four dimensions; teaching method; knowledge structure

采礦概論是地礦類專業開設的專業選修課程。主要開設專業為土地資源管理、地質工程、地球物理學、水文與水資源工程、煤與煤層氣工程、資源環境與城鄉規劃管理、礦物加工工程、測繪工程等。通過該課程的學習，使學生對煤炭及非煤固體礦床開采有概括性、全面性的了解，并了解國內外采礦工業發展概況、最新采礦技術及其發展趨勢，為學生學習與采礦相關的課程及到礦山企業實習奠定良好的基礎。由于采礦概論涉及的知識專業性較強，選修該課程的學生缺乏必要的知識基礎，因此教師教學、學生學習都較為困難[1]。采礦概論教學法研究與改革一直受到采礦工程教師重視[2，3]。本文分析了采礦概論課程知識特點，提出了構建時空四維知識結構體系的教學探索，以期提高采礦概論的教學效果。

一、采礦概論知識特點

（一）時間相關性

采礦概論教學內容主要涉及采礦工業的發展歷程及趨勢、煤田地質及礦圖知識、井田開拓、礦井開采巷道布置及生產系統、井巷掘進、準備方式、采煤方法與工藝、礦井安全技術、非煤固體礦床開采等幾個方面。其中采礦工業的發展歷程及趨勢、井田開拓、井巷掘進與支護、采煤方法與工藝等幾個方面主要介紹與時間相關的知識點。如采礦工業的發展涉及到不同發展歷史時期、不同階段采礦技術具有的標志性特點;井田開拓通過開拓巷道的開拓流程形成時間相關的開鑿或掘進先后順序;井巷掘進與支護、采煤方法與工藝，通過采掘循環形成采掘工序的時間流程循環。因此，這幾部分內容所涉及的知識點在時間上具有極強的相關性。

（二）空間相關性

采礦概論課程講授的所有知識點幾乎都與空間建立聯系。煤田地質介紹的主要是煤系地層及其結構的空間產狀;礦圖知識介紹代表空間相關性的二維礦圖知識。通過投影形成的礦圖體現了煤田地質信息和采掘工程空間信息。井田開拓、礦井開采巷道布置及生產系統、井巷掘進、準備方式、采煤方法與工藝等采礦工程是在地層空間中實施的井巷工程和開采工程，具有典型的空間性。通過對土地資源管理專業49名選課學生進行匿名問卷調查表明，64%的學生認為采礦概論課程知識點空間立體感極強，27%的學生認為空間立體感較強，認為采礦概論課程知識點空間立體感較強以上的學生達到91%。因此，采礦概論課程知識點學生普遍認為具有較強的空間相關性。

二、人腦學習知識的過程

學生學習知識的過程就是在大腦中建構知識關聯、知識架構的過程。如果新學習的知識之間關聯不強，則學生在學習過程中，需要通過自己的理解把新進入大腦的信息理解透徹形成新知識，從而將新知識和大腦中已有的知識架構建立某種關聯。這種依靠自身理解能力建立的關聯可能合理也可能不合理，可能關聯緊密或關聯不夠緊密。尤其當學生沒有充分理解新知識點的情況下，進入大腦的信息處于一種暫存狀態，學習者不能直覺而自覺建立新信息與已有知識架構的某種合理關聯。此時，進入大腦的新信息還不能成為新知識，如果不能及時復習，進一步加深理解，建立合理而穩固的關聯，新進入的信息就會很快遺忘。

基于以上人腦學習的規律，教師教學需要實現兩個方面的功能。其一，教師需要將知識點闡述清楚或通過某種教學方法讓學生深刻理解知識點。其二，建立新知識合理而穩固的聯系并使之與學生已有知識或認知架構建立密切關聯。

