采礦工程專業實踐課程信息化教學模式探索

謝生榮，陳冬冬，吳仁倫，張守寶

（中國礦業大學（北京） 能源與礦業學院，北京 100083）

前言

隨著我國綜合國力和國際地位的提高，與其他國家之間的競爭也日趨激烈。國家之間的競爭，歸根結底是人才的競爭，是教育體系的競爭。受新冠疫情的影響，全國各大高校均面臨無法正常進行傳統線下教學的問題，紛紛采取線上教學模式，這極大地推進了信息化教學模式的應用與發展[1]。采礦工程專業作為傳統的工科專業，在培養科學技術人才的同時也承擔著為行業輸送人才的責任。采礦工程專業在學生培養過程中有多次專業實踐課程，而傳統的線下現場教學模式有很大的不足，更需要緊跟時代的步伐，充分利用網絡課程和虛擬仿真技術的生動性、虛擬性、開放性和方便性等特征，使采礦工程專業實踐課程信息化，加快信息技術與專業實踐課程教學的融合，提升學生學習的積極主動性和專業實踐課程的教學質量。

1 采礦工程專業實踐課程教學存在的問題

實踐課程是學生培養過程中尤為重要的一個環節，是檢驗和鞏固學生專業知識的一種有效方法，同時也是培養學生專業技能和能力的一種重要手段。傳統的實踐課程教學模式是在專業課程講授完成后，老師帶隊到各個礦山，由礦方專業人員帶領學生參觀學習。該教學模式能夠使學生親臨現場，具有真實直觀等優點，但是不可避免地也會存在一些問題。

1.1 課本—現場跨度大

傳統的采礦工程專業知識與技能的獲得主要來源于課堂上老師的講授和課本，來源比較單一，且不夠生動形象，內容上也是分模塊進行講授，缺乏系統的掌握[2]。學習過程中對如礦井開采、井田開拓等難理解的抽象專業知識不能很好地掌握，常常是只知其一，不知其二。同時課本更新慢，很多課本知識都已經過時，有的知識甚至還停留在十多年之前的采煤水平[3]，從課本到現場過渡較大，導致學生在進行實踐課程時不能很好地聯系已學習的知識，相當于重新學習了課本知識，不利于提高學生對專業知識的理解，不利于培養學生的創新和實踐能力。

1.2 教學資源相對匱乏

產能過剩給煤炭行業造成了不小的沖擊。2017 年國家政策提出各地要加快淘汰退出落后產能步伐，隨著去產能政策的執行，煤炭行業得到一定好轉，但是仍然面臨著經營困難等問題。在煤礦行業不景氣的形勢下，部分合作礦山企業在接收學生方面有一定難度，導致實踐教學出現一定困難。另一方面，由于井下環境復雜、保障學生安全所需的人力物力等方面資源相對匱乏等原因，導致實踐教學過程中學生下井次數不足，不利于學生實踐能力的培養，影響了學生學習的積極性。

1.3 授課方式受外界影響大

傳統的實踐課程教學模式要求學生親身到現場進行學習，如遇突發事件，則會導致課程延期或者無法進行，授課方式受外界影響大。比如受此次新冠疫情的影響，全國學生需在家線上學習，這就導致需現場教學的專業實踐課程無法進行。同時，由于煤礦企業需要維持正常生產以保障全國能源的供應，為了保障礦井的相對封閉性，減少外來風險，煤礦企業采取了比其他一些行業更為嚴格的管理方式，即使全國開始恢復正常生產、全國學生正常上課、人流開始流動旅行等，一些煤礦企業仍然采取禁止外來人員進入的管理方式，這就導致了無法接收學生進行專業實踐課程教學問題的出現。

2 實踐課程信息化的必要性

受新冠疫情影響，2020 年全國各高校不能如期開學，教育部發布了“停課不停學”的號召，為了保證教學任務的正常進行，各高校紛紛采取線上教學，取得了良好的效果，這充分顯示了信息化教學的優越性，并大大推動了教育信息化的發展。采礦工程專業實踐課程作為培養學生的重要組成部分，有必要實現信息化教學來提高教學質量。

2.1 提升教育資源的多元化

信息化教學可充分利用圖像、影音、虛擬仿真等教學工具，改變傳統的知識傳授方式，形成多元化教學方式。特別是影音和虛擬仿真技術，能夠將語言上抽象的專業知識生動形象地展示出來，然后再由老師進行講解，可以加快學生掌握專業知識的速度，提高學生學習的積極性和獲得感。同時可以通過影音和虛擬仿真技術在上課過程中向學生展示書本上沒有的先進的專業知識，如智能采礦等，增加學生的學習興趣和求知欲，從而提高學生的學習質量。

2.2 銜接課本與現場

將采礦工程專業知識信息化后的影音、虛擬仿真能夠將現場的生產情況較為真實地給學生展現出來。如巷道布置情況、工作面生產過程等，使學生在課堂上就能對現場的情況有一些了解，達到初步與現場相結合的目的，從而使學生在上專業實踐課程時，對現場有一個總體的初步認識，不會在實踐過程中對現場的知識感到陌生，比如開始實習時，出現只知道專業名詞，而不知道現場實物的情況。通過采礦工程專業知識信息化將學生所學知識與現場銜接起來，起到溝通和橋梁的作用，能夠使學生快速進入實踐教學狀態，提升學生的體驗感。

