“礦山機械”課程多維度協同教學模式研究

劉訓濤 董星 徐鵬

摘 ? ?要：針對傳統教學模式學生主體地位發揮不足、學生學習資源獲取難度大、網絡課程監管性差、實驗實踐教學弱等問題，文章采用專業知識+創新教育+思想政治教育三軸融合教學法進行教學。以OBE教學理念為指導，以網絡共享課程、虛擬實驗、多平臺混合直播方式開展線上教學。以線上教學、現場教學、翻轉課堂教學、思政融合教學、融入式創新教學開展“礦山機械”課程線下教學。依托線上線下混合式、多維度支撐協助，實現課程內容和呈現方式的變化，增加課程黏性，有效提升了教學質量。

關鍵詞：多維度；協同教學；三軸教學；虛擬實驗；融入式創新

中圖分類號：G642 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1002-4107（2023）03-0021-04

“礦山機械”課程是黑龍江科技大學傳統特色省級精品課程，是采礦專業、機械設計及其自動化專業的必修課程，承擔著為煤炭行業培養煤機設計、使用人才的重任[1]。課程采用專業知識+創新教育+思想政治教育三軸教學法進行教學。基于OBE教學理念設置授課內容，綜合利用多平臺開展線上線下混合式教學、現場教學、實驗實踐教學、翻轉課堂教學、思政融合教學、融入式創新教學，立體化地進行“礦山機械”課程講授（圖1）。課程內容和呈現方式的變化，使課程黏性增加，從而提高教學質量。

一、“礦山機械”課程線上教學模式

授課教師利用黑龍江科技大學課程中心建立“礦山

機械”資源共享課程，依據OBE教學理念完善和修訂培養方案、教學大綱和授課計劃，形成教學文檔庫。錄制“礦山機械”知識點教學視頻、機械故障及處理方法視頻，形成錄播教學視頻庫，依托直播平臺形成直播回放視頻庫，制作完成一定數量的“礦山機械”虛擬實驗教學錄像庫。建設教案庫、教學課件庫、歷年真題庫、在線試題庫、在線過程考核題庫、彈窗題庫、參考文獻庫、電子教材庫、主流“礦山機械”論壇鏈接、企業現場應用案例庫、典型機械故障與維修案例庫、煤礦安全規程庫、課程思政素材庫，形成多維度立體化網絡教學資源（圖2）。

新冠疫情期間，授課教師采用網絡共享課程+線上直播混合式教學方式開展教學。學生通過網絡共享課程進行自主學習、預習和復習。當出現斷網、斷電、網絡擁堵時，學生也可以通過手機訪問課程中心學習網絡共享課程，實現停電不停學，擁堵不停學。針對網絡課程互動和監控不足的問題，授課教師采用視頻直播+網絡共享課程雙通道線上課程教學方式。直播時，充分利用雨課堂、騰訊課堂、QQ分屏等直播平臺的優勢，采用多平臺混合互動直播方式，實時與學生互動，營造線下課堂氣氛，實現虛擬線下環境，并應用在線平臺彈出測試題，對學生學習情況進行考核，實現線上立體化多維度教學。

新冠疫情期間，學生（或教師）無法到校完成礦山機械實驗。因此，教師可以開展虛擬實驗教學，利用CREO和UG制作采煤機、刮板機、帶式輸送機、液壓支架等虛擬礦機和礦機虛擬裝配與運動學仿真動畫，制作虛擬結構實驗；利用購買的流體機械虛擬實驗軟件開展虛擬流機實驗；錄制鋼絲繩參數測量、提升機、水泵特性測量等礦機實驗視頻，開展在線虛擬演示實驗教學。

學生既可以通過網課平臺資源庫自主學習、提前預習，也可以利用在線資源回看視頻，及時復習。學生可以通過網絡學習，完成閱讀報告的撰寫，利用題庫進行自主學習，教師亦可利用在線測試和過程考核試題庫監控學生學習狀態，及時評估各指標點達成情況。

