“礦山機械裝備及其智能化”課程教學改革探索與思考

薛瑞雄 李杰

摘?要：“礦山機械裝備及其智能化”課程是采礦工程專業重要的核心課程，其內容是智能化礦井建設的重要基礎，但是礦山機械設備類型繁多、結構復雜，并且課程內容抽象難懂。本文對當前教學過程中存在的問題進行了分析，并針對這些問題采取了一系列的教學改革措施。實踐證明，這些措施可以激發學生的學習興趣，并能夠取得良好的教學效果。

關鍵詞：礦山機械裝備及其智能化；智能化礦井建設；教學改革

隨著我國經濟的快速發展、綜合國力的不斷提升，礦山裝備重型化、智能化和無人化成為煤礦機械發展的方向，也是智能化礦井建設的需要［1］?！暗V山機械裝備及其智能化”是采礦工程專業的一門核心課程，課程的任務是使學生掌握采掘機械、支護設備、運輸與提升設備、流體機械等礦山機械設備的用途、工作原理、結構性能和選型計算方法，為今后從事礦山工作打下良好的基礎。礦山機械是一門實踐性很強的專業課程，在學習本課程之前，學生應圍繞本課程參加一定的生產實踐［2］。

隨著新技術和新材料在礦山設備中的推廣應用，礦山開采已從機械化向自動化、智能化發展，對新時代的大學生提出了更高的要求。同時礦山機械是機械行業中一個類型繁多、設備結構復雜、需求量大、使用面廣的機械行業，在經濟建設和社會發展中占有十分重要的地位［3］。因此，我們學校要跟上時代的步伐，培養出符合時代要求的大學生。劉金娃等［4］對礦山機械課程講授方法進行了詳細的研究，改進了講課方式，使學生在學習過程中主動接受課程內容，明顯提高了教學效果。商德勇［3］提出了雙一流建設下的礦山機械課程整體改革思路，教學效果顯著提高。

“礦山機械裝備及其智能化”課程在相關學科建設中舉足輕重，其教學效果的好壞直接影響到專業技術人才的培養質量和企業未來的發展。探索如何提高“礦山機械裝備及其智能化”課程教學質量，適應現代化礦山建設的需求，對本課程教學提出了更高的要求，對我們學校以及老師提出了新的挑戰。因此，在有限的課時內，使學生掌握課程的核心內容，提高學生的綜合能力，成為國家和企業需要的人才，是高校教師們亟待解決的問題。

一、當前存在的問題

（一）學生對專業課認識不足，缺乏學習興趣

“礦山機械裝備及其智能化”是采礦工程專業的一門核心課程，重點內容是機械、電氣及智能化，和開采礦石看似聯系比較少，其實是實現智能化礦井的重要課程之一。大一、大二學生所學課程多為通識課程，尤其對于采礦工程專業的學生來說，對機械的認知比較少，機械知識相對薄弱，再加上學生缺乏對本專業實質性的了解，因此，會給學生會造成一個錯覺，機械類課程不重要?！暗V山機械裝備及其智能化”是被安排在大三上學期的一門核心課程，是一門實踐性很強的專業課程，該課程概念繁多、內容抽象枯燥，并且需要一定的空間思維能力，大一、大二的學生幾乎沒有在現場實踐的經歷，課本上的圖大多是抽象的二維黑白圖，這些會導致學生出現畏難情緒，對學生的學習積極性會產生一定的影響。

（二）課程內容多，教學難度大

“礦山機械裝備及其智能化”課程包括四部分內容：采掘機械、支護設備、礦井運輸與提升設備和礦山流體機械。前三部分內容為本課程的重點內容，包含的概念繁多，如：鉆孔機械、裝載機械、掘進機、掘錨聯合機組、滾筒采煤機、刨煤機、連續采煤機、單體液壓支柱、液壓支架、刮板輸送機等機械設備。而且這些機械又包含了各種類型的設備，如鉆孔機械又分為：氣動鑿巖機、液壓鑿巖機、電動鑿巖機和內燃鑿巖機等四類。氣動鑿巖機又按操作方式不同分為手持式、支腿式和導軌式，按頻率分為低頻鑿巖機和高頻鑿巖機，按轉釬機構分為內回轉式鑿巖機和外回轉式鑿巖機。其他的機械裝備就不再詳細介紹。可見這門課程的概念之多，概念之復雜，并且各部分之間基本沒有層層遞進的關系。隨著課程的進行，知識內容增加，學生就會對概念逐漸產生疲倦感，對這門課程的興趣也會降低。這門課程實踐性很強，大部分礦山裝備同學們都沒有見過，并且我們學校又缺少教學模型，這就造成了教學的難度增加。