2.3 緩解實踐教學資源匱乏

虛擬仿真技術，可以利用計算機的優勢將采礦工程中的專業知識模擬出來，如巷道掘進過程、工作面采煤機割煤過程等。學生除了能夠在虛擬仿真實驗室觀看這些過程外，還能夠根據系統提示，讓學生通過手柄“親自”操作，體驗設備等的使用過程，讓現場不可能進行的實踐教學變成現實。同時，虛擬仿真教學的各種操作是室內進行的、可重復的，不僅大大節約了教育教學資源，而且保障了學生的安全。目前，我國東北大學、中國礦業大學等高等院校在采礦工程專業虛擬仿真實驗室建設方面作出了很好的示范[4-5]，在緩解實踐教學資源匱乏方面起到了一定的作用。

2.4 授課方式靈活多變

實踐課程信息化后，能夠有效地改變和彌補傳統授課方式不夠靈活、受外界環境影響大的缺點。信息化教學模擬，既可以將學生集中到一起進行學習，也可以通過給學生提供教學資料，進行線上教學，使學生無論在家還是在校均能獲得良好的學習體驗，同時授課時間也可以更加自由，不用像線下現場實踐教學那樣需要有固定的時間，一旦錯過實習時間，在短期內便沒有機會再次參加。即使遇到類似新冠疫情這種全國性突發事件導致的不能正常線下教學的情況，仍能保障專業實踐課程的順利進行，為保證學生培養方案的全部完成提供了一定的助力，提高了學校的教學質量和學生的學習質量。

3 采礦工程專業實踐課程信息化教學體系建設

實踐課程信息化雖然有很多優點，但是并不意味著我們要擯棄傳統的現場實踐教學，它是對現場實踐教學的一些補充。同時，要想充分發揮實踐課程信息化的優點，就要有體系、正確地使用信息化教學，否則可能會起到相反的作用。因此，對高校及教師使用信息化教學提出如下幾點建議：

3.1 傳統教學方式與信息化教學方式相結合

傳統教學方式雖然有不足之處，但是其優點是教師和學生能夠現場溝通，教師起到引導和講解作用，具有很強的直觀性和體驗性，雖然虛擬仿真等信息化技術也具有直觀性，但是目前這點與現場教學是無法比擬的。可以在傳統的教學方式中加入信息化教學，如講到抽象的、晦澀難懂的專業知識時，教師可以先將知識講解一遍，然后使用影音等技術將要講解的知識展示出來，同時再次結合影音等進行講解，展示、講解、引導相結合，使學生達到醍醐灌頂的效果。在上課過程中切忌完全拋棄傳統教學方式，全程使用影音、虛擬仿真等信息化教學方式，只展示，不講解，如此即使能夠提高學生的學習興趣也只是暫時的，最終學生會因不能充分理解新知識而失去學習興趣。

3.2 建立信息化教學平臺

信息化教學平臺的構建可以充分發揮線上線下教學相結合的優勢。學校或學院將信息化后的課程上傳到構建的信息化教學平臺上，如若學生有課上聽不懂的情況，可以在課后通過信息化教學平臺找到相關課程進行復習。同時學生也可以根據自己的興趣或學習進度在信息化教學平臺上自主學習，充分發揮學生的學習熱情和自主學習能力，也可以方便學生在進行專業實踐課程時，在現場教學開啟前后學習與實踐課程相關的專業知識，將現場學到的與課上學到的進行對照，使學生達到理論與實踐相結合的目的，使學生快速掌握專業知識技能。

3.3 充分開放虛擬仿真等資源

信息化的一大優點就是方便。要將建成的虛擬仿真實驗室等教學資源充分對學生開放，充分發揮信息化教學的優點。比如學生可以以班或宿舍為單位隨時提出申請進入虛擬仿真實驗室進行學習，充分調動學生的學習積極性，而不是單純地開設一節課程，集中學習之后便將實驗室關閉，這就違背了虛擬仿真實驗室的建設目的，不能完全發揮其效果。同時學校或學院可以構建線上虛擬仿真實驗平臺，學生可以通過學號和密碼或其他方式隨時登錄進入學習，以達到充分利用教學資源和充分發揮信息化教學優點的目的。

3.4 建立考核反饋體系

為了使學生能夠檢驗自己的學習情況，線上信息化教學平臺和線上虛擬仿真實驗平臺可以建立考核反饋體系，即學生在線上所有環節學習或操作完成以后，可以打開考核反饋體系，系統會圍繞學生學習和操作內容隨機出題，學生可以在線上對習題進行作答，當學生提交習題答案后系統能夠自動評判學生所答內容的對錯，并給出詳細的答案解析，以便學生能夠自行檢查所學成果，找到自己學習的不足之處，達到查漏補缺的目的，有助于學生的下一步學習和提高。

4 結語

隨著科技的發展，信息化技術越來越普遍，在生活中的應用也越來越多。高校的教育教學承擔著為國家培養科技人才和為相關行業輸送專業技能人才的目的，要順應時代的發展，將信息化技術應用到教育教學當中，改善和彌補傳統教學方式的不足。采礦工程作為傳統的工科專業，其專業實踐課程的教學非常適合信息化教學方式，相關專業類高校應將傳統教學模式與信息化教學模式相結合，建立完善的信息化教學體系，充分發揮兩者的優點，以提高學生學習的積極性、自主性，充分調動學生的學習興趣。