時(shí)國(guó)慶 秦波濤
摘要:《礦井通風(fēng)與安全》是安全工程、采礦工程等專業(yè)的一門必修課程,具有內(nèi)容涵蓋范圍廣、知識(shí)點(diǎn)多、既有一定的理論深度實(shí)踐性又強(qiáng)等特點(diǎn),對(duì)于本科生而言,許多的知識(shí)點(diǎn)不易理解和掌握。筆者著眼于《礦井通風(fēng)與安全》課程的特點(diǎn),圍繞如何提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)符合社會(huì)需求技術(shù)人才的目標(biāo),從探討課程教學(xué)過(guò)程中面臨的一些主要問(wèn)題出發(fā),提出了利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)、充分利用案例教學(xué)等主要教學(xué)手段、方法來(lái)改進(jìn)教學(xué)活動(dòng),教改措施的實(shí)施在一定程度上提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,改善了教學(xué)效果,證明是一種有益的嘗試。
關(guān)鍵詞:礦井通風(fēng)與安全;教學(xué)實(shí)踐;虛擬現(xiàn)實(shí);案例教學(xué)
中圖分類號(hào):G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2018)37-0119-03
一、引言
《礦井通風(fēng)與安全》是人們?cè)谂c礦井自然災(zāi)害作斗爭(zhēng)的過(guò)程中,不斷積累經(jīng)驗(yàn)、吸取教訓(xùn),總結(jié)規(guī)律,建立理論、完善技術(shù)措施而逐漸形成的一門學(xué)科,它是采礦工程和安全工程等專業(yè)必不可少的一門專業(yè)課程。同時(shí),《礦井通風(fēng)與安全》是一門很有特色的專業(yè)課,是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程專業(yè)傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)課程,也是煤礦工程技術(shù)人員的必修課。該課程集中了煤礦安全工程專業(yè)的絕大部分專業(yè)知識(shí)點(diǎn),主要包含礦井通風(fēng)和礦井安全專題兩部分內(nèi)容,其中在礦井通風(fēng)部分主要包括:礦內(nèi)氣候、礦井空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ),礦井通風(fēng)阻力,礦井通風(fēng)動(dòng)力,礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等主要章節(jié);安全專題部分主要包含礦井瓦斯、礦井火災(zāi)和礦井粉塵等幾部分安全專題內(nèi)容。該課程教學(xué)的主要目標(biāo)是通過(guò)該課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生在礦井通風(fēng)及礦山安全工程的相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)和知識(shí)得到很大的提高[1,2]。
二、課程的特點(diǎn)與教學(xué)活動(dòng)中存在的問(wèn)題
1.內(nèi)容多,涵蓋面廣,課時(shí)有限。《礦井通風(fēng)與安全》課程涉及的理論知識(shí)點(diǎn)和專項(xiàng)技術(shù)等較多,如涉及到流體力學(xué),燃燒學(xué),化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、傳熱傳質(zhì)、巖石力學(xué)等多個(gè)基礎(chǔ)知識(shí)理論體系,而教學(xué)的課時(shí)為56學(xué)時(shí),其中包含課堂實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí),相比其他的一些課程而言雖然課時(shí)已屬于較多的主干課程,但相比與自身知識(shí)點(diǎn)多、復(fù)雜的實(shí)際情況,課時(shí)還是略顯不足。
2.課程實(shí)踐性強(qiáng),受學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)條件限制,實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)相對(duì)薄弱?!兜V井通風(fēng)與安全》是一門實(shí)踐性特別強(qiáng)的課程。比如,第一章的礦內(nèi)空氣中部分內(nèi)容介紹了礦井大氣參數(shù)的測(cè)量方法,其中就涉及到許多的操作技巧,若不親自操作則難以體會(huì)其中的要點(diǎn)。另外關(guān)于通風(fēng)阻力的測(cè)定,風(fēng)機(jī)的構(gòu)造與性能測(cè)試,自燃三帶的測(cè)試,瓦斯壓力的測(cè)定等一些知識(shí)點(diǎn)實(shí)踐性同樣非常的強(qiáng),僅靠書本知識(shí)的講授,很難讓學(xué)生充分的了解一些內(nèi)容的細(xì)節(jié)和難點(diǎn);而另一方面,由于課時(shí)有限,加之難以在實(shí)驗(yàn)室模擬現(xiàn)場(chǎng)的操作環(huán)境,因而實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)相對(duì)薄弱,制約教學(xué)效果的提升。
3.課程面向大四學(xué)生,教學(xué)活動(dòng)受考研、找工作等影響嚴(yán)重。大四是學(xué)生人生中重要的轉(zhuǎn)折點(diǎn),這個(gè)階段學(xué)生們都在忙于思索自己人生的走向,思想處于波動(dòng)期。就業(yè)的壓力使他們轉(zhuǎn)戰(zhàn)南北,忙于應(yīng)聘,有些同學(xué)想繼續(xù)深造,加入考研大軍,甚至在專業(yè)課程的課堂上忙著看英語(yǔ)、背政治,找工作、考研等看似合理的活動(dòng)嚴(yán)重阻礙了大四的正常教學(xué)。筆者所任教的《礦井通風(fēng)與安全》課程就一度安排在采礦工程大四年紀(jì)的上半學(xué)年,面對(duì)學(xué)生受制于找工作,考研等影響課程教學(xué)效果不理想的情況,教研組的課程任課教師無(wú)不感受到較大的壓力。