（三）教學方法單一

“礦山機械裝備及其智能化”課程傳統的教學方法主要為講授式，即教師將課本上的內容通過講解傳授給學生，遇到難點和要點，老師放慢講課速度，并通過舉例、演示等一些手段較為直觀地講給學生聽。“礦山機械裝備及其智能化”是一門實踐性很強的專業課程，學生被動地接受知識，不僅難以理解及融會貫通，而且會出現厭倦、抵觸情緒。理論和實踐脫節，這種“填鴨式”教學模式并不可取。例如，我們講授“掘進機”這一節，如果我們只按照課本上的內容進行講授，就會導致學生即使以后走到工作崗位上，見到不同類型的掘進機，也可能不了解其結構組成及工作原理，甚至不認識掘進機真實的模樣。

二、課程改革與實踐探索

針對當前教學中存在的一系列問題和對學生的調查結果，筆者與本專業教師一同制作了科學的教學設計，并且改進了教學方式，激發學生興趣，培養出綜合實力較強的大學生，滿足社會的需求。

（一）引導學生加深專業了解，激發學生的學習興趣

“礦山機械裝備及其智能化”這門課程雖然是采礦工程專業的核心專業課，與其他核心專業課最大的區別是，本門課程的知識點偏重于機械，知識面覆蓋較廣。對于采礦工程的學生而言，機械專業基礎比較薄弱，因此，這就需要學院的專業教師加強引導，針對大一、大二學生多開展一些礦山裝備為主題的講座，使學生對本課程和本專業有一個全面的了解。興趣是最好的老師，如何使學生對難懂、枯燥的課程感興趣，是我們高校教師亟須要解決的問題。學生對專業課的第一印象會對其學習興趣產生決定性影響，因此，講好前面幾節課最為重要。針對學生基礎知識薄弱、本課程的特點以及學校的教學條件，第一堂課，我們要給學生專門做一個系統性的講座，講座的內容主要是現場設備最新的工作視頻、機械工作原理以及我國最新科研進展，要讓學生感受到現場的氛圍和看到真實的機械運動場景，而不是課本上的文字和二維黑白圖片，同時也讓學生感受到科技的力量，而不是傳統意義上的采礦。如掘進機視頻，我們把現場工作運行的掘進機視頻放給同學們看，在看視頻的同時，要及時給同學們介紹，還要結合老師自己做的一些模擬，可以把掘進機進行組裝和拆分，這樣同學們就更加容易對這個裝備進行了解，更容易接受。當掘進機在現場工作的時候，我們就會介紹掘進機的概念及作用：“掘進機是一種能夠完成截割破碎、裝載運輸、轉載煤巖，并能自己行走，具有噴霧除塵等功能，以機械方式破落煤巖的掘進設備，有的還具有支護功能?！弊寣W生真實地感受到“掘進機”的這些功能，而不是簡單地把概念念一遍或者背一遍。當我們在掘進機上多安裝一些傳感器以及視頻裝置時，就會實現一些自動化功能。同時，我們會提出一些問題，讓學生進行思考和互動，成為課堂的主角。掘進機的分類：部分斷面掘進機和全斷面掘進機。我們會放出這些裝備的視頻，并介紹其特點及其重要性，讓學生不用專門背誦，直接就留下深刻的印象，這樣才能培養學生的興趣。

