摘 要 礦山機械是煤炭高校機械和采礦專業(yè)的重要核心課程，關(guān)系到礦山機械人才的培養(yǎng)質(zhì)量，在相關(guān)課程體系中具有舉足輕重的作用。傳統(tǒng)的照本宣科式的課堂教學(xué)方式無法發(fā)揮學(xué)生主觀能動性，容易造成教學(xué)內(nèi)容與生產(chǎn)實際相脫節(jié)，已不能適應(yīng)本課程的教學(xué)。在礦山機械課程教學(xué)中引入CDIO工程教育理念，將專業(yè)知識轉(zhuǎn)為工程項目進行引導(dǎo)教學(xué)，使學(xué)生充分參與其中，積極發(fā)揮主觀能動性，去自主學(xué)習(xí)、解決問題；并選取“液壓支架的工作原理”和“帶式輸送機選型設(shè)計”作為實例進行項目教學(xué)實踐，為礦山機械以及其他同類專業(yè)課程教學(xué)改革實踐提供參考。

關(guān)鍵詞 礦山機械；CDIO；項目教學(xué)

中圖分類號：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）14-0086-03

Teaching Practice of Mining Machinery Course based on CDIO//

HU Kun

Abstract Mining machinery as an important core course of mecha-nical major and mining major in coal mining colleges related to the basic quality of the mining machinery professional talents， plays a decisive role in the curriculum system. The traditional teaching method Echo What the Books Say， can not exert students subjective initiative， and lead to the disconnection between the textbook contents

and the actual condition easily， which can not adapt to the teaching

of mining machinery course. In this paper， the CDIO was introduced

into the teaching of mining machinery course. And the professional knowledge was transferred to the engineering projects to guide lear-ning， so that students can be fully involved to play their subjective initiative to self-learning and problem-solving. In addition， the Wor-

king Principle of Hydraulic Support and Lectotype Design of Belt Conveyor were selected as two examples of the CDIO project tea-ching practice to provide reference for the teaching reform practice of mining machinery and other similar professional courses.

Key words mining machinery； CDIO； project teaching

1 CDIO基本概念

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的重要理論成果。CDIO的基本概念分別表示構(gòu)思（Conceive，C）、設(shè)計（Design，D）、實現(xiàn)（Implement，I）和運作（Operate，O）。它是一種將課程模擬為項目的研發(fā)過程，以項目構(gòu)思到項目運行的生命周期為載體，讓學(xué)生全程參與、主動學(xué)習(xí)、注重實踐的工程教育模式。CDIO的培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)[1]。

CDIO工程教育模式中特別強調(diào)項目教學(xué)和實踐活動，它將學(xué)習(xí)與具體的項目掛鉤，使學(xué)習(xí)者投入于項目實施過程中；它設(shè)計真實性生產(chǎn)任務(wù)，強調(diào)把學(xué)習(xí)設(shè)置到復(fù)雜的、有意義的問題情境中，通過學(xué)習(xí)者的自主探究和合作來解決問題，從而學(xué)習(xí)隱含在問題背后的科學(xué)知識，形成解決問題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力[2]。

2 CDIO在礦山機械課程教學(xué)中的應(yīng)用

安徽理工大學(xué)原隸屬于原國家煤炭工業(yè)部，是一所以煤炭為傳統(tǒng)特色的中央與地方共建的高校。礦山機械是學(xué)校機械設(shè)計制造及其自動化和采礦工程相關(guān)專業(yè)的必修課程，主要講授我國煤礦通用的采掘機械、提升運輸設(shè)備和流體機械等礦山機械的工作原理、結(jié)構(gòu)、性能、用途和選型方法等。作為機械與采礦相關(guān)專業(yè)課程體系的核心課程，礦山機械課程對煤炭相關(guān)專業(yè)人才的培養(yǎng)有著重要意義，它不僅是本科四年相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)知識的交叉、融合與應(yīng)用，更是煤礦現(xiàn)場機械設(shè)備的知識預(yù)備[3]。礦山機械課程的教學(xué)好壞直接影響到煤炭專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

礦山機械課程以煤礦現(xiàn)場專業(yè)設(shè)備的工作原理及結(jié)構(gòu)為主要內(nèi)容，設(shè)備種類繁多，原理抽象，內(nèi)容復(fù)雜，學(xué)科交叉，覆蓋知識面廣。而傳統(tǒng)的照本宣科式的課堂教學(xué)方式，無法發(fā)揮學(xué)生主觀能動性，容易造成教學(xué)內(nèi)容與生產(chǎn)實際相脫節(jié)，已不能適應(yīng)本課程的教學(xué)[4]。