三、提升教學(xué)效果的措施
1.教學(xué)內(nèi)容上力求知識(shí)精簡(jiǎn),重點(diǎn)突出?!暗V井通風(fēng)”與安全課程中的礦井通風(fēng)部分內(nèi)容主要涉及流體力學(xué)、燃燒學(xué)、傳熱傳質(zhì)等多個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科,具有較多的知識(shí)點(diǎn),并且比較繁雜。在教學(xué)過(guò)程中必須注意做到重點(diǎn)突出,不能均衡用力。針對(duì)這部分內(nèi)容,作者主要以《礦井通風(fēng)系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)為主線來(lái)開(kāi)展教學(xué)活動(dòng),課程設(shè)計(jì)實(shí)際上就是對(duì)《礦井通風(fēng)與安全》課程中各章節(jié)內(nèi)容的一個(gè)融會(huì)貫通,在此筆者主要圍繞設(shè)計(jì)的目的、設(shè)計(jì)的流程、步驟,設(shè)計(jì)的依據(jù)等主要環(huán)節(jié)將該礦井通風(fēng)各部分的主要知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái),這樣一方面可以增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的邏輯性,另一方面也可以突出重要的知識(shí)點(diǎn),以此做到教學(xué)重點(diǎn)突出,學(xué)習(xí)者心中有數(shù)。而在安全專題部分緊抓火災(zāi)和瓦斯兩個(gè)與通風(fēng)密切相關(guān)安全專題教學(xué),注重煤層自燃過(guò)程及機(jī)理,煤層自燃關(guān)鍵防治技術(shù)、瓦斯流動(dòng)理論,瓦斯突出和爆炸機(jī)理與防治技術(shù)的教學(xué)。
2.教學(xué)方法上加強(qiáng)案例教學(xué)。案例教學(xué)過(guò)程,實(shí)質(zhì)上是一種師生共同適應(yīng)、共同發(fā)展的交流過(guò)程。一方面,案例教學(xué)有助于提高學(xué)生的應(yīng)用能力和辨別能力,特別是通過(guò)教師的正確引導(dǎo),可以有針對(duì)性地提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力;另一方面,通過(guò)回答其他學(xué)生的提問(wèn)和質(zhì)疑,對(duì)于不一致的觀點(diǎn),可以進(jìn)行激烈的辯論,這一過(guò)程不僅可以鍛煉學(xué)生的思維、應(yīng)變和表達(dá)能力,還可以提高他們的溝通能力和協(xié)調(diào)能力[3,4]。筆者在《礦井通風(fēng)與安全》的教學(xué)活動(dòng)中,廣泛搜集各級(jí)安監(jiān)部門制作的煤礦典型安全事故調(diào)查視頻或調(diào)查報(bào)告,并通過(guò)多媒體教學(xué)設(shè)備向?qū)W生展示,之后再引導(dǎo)同學(xué)針對(duì)事故發(fā)生的原因、事故發(fā)生特點(diǎn)和事故預(yù)防技術(shù)進(jìn)行深入的探討。這種教學(xué)方法形象化,便于學(xué)生的理解,同時(shí)又有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性,提高學(xué)生的學(xué)生興趣,幫助同學(xué)們理解課本上的知識(shí),也有助于培養(yǎng)學(xué)生的對(duì)安全事故分析的能力。筆者發(fā)現(xiàn),每當(dāng)進(jìn)行案例教學(xué)時(shí)學(xué)生的出勤率明顯提高,無(wú)早退現(xiàn)象,并且課堂氣氛活躍,杜絕了課堂上的瞌睡不專心等現(xiàn)象。教學(xué)實(shí)踐證明,案例教學(xué)對(duì)于《礦井通風(fēng)與安全》這樣一門實(shí)踐性較強(qiáng)課程來(lái)說(shuō)是一種有效的教學(xué)方法。
3.充分利用實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),結(jié)合認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)開(kāi)展《礦井通風(fēng)與安全》的課程教學(xué)活動(dòng)。在工科學(xué)生的本科階段一般至少會(huì)安排認(rèn)識(shí)、生產(chǎn)和畢業(yè)實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),《礦井通風(fēng)與安全》的教學(xué)活動(dòng)我們也可以充分的利用這些實(shí)踐環(huán)節(jié)。比如,安全和采礦專業(yè)的實(shí)習(xí)基地一般是建在煤炭企業(yè),3—4周的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí),帶隊(duì)老師和實(shí)習(xí)學(xué)生都是在煤礦度過(guò),這樣我們可以充分利用好為數(shù)不多的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)開(kāi)展《礦井通風(fēng)與安全》的教學(xué)工作。比如,在2013年夏天認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)活動(dòng),整個(gè)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)期間安排有許多活動(dòng)和我們的《礦井通風(fēng)與安全》課程中的教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)。