（二）教學要突出重點、難點

“礦山機械裝備及其智能化”這門課程內容較多，但是我們的課時僅有32學時，而且還沒有實踐課。在有限的時間內讓學生學好這門課程，給老師們增加了一定的難度。我們需要利用32學時把本課程的主要內容講通、講透，首先需要根據內容的重要程度科學分配學時?！暗V山機械裝備及其智能化”這門課程的重點內容包括：掘進機械、采煤機械、液壓支架、刮板輸送機和帶式輸送機。其中，帶式輸送機這一節的內容，我們會安排在大三下半學期講，因此，在大三上半學期就不再花費時間詳細講授，僅僅用課上一小部分時間讓學生簡單了解。根據我們學生的專業類型及企業需求，其他機械設備我們重點講解其工作原理和現場適用條件，簡單講解裝備的組成部分及設備選型。最終目的是讓學生去了工作現場后，作為新一代的工作人員，能夠熟知現場各種類型的機械裝備。例如：這個裝備是干什么用的；這個裝備的簡單工作原理是什么；怎么能提高裝備的工作效率；明白這樣的工作環境下選擇這種類型設備的原因。作為新一代大學生，我們最大的任務就是推進智能礦山的建設。

（三）強調這門課程的重要性

我國經濟的快速發展以及能源開采逐漸轉入更深的地下，對礦山設備提出了更高的要求，尤其智能化礦井的建設已經迫在眉睫。國家對于礦產開發行業及礦山機械行業高度重視，先進裝備的研發與投產應用對提高企業工作效率和增強企業競爭力起到關鍵作用［57］。

“礦山機械裝備及其智能化”這門課程講授了礦山的各種機械裝備以及一些先進的科學技術應用。隨著我國經濟的快速發展，各行各業也在迅速發展，這就要求我們跟上時代的步伐，建設世界一流礦井，這就需要引進先進的礦山裝備和前沿的科技知識，而我們這門課程正好可以滿足時代的需求。這門課程是通向未來智慧化礦井的橋梁，學好這門課程，能有效地服務于礦山，能大幅度提高企業經濟效益，減少勞動力，最大程度地提高礦井智能化，并提高礦井安全性。

（四）改革教學模式

在教學的實踐過程中，要重視學生的綜合能力培養，包括自主學習的能力、遇到問題時分析問題和解決問題的能力，同時也要鼓勵學生勇于探索、追求創新。我們要避免單向注入式的教學，努力向互動式教學轉變，讓學生由被動接受知識向主動探索知識轉變。針對當前教學過程中存在的一些問題，我們對“礦山機械裝備及其智能化”這門課程進行了一系列的改革探索實踐，并取得了較為良好的效果。

1.加強引導學生進行課前預習

“礦山機械裝備及其智能化”這門課程抽象難懂，概念較多且容易混淆。如果學生沒有任何準備和基礎，很容易跟不上老師的節奏，甚至產生厭惡情緒。因此，課前預習就顯得非常重要。首先，老師會在上一節課布置預習作業，給學生講授下一節課的重點部分，同時還要求每個學生準備筆記本一個，把不懂的知識記錄下來，課堂上重點聽，或者可以提問并且和老師進行互動，這樣就可以提高學生的學習效率。

2.改進教學方法

“礦山機械裝備及其智能化”課堂上，我們采用BOPPPS模式進行課堂教學。可以先給學生看一張圖片或者一小段視頻，同時提出一個或者多個問題，可以調動同學們的積極性，培養其主動思考問題能力，讓學生比較生動地了解本堂課主要內容，同時可以考查同學們的預習效果。接下來可以回顧上節課的重點內容，同時對學生進行提問，考查學生對上一節課的學習效果。接著，引出本節課的重點內容，循序漸進，讓學生心中有數。在上課的時候，老師們盡量準備一些模型或者道具，在必要的時候可以給學生生動地展示，使學生更容易理解課堂內容。當講到重點內容，如果比較難懂，老師們要準備一個小視頻，這些小視頻要直觀易懂，增加課程的可讀性和趣味性。實踐證明，這些措施可以取得良好的教學效果。例如，我們講解液壓支架這一節，我們先讓學生看一張實體圖片并提問，這個圖片中展示的是什么設備，作用是什么，讓同學們看著圖片，主動回答問題。當講到液壓支架的組成時，我們可以讓學生看一段視頻，播放組裝和拆分液壓支架的視頻，老師在一邊講授，同時介紹液壓支架各部分的功能。在適當的時候，需要提問學生，要隨時和學生進行互動。這樣就可以達到很好的教學效果，給學生留下很深的印象。在課堂上多增加一些“思政”的內容，增加學生對這門課程的熱愛，調動學生的積極性，主動接受課堂內容。