項目教學(xué)法是CDIO工程教育模式的先進教學(xué)理念的體現(xiàn)，它把課程內(nèi)容的教學(xué)任務(wù)轉(zhuǎn)化為具體項目的構(gòu)思、設(shè)計、實施和運行過程，讓學(xué)生充分參與其中，在實施項目的過程中學(xué)習(xí)、探索和應(yīng)用知識，掌握實際項目開發(fā)的工作流程、組織與管理，培養(yǎng)CDIO能力；而教師教學(xué)也不再是“獨角戲”，他們負(fù)責(zé)安排教學(xué)計劃，組織、指導(dǎo)并參與學(xué)生活動，評價和反饋學(xué)習(xí)效果。因此，教師的角色實際上成為項目教學(xué)過程的組織者、指導(dǎo)者、參與者和評價者[5]。endprint

將CDIO應(yīng)用于礦山機械課程的教學(xué)過程，將原本枯燥無味的機械專業(yè)知識轉(zhuǎn)化成一個個生動有趣的工程實例，有利于學(xué)生融入其中，發(fā)揮主觀能動性，自主地去學(xué)習(xí)知識、解決問題、培養(yǎng)能力。既有效地提高了礦山機械課程的教學(xué)質(zhì)量，又培養(yǎng)了學(xué)生的CDIO工程理念，為畢業(yè)后快速轉(zhuǎn)換角色、更好開展工作打下堅實的基礎(chǔ)。

3 教學(xué)案例

下面以礦山機械課程中兩部分經(jīng)典內(nèi)容“液壓支架的工作原理”和“帶式輸送機選型設(shè)計”為例，具體介紹CDIO

在礦山機械課程中的教學(xué)實踐。

教學(xué)案例一：液壓支架的工作原理 液壓支架能夠可靠而有效地支撐和控制工作面頂板，隔離采空區(qū)，防止矸石竄入工作面，保證作業(yè)空間人員和設(shè)備的安全；并能隨著工作面的推進，推動刮板輸送機、采煤機以及完成自移，是當(dāng)今最重要的煤炭綜采支護設(shè)備[6]。液壓支架的工作原理則是礦山機械專業(yè)方向的本科生必須重點掌握的基礎(chǔ)知識之一。

在CDIO工程教育理念下，將液壓支架工作原理的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為一個工程設(shè)計實例來開展教學(xué)，以設(shè)計開發(fā)人員的角度去進行思考學(xué)習(xí)，其具體教學(xué)過程可以概括如下：

1）構(gòu)思（C），首先應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生明確液壓支架在井下綜采工作面的支護作用，了解其支護和推移功能，進而構(gòu)建其整個動作過程；

2）設(shè)計（D），將液壓支架的工作過程進一步分解設(shè)計，可分為升架、降架、推移輸送機和移架等四個主要動作；

3）實現(xiàn)（I），液壓支架的動作主要依靠液壓控制系統(tǒng)控制不同的液壓缸來實現(xiàn)，重點掌握液壓支架的關(guān)鍵液壓元件和基本功能回路，能夠畫出液壓支架基本架型的液壓系統(tǒng)原理圖，如圖1所示。

4）運作（O），讓學(xué)生擴展性地學(xué)習(xí)液壓支架的控制方

式、操作規(guī)程等相關(guān)運行維護知識，并對學(xué)習(xí)過程進行總結(jié)，分析存在的問題與不足。

教學(xué)案例二：帶式輸送機選型設(shè)計 帶式輸送機是目前世界上最重要的散狀物料運輸設(shè)備，具有運量大、運距長，可連續(xù)輸送，易于集中控制等優(yōu)點，主要應(yīng)用于煤炭、冶金、建材、港口、化工及物流等行業(yè)。尤其是在煤炭工業(yè)中，帶式輸送機使用最為廣泛，可用于采區(qū)順槽、采區(qū)上下山、主要運輸平巷、主斜井以及地面選煤廠等原煤運輸環(huán)節(jié)，是煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)中重要的組成部分。帶式輸送機的選型設(shè)計也是礦山機械課程中需要學(xué)生重點學(xué)習(xí)的教學(xué)內(nèi)容之一，其從根本上決定了在運行過程中帶式輸送機是否能夠高效、經(jīng)濟、安全、可靠地完成運輸任務(wù)，具有舉足輕重的作用。通過對帶式輸送機的設(shè)計計算，還能進一步加深學(xué)生對帶式輸送機結(jié)構(gòu)、原理、性能及運行維護等知識的認(rèn)識與理