二、“礦山機械”課程混合式教學模式

學生的專注度僅有15～20分鐘，缺乏監管和共同學習氣氛的線上課堂，教學效果并不如授課教師理想中的一樣好[2]。非封閉環境中，由于外界干擾、各種游戲和APP的誘惑，學生真正全身心投入到課程中的時間有限。學生使用電子設備聽課，身體疲勞度要高于線下教學。根據對近三個學期學情的抽樣調查，網絡共享課程中學生平均專注度為38%，在線直播課程專注度為65%，線下課程學生專注度為75%。線下課程黏度明顯高于線上課程。但是，共享課程和網絡課程中學生復習支持度與答疑實效性的有效率高于線下課程。立體化混合式教學是當前教學條件下，較為理想的選擇[3-5]。

為了更好地開展教學，提高教學質量，黑龍江科技大學將“礦山機械”課程分成采掘機械、流體機械、提升運輸機械三部分，線下授課時分別由相應研究方向的專家教授進行講授。課前，授課教師要布置相應的預習內容、指導學生撰寫閱讀報告，學生需要先通過網絡課程預習相關課程內容，帶著問題走入課堂。線下教學時，授課教師應用3D打印技術完成箕斗、礦車、風機等“礦山機械”課程實物教學模型制作，根據課程進度利用教學實物模型詳細展示相應礦山機械的結構及工作原理。應用CREO/UG/CATIA等三維軟件完成采煤機、刮板輸送機、液壓支架、鉆機、提升機等三維數字模型，制作相應虛擬裝配和運動學仿真動畫，利用三維模型和動畫演示礦機的加工和裝配過程。利用到礦山科研和實習的機會錄制礦山機械現場工作視頻，詳細講解礦山機械工作環境、使用注意事項，立體化地構造多維度線下教學環境。

授課教師以OBE教學理念開展教學，將科研成果融入教學中，讓學生參與科研，通過科研實踐激發學生對“礦山機械”課程的學習熱情。根據企業需要和畢業設計調整教學目標、手段和方法。

授課教師為有效應對“20分鐘”專注力困惑問題，提高課程的黏性，課堂設置練習和互動環節。經過3年的實踐發現，問題設置最佳時段是在15～20分、30～35分、65～70分、80～85分。線下教學時，授課教師應根據知識點講授情況，針對相關重點有效進行設置。每堂課練習與問答次數以3～5次為宜。由于學生下午較疲憊，下午的提問次數要多于上午，尤其在5、6節課時，設問時間應趨近上限。每次練習和問答總時間應在1～7分鐘。這樣既可保證學生課堂的參與度，有效對學生進行課堂管理，又不會影響教學進程。在保證課程流暢度的情況下，授課教師實現對課程的有效掌控，學生專注度、課程達成度均相應提高。

三、“礦山機械”課程翻轉課堂教學模式

傳統線下教學學生參與度相對較低，部分難度相對較低的知識點采用翻轉課堂教學，充分發揮學生的主體地位，建立學生討論小組，提前布置討論內容，由學生課前收集資料，課堂上以小組為單位開展講授和討論。課堂中，授課教師由講授者變為課堂主持者和點評者。在整個課堂教學過程中，學生承擔相應礦機知識點的講解和討論工作，學生根據網絡課程和相關資料的學習，以小組為單位制作PPT。在交流過程中，學生可以根據內容需要與其他學生進行交流互動。授課教師要控制討論的時間、進度，對講授和討論內容進行點評，并對各知識點的重點、難點進行總結概括，補充學生遺漏部分，講解礦山機械產品設計和實際使用中容易發生的問題及解決辦法。在課堂教學過程中，授課教師是學習的推動者和指導者，是學生獲取資源、利用資源、處理信息、應用知識的幫手[6-8]。課堂成為學生內化知識、運用知識的場所，提升了學生的學習主動性。