三、知識關聯的基本類型

（一）邏輯關聯

邏輯關聯指新知識是基于學習者已有知識通過知識之間的嚴密邏輯關系推導得出。邏輯關聯又稱推理關聯。學習者對新知識理解深刻，建立起新知識與已有知識的邏輯關聯。該邏輯關聯自然而然成為新知識與已有知識的關聯。基于邏輯關聯學習的新知識在短時間內記憶深刻。新知識如果能夠及時加以鞏固，很快可以固化形成長久記憶的知識。如果不及時鞏固，當新知識與已有知識的邏輯關系被遺忘，則邏輯關聯自然失效，新知識將遺忘殆盡。因此，基于邏輯關系學習的新知識，應該能夠及時得以鞏固，通過邏輯關系快速理解習得，建立邏輯關聯，通過鞏固而成為長久記憶。當形成長久記憶后，基于邏輯關系的初始邏輯對于習得知識就不那么重要了。

（二）時間關聯

時間的先后順序自然形成一個有條不紊的線性邏輯關系，正因為這種簡單而明晰的關系，學習者容易以時間先后順序為線索將相關知識點串成一組相互關聯的知識，從而形成長久記憶，比如學習植物的生長過程，對于種子發芽、生長、開花、結果相關知識，本身相互孤立的知識點，通過植物生長的先后階段串聯起來;比如對于歷史知識的學習，通過歷史事件的先后關系，通過年代表與歷史事件的關聯，可對年代相關的歷史知識形成較為穩固的聯想記憶。這種時間關聯，在大腦中形成了類似于一維的空間關聯。

（三）空間關聯

對于與空間場景相關的知識，自然形成空間關聯。空間關聯的獨特優勢是空間信息是學習者的親身經歷或通過視頻或空間描述構建形成了空間場景。人腦對于空間場景的圖像記憶是直觀和深刻的，一旦形成空間關聯的知識，往往經久不忘。時間關聯實際上是空間關聯的一個特例，學習者在大腦中對于時間關聯知識的記憶，往往是基于時間軸的線性一維空間進行抽象的時間關聯知識的記憶。實際上幾乎所有習得知識，當需要使用的時候，大腦中總是以某種畫面呈現出來，可能是知識在書本中的頁面、也有可能是知識的文字表述畫面、或者是知識與生活中某種場景的奇特關聯場景。因此，空間關聯可能是最為重要和根本的知識關聯形式。目前，教學中的知識結構圖常常以思維導圖的方式進行展示。思維導圖實際上就是將抽象的思維進行必要的二維空間關聯，將抽象的不確切的知識想象場景進行確切和固化，進一步以視覺場景的方式存入大腦，加深并固化一類知識的空間關聯。

（四）聯想關聯

聯想關聯可以理解為邏輯關聯、時間關聯、空間關聯的復合關聯。學習者通過將新知識與已有知識架構以某種復合邏輯的、具有時間或空間相關性的、或某種復雜相關關系的關聯。這種聯想關聯是基于學習者自身的生活經歷，關聯形式千變萬化。同一知識點，不同學習者在記憶過程中往往存在不同的聯想方式，而這種關聯在大腦中最終以某種形式的畫面呈現出來。

四、采礦概論時空四維關聯教學探討

以上分析表明，知識的學習是關聯的建立過程。教師不但需要使學生理解知識，同時需要構建知識的合理關聯。采礦概論相關知識具有典型的時間相關性和空間相關性。基于知識關聯的基本類型的分析表明，知識的關聯雖然有多種形式，但最基本的是空間關聯，知識在大腦中最終以某種圖像場景而存在。因此，基于采礦概論知識點的時空相關性，采礦概論的教學應重點采用時間關聯和空間關聯兩種關聯模式構建知識的相關關系，從而使學生能夠直觀接受并自然構建采礦概論知識體系的時空四維關聯。

采礦概論時空四維關聯教學方法體系如下：

1. 模型教學法。模型教學法是在課堂授課過程中引入讓學生看得見、摸得著的實物模型，增強學生對學習對象的直觀空間認識[4]。模型教學法在采礦工程教學中，常采用按比例縮小的模型進行教學，不但增強了學生對采礦及相關知識的直觀認識，同時通過模型比例的縮小，可以從全局的角度建立采礦空間架構的聯系。當采礦空間結構在學生大腦中建立空間關聯時，這個空間架構就成了采礦知識的關聯體系。因為，采礦概論的幾乎所有知識都是基于采礦空間展開的。因此，模型教學法充分利用了知識學習的空間關聯的優越性。