解；并且它還是礦山機械專業(yè)學(xué)生本科階段不可多得的工程設(shè)計實訓(xùn)環(huán)節(jié)。

教材設(shè)計實例如下[7]：

某礦用井下下運帶式輸送機，其鋪設(shè)傾角β=-9°，運

輸距離L=400 m，運輸生產(chǎn)率A=500 t/h，煤的最大塊度αmax=

300 m。試對該帶式輸送機進行選型設(shè)計。

考慮到帶式輸送機選型設(shè)計本身就是一個實實在在的工程設(shè)計問題，其設(shè)計流程和項目教學(xué)過程是完全統(tǒng)一的，因而可以很好地體現(xiàn)CDIO工程教育理念，其具體教學(xué)過程如下。

1）構(gòu)思（C）：利用所給定的設(shè)計參數(shù)和基本運輸條件，構(gòu)思帶式輸送機設(shè)計草案，注意煤礦井下的設(shè)備安裝環(huán)境，對井下空間狹小、空氣潮濕、煤塵瓦斯、防爆安全等隱含條件都應(yīng)予以充分考慮，并從經(jīng)濟性、安全性和技術(shù)性等多方面去評估、確定方案。

2）設(shè)計（D）：根據(jù)設(shè)計草案，進一步具體規(guī)劃帶式輸送機的運行路線，驅(qū)動裝置位置、數(shù)量和布置形式，拉緊裝置的位置及拉緊方式等。經(jīng)過綜合考慮，該帶式輸送機采用了適用井下下運環(huán)境的S形纏繞、雙滾筒頭部驅(qū)動和機尾部拉緊的布置方式，帶式輸送機系統(tǒng)布置簡圖如圖2所示。

3）實現(xiàn)（I）：根據(jù)摩擦傳動條件，按照逐點張力法計算張力，并利用輸送帶垂度條件進行校核，進而獲得相關(guān)設(shè)計參數(shù)并進行設(shè)備選型。

4）運作（O）：根據(jù)選型計算結(jié)果，繪制零部件圖及系統(tǒng)總圖，并編制相關(guān)技術(shù)文件。此外，還需撰寫總結(jié)報告，向教師及其他學(xué)生展示設(shè)計圖紙，說明設(shè)計流程與步驟，并討論設(shè)計過程中遇到的問題與不足。

經(jīng)過帶式輸送機選型設(shè)計的項目教學(xué)，完成井下下運帶式輸送機的選型設(shè)計，部分設(shè)計參數(shù)如表1所示。

4 結(jié)語

礦山機械課程中引入CDIO項目教學(xué)理念，將專業(yè)知識的傳授過程項目化，教師、學(xué)生的教學(xué)活動角色化，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，在模擬項目執(zhí)行的過程中高效地完成知識的學(xué)習(xí)與能力的培養(yǎng)。筆者經(jīng)過近幾年的課堂教學(xué)實踐，獲得良好的教學(xué)效果。但礦山機械CDIO教學(xué)改革是一項長期而艱巨的任務(wù)，在取得初步成效的同時，也存在一些不足，主要表現(xiàn)為：

1）作為一門專業(yè)課，礦山機械一般開設(shè)在本科四年級上學(xué)期，學(xué)生考研與就業(yè)問題突出，相關(guān)活動容易干擾正常的教學(xué)活動，影響課程知識的系統(tǒng)性與完整性；

2）學(xué)生缺乏項目或產(chǎn)品的開發(fā)經(jīng)驗，項目教學(xué)流程較為陌生，需要一段時間去熟悉與適應(yīng)；

3）傳統(tǒng)的課程考試或考查手段已不能適應(yīng)CDIO工程教學(xué)模式，課程相關(guān)的考核與評價體系亟待建立。

對于以上不足之處，將認(rèn)真思考，在今后的實踐中不斷探索和完善，為高質(zhì)量的礦山機械工程技術(shù)人才的培養(yǎng)打下堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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