3.實踐課教學改革

礦山機械設備種類繁多，學科交叉，覆蓋知識面廣，實用性強對學生的知識儲備體系要求較高。學生缺乏礦山現場實踐經驗，就不能較好地做到理論和實踐結合，教學效果不會很理想。因此，學校應該加強采礦工程專業的實驗室建設。將實驗室建設成為開放性實驗室，便于學生觀察設備模型，也可以經常實際操作，可以為后續專業課打下堅實的基礎。我們可以帶學生去附近的礦山進行實地實習，讓學生真正體驗礦山裝備的作用和重要性，同時邀請一些現場的總工進行講解，真正地把實踐和理論結合起來。如果有教學條件，可利用3D打印機將礦山裝備模型打印出來，利用信息化技術建立虛擬仿真的教學實驗平臺，這樣能夠達到良好的教學效果。

4.鼓勵學生參加專業競賽和撰寫專利

鼓勵學生多參加大學生采礦技能競賽，對于表現優異的學生給予一定的獎勵，可以很好地激發學生對專業知識的學習興趣。隨著科技的進步，礦山機械裝備也在不斷改進和完善，因此，我們國家現有的礦山設備對于智慧礦井的建設還有很大的差距，這就需要我們不斷發現問題，分析問題，最后解決問題。根據這個思路，鼓勵大學生們積極參加這些大學生創新項目或者撰寫專利，對于有一定成果的學生，加大獎勵制度，讓學生們感受到這門課程的重要性和國家對礦山裝備行業的重視，讓學生們在知識水平上提升一個檔次，為以后工作奠定良好的基礎。

結語

“礦山機械裝備及其智能化”課程具有較強的理論性和實踐性。教師需要把課本的內容生動化，把課堂的氛圍活躍化，把現場的知識轉移到課堂上，師生時時刻刻互動起來，并努力做到理論和實踐相結合，培養出積極主動且具有一定創新能力的學生。

我們需要在教學的過程中積極發現問題，適當改變教學方法，激發學生的學習興趣，使學生主動接受知識，培養學生的綜合能力?！暗V山機械裝備及其智能化”對于企業的未來發展是極其重要的一門課程，因此，我們要不斷挖掘、不斷探索新的科學的教學模式，充分挖掘課程內容，積極響應國家號召，培養國家和企業需要的人才。

參考文獻：

［1］吳國軍，劉彩紅.淺談機電一體化技術在煤礦機械中的應用［J］.科技風，2017（06）：270.

［2］曹連民.礦山機械［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2017.

［3］商德勇.“雙一流”建設背景下礦山機械課程教學改革與實踐［J］.中國現代教育裝備，2019（21）：5354+58.

［4］劉金娃，賈永軍，吳革新.《礦山機械》課程講授方法創新研究［J］.內燃機與配件，2019（14）：263265.

［5］王金華.我國煤礦開采機械裝備及自動化技術新進展［J］.煤炭科學技術，2013，41（01）：14.

［6］李新倬.煤礦機械設備電氣自動化技術的應用［J］.起重運輸機械，2016（02）：106108.

［7］張磊.機電一體化數控技術在煤礦機械中的應用研究［J］.機械研究與應用，2015，28（06）：168169.

基金：內蒙古自治區高等學校科學技術研究項目（NJ?ZY22363）；內蒙古工業大學科學研究項目（BS2021047）

作者簡介：薛瑞雄（1989—?），男，博士，講師，主要從事地下工程巖爆監測預警與穩定性分析研究。

*通訊作者：李杰（1990—?），男，博士，講師，主要從事結構工程方面的研究。