四、“礦山機械”課程現場實踐教學

讀萬卷書，不如行萬里路。實踐是最好的學習方式，建設龍煤集團、中煤龍化有限公司、沈煤雞西隆豐礦山機械制造有限公司等校外實習教學基地，將課堂搬到現場，聘請企業專家，開展現場教學。以黑龍江大學礦山機械省級共享實驗室和黑龍江科技大學礦產資源開發綜合利用館為依托建設校內實習基地。礦山機械實驗室擁有采煤機、液壓支架、掘進機、提升機、刮板輸送機、帶式輸送機、轉載機、離心式風機、軸流式風機、水泵、空壓機等典型礦山機械。黑龍科技大學建有礦產資源開發綜合利用館，館內建有完整的井工生產系統，全景真實再現了井工生產的實際，采掘、提升運輸、通風、排水均按井工生產實際工況完成，并按實際布置安放采煤機、刮板輸送機、皮帶運輸機、水泵、風機液壓支架等主要礦井生產的礦山機械設備，在礦產資源開發綜合利用館里，學生可以身臨其境地了解各礦山機械實際工況條件、工作原理，為學生以后進行礦山機械設計與使用打基礎。同時，黑龍江科技大學還擁有校辦工廠、加工中心、實訓中心等礦山機械加工場所。學生通過認識實習、生產實習和畢業實習，完成礦機產品機械加工、設計方法和注意事項的學習。

五、“礦山機械”課程融入式創新教學

2021年9月24日，習近平總書記在全球科技創新交流合作論壇致辭中講到，科學技術是人類的偉大創造性活動，創新是引領發展的第一動力。青年學生要在大學期間學會創新、養成創新習慣[9]。“礦山機械”課程采用TRIZ理論融入式教學方法，將技術創新方法TRIZ理論融入到礦山機械結構和原理講解過程中，融入到礦山機械產品概述與前景展望中，融入到“礦山機械”課程設計、畢業設計中[10]。授課教師指導學生依據所學申請省級、校級科研立項，參加全國“TRIZ”杯創新設計大賽，培養學生的創新意識和能力，增強學生動手能力、科研組織能力和團隊協作能力。黑龍江科技大學建立了技術創新方法等4個大學生創新協會，協會成員先后獲得省級以上競賽獎百余項，獲得國家專利20余項，有4人成功完成自主創業。

六、“礦山機械”課程的課程思政教學

習近平總書記在全國高校思想政治工作會議中指出，“要把立德樹人作為中心環節，要用好課堂教學這個主渠道，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，要堅持顯性教育和隱性教育相統一，挖掘其他課程和教學方式中蘊含的思想政治教育資源，實現全程育人、全方位育人”[11]。“礦山機械”課程作為礦業人才培養的重要專業課程，也要“守好一段渠，種好責任田，與思想政治理論課同向同行，形成協同效應”。要培養學生客觀地認識當代社會，了解我黨的百年奮斗史，用習近平新時代中國特色社會主義思想、社會主義核心價值觀、中華優秀傳統文化武裝自己，明理、增信，增強“四個意識”，堅定“四個自信”，做到“兩個維護”。

黑龍江省作為與俄羅斯接壤的邊境省份，全省各族人民在黨的領導下，在革命、建設和改革開放的過程中，艱辛求索、不怕犧牲、百折不撓、浴血奮戰、艱苦創業、奮勇開拓，形成了東北抗聯精神、北大荒精神、大慶精神、鐵人精神，為人民群眾留下了豐富的精神遺產[12-13]。在“礦山機械”課程授課過程中，針對井下惡劣的工作環境，授課教師應融入龍江4種精神和龍煤艱苦奮斗精神，使學生從中汲取力量，筑牢紅色基因。在講解礦山機械結構設計、機械加工過程中，融入煤礦系統大國工匠的事跡；融入劉永坦、黃大年等專家的科研精神，培養學生細致、務實、好學、創新的工作原則和作風。增加煤礦安全規程的講授，培養學生遵紀守法、崇德守信的品質，使其成長為社會主義合格建設者和接班人。