2. 圖示法。圖示法是將具有某種層次關系或時間先后順序的邏輯關聯知識，采用繪圖的方法，直觀呈現相關知識點的邏輯關聯性，從而使學生習得相關知識點的教學方法。如當前在各學科教學中廣泛使用的思維導圖法就是將學科知識點按照層次關系、并列關系、聯想關系等采用結構圖的方式呈現出來，從而有利于學生掌握知識的相互關系，將各知識點形成二維圖像記入大腦中[5]。圖示法實際將知識點實現了二維空間關聯[6]。采礦工程教學中當前應用最多的圖示法為采掘工程作業循環圖表。該方法將采掘工程在時間上有先后順序的作業工序，采用時間與空間相結合的二維圖，將各作業工序繪制其上，從而建立采礦工序的時空二維圖，便于學生在大腦中形成采掘工序的時空關聯。另外，對于采礦工業發展等具有時間先后順序的知識點，也可以采用時間軸的方法串聯采礦工程發展的關鍵階段，從而建立時間先后順序的二維圖，將時間關聯轉化為空間關聯，便于學習記憶。

3. 虛擬現實法。虛擬現實法是利用現代計算機技術，建立采礦工程的實際場景模型，盡可能逼真地模擬現實采礦場景，使學生有如身臨實際的感受，通過視覺直觀的感知深達千米的礦井深處的采掘場景，加深對知識的直觀認知[7]。該方法實際上是采用現代計算機技術，通過建模的方法，構建采礦知識的時空四維關聯，利用了學習中時空關聯的重要優勢，提高教學效果。當前虛擬仿真教學已成為采礦工程教學的主要發展方向之一，不斷豐富著采礦概論教學資源。

4. 視頻教學法。視頻教學法是將采礦井下危險區域或非采礦人員不易到達區域的實際情況采用視頻的方式記錄下來，通過視頻播放，讓學生直觀觀看采礦不同環節的生產組織情況。該方法比較成熟，應用廣泛。但該方法單獨運用時，學生只能建立單一場景的生產組織形式，不能很好建立礦井全局的空間關聯。如果將視頻教學法和模型教學法、圖示法結合起來，可實現采礦概論知識的時空關聯有效建構，充分提升采礦概論的教學效果。

以上采礦概論時空四維關聯教學法是目前較為常用的教學方法。除此之外，還可以合理安排必要的現場實踐、現場參觀等方式讓學生身臨其境，感受礦井現場，建立時空關聯。但現場實踐對于非采礦工程專業學生來說一般難以實現。在實際教學中應以構建學生時空四維知識關聯為宗旨，合理搭配利用相關教學方法，以使學生準確、穩固的建立采礦知識的時空四維關聯，提高教學效果。

五、結論

（1）采礦概論知識點中井田開拓、采掘順序、采煤工藝、采礦工業發展等具有明顯的時間相關性，煤田地質、礦圖知識、井田開拓、生產系統、井巷掘進、準備方式、采煤方法與工藝等采礦工程是在地層空間中實施的井巷工程和開采工程，具有空間性。

（2）學生學習知識的過程是在大腦中建構知識關聯、知識架構的過程。知識關聯具有邏輯關聯、時間關聯、空間關聯、聯想關聯幾種基本形式。教師需要使學生深刻理解知識，同時需要建立新知識合理而穩固的聯系并使之與學生已有知識或認知架構建立密切關聯。

（3）采礦概論教學可充分利用其知識點的時空相關性，通過模型教學法、圖示法、虛擬現實法、視頻教學法、現場實踐等時空四維關聯教學方法體系，合理建立采礦知識的時空四維關聯，提高教學效果。

參考文獻：

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