七、“礦山機械”課程多維度協同教學模式運行保障機制建設

為了保證立體化混合式教學高效運行，黑龍江科技大學建立運行保障機制，制定課程更新機制、學生考核機制、運行維護機制，課程由指定教師定期維護。依據OBE教學理念開展過程考核，將閱讀報告、作業、測試、翻轉課堂表現、實驗成績、現場課程表現、競賽成績納入平時成績，結課后進行問卷調查，了解學生對各知識點的學習情況，并針對各個指標點達成情況進行相應課程內容和教學方法的改進。學校亦制定網絡共享課程、線上線下混合式課程、一流課程支撐和獎勵機制，教師指導學生開展創新創業的獎勵機制，為課程的開展提供制度保障。

線上教學資源豐富，學生可以自主選擇聽課地點，在任何時間均可回看授課內容，有利于自主學習和復習，但是無法完成實驗、實操，授課教師對教學過程的監管性弱，由于不可控的外界干擾太多，課程黏性較差，課程達成度較低。傳統線下教學，學生學習集中于課上時間，雖然融入了新的教學方法，但是學生仍然被動地接受灌輸式教育，學生的教學主體地位發揮不足，學生獲取教學資源的方法單一、有限。教學過程中，授課教師可以根據學生學習狀態，因材施教，課堂監管能力強，然而課堂教學對教學環境依賴性較強，疫情、停斷電嚴重影響授課進程和質量。混合式教學是近年來發展的新的教學方法，雖然綜合利用線上教學和線下教學的長處，但是仍然沒有解決疫情期間對學生網課監管問題，沒有融入思政教學和創新教學。

“礦山機械”課程多維度系統教學，通過線上線下混合式教學、多平臺網絡混合直播教學、翻轉課堂教學、虛擬實驗教學、現場教學、融入式創新教學、課程思政教學，多維度進行創新人才培養，通過3年的實踐，學生課程達成度有很大提高，學生動手能力、創新意識、工匠精神均有所增強。立體化混合式教學的教學質量相較于傳統課堂教學、網絡教學有所提高，值得進一步研究。

參考文獻：

[1] ?蘇暢，嚴灼.“礦山機械”教學研究與實踐：以安徽理工大學采礦工程專業為例[J].教育教學論壇，2016（45）：218.

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[10] 劉訓濤，吳衛東，曹賀.基于TRIZ理論融入模式的畢業設計研究與實踐[J].中國電力教育，2013（7）：170.

[11] 習近平在全國高校思想政治工作會議上強調 把思想政治工作貫穿教育教學全過程 開創我國高等教育事業新局面[DB/OL].（2016-12-09）[2022-04-10]. http：//www.xinhuanet.com /politics/2016-12/08/c_1120082577.htm.

[12] 劉淑環.知識傳授與價值引領：“概率論與數理統計”課程思政的教學探索[J].中國大學教育，2021（3）：60.

[13] 高迎爽，李楠.抗疫時期推進課程思政的理念與實踐[J].中國大學教學，2020（8）：59.

編輯∕李夢迪

收稿日期：2022-02-24

修回日期：2022-04-10

作者簡介：劉訓濤（1975—），男，山東鄄城人，黑龍江科技大學機械工程學院教授，研究方向：礦山機械教學與研究。

基金項目：黑龍江省高等教育教學改革項目“立體化的‘礦山機械精品資源共享課程建設研究與實踐”（SJGY20200634）；黑龍江省教育科學規劃重點課題“新工科建設背景下礦山機械系列課程教學改革研究與實踐”（GJB1320320）；黑龍江科技大學教研重點項目“立體化的‘礦山機械精品資源共享課程建設研究與實踐”（JY20-16）