在參觀礦井主要通風(fēng)機(jī)房時(shí),適時(shí)的開(kāi)展了礦井主要通風(fēng)機(jī)的類型、特點(diǎn)和性能測(cè)定等方面的教學(xué)工作;在帶隊(duì)參觀井下掘進(jìn)工作面時(shí),筆者結(jié)合掘進(jìn)面的布局,向同學(xué)們介紹了局部通風(fēng)的通風(fēng)方式、通風(fēng)方法,局部風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒的安放位置、局部通風(fēng)的安全管理等一些知識(shí)點(diǎn);在生產(chǎn)實(shí)習(xí)時(shí),指導(dǎo)老師和煤礦生產(chǎn)技術(shù)人員一起向?qū)W生介紹了礦井大氣參數(shù)的測(cè)定方法,尤其是測(cè)定井下風(fēng)速,同學(xué)們親自動(dòng)手測(cè)量,很快就理解了測(cè)風(fēng)的原理和方法。結(jié)合實(shí)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)而開(kāi)展的課程教學(xué)可以使學(xué)生們身臨其境,實(shí)戰(zhàn)化操作,他們的感受會(huì)更加具體,對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和記憶更為深刻,這對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)《礦井通風(fēng)與安全》這門專業(yè)課程幫助極大。
4.發(fā)揮虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)優(yōu)勢(shì),彌補(bǔ)實(shí)踐教學(xué)條件薄弱的缺點(diǎn)。在充分利用多媒體教學(xué)課件提升教學(xué)質(zhì)量的同時(shí),還注重對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用使同學(xué)們對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解更加的形象具體,以彌補(bǔ)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的不足。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)實(shí)際是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、傳感器技術(shù)以及人工智能技術(shù)等交叉與綜合的結(jié)果[5]。在《礦井通風(fēng)與安全》課程的教學(xué)中,我們利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)向?qū)W生展示一些實(shí)踐性強(qiáng)而又因?yàn)闂l件的限制難以開(kāi)展實(shí)踐活動(dòng)的內(nèi)容,它的應(yīng)用主要有以下幾種形式:一是利用計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)靜態(tài)的展現(xiàn)煤礦安全相關(guān)的一些裝備、安全技術(shù)工藝等,為學(xué)生提供生動(dòng)、逼真的感性學(xué)習(xí)材料,幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)中的知識(shí)難點(diǎn)。比如,在學(xué)習(xí)一些安全技術(shù)裝備(如局部風(fēng)機(jī)、滅火設(shè)備、瓦斯抽放設(shè)備等)和操作流程時(shí),利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),把學(xué)生帶到虛擬的煤礦井下的工作環(huán)境中去,再利用交互式的菜單完成井下安全裝備應(yīng)用工藝和安全環(huán)境變化的演示,增加學(xué)生對(duì)抽象的傳統(tǒng)教學(xué)方法難以展示的一些內(nèi)容的理解能力。在近年的《礦井通風(fēng)與安全》課程教學(xué)活動(dòng)中,我們教研室利用動(dòng)畫制作軟件3dmax制作了防滅火泡沫滅火設(shè)備和系統(tǒng)(如圖1所示),瓦斯抽采系統(tǒng)的三維演示模型,向同學(xué)們形象的展示了這些裝備技術(shù)的特點(diǎn)與使用方法,學(xué)生對(duì)這些通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展示出來(lái)的內(nèi)容印象深刻,便于理解記憶,教學(xué)的效果達(dá)到了事半功倍。另一方面,我們通過(guò)環(huán)境建模,人員建模還可以形成煤礦生產(chǎn)的虛擬場(chǎng)景,再通過(guò)在場(chǎng)景中引入動(dòng)態(tài)攝像機(jī),通過(guò)攝像機(jī)視角來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的漫游,這樣可以有助于學(xué)生對(duì)煤礦生產(chǎn)環(huán)境的了解。此外,還可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)向同學(xué)們?cè)佻F(xiàn)一些煤礦安全事故發(fā)生的經(jīng)過(guò),便于學(xué)生對(duì)安全事故發(fā)生的原因,事故的特點(diǎn)等進(jìn)行深入分析。
5.依托網(wǎng)絡(luò)通訊平臺(tái),創(chuàng)新教學(xué)互動(dòng)模式,做到實(shí)時(shí)教學(xué)。在課程開(kāi)課伊始,任課教師主動(dòng)將手機(jī)號(hào)、微信號(hào)碼,電子郵箱等溝通途徑告訴班級(jí)同學(xué),這些溝通方式能夠克服時(shí)間和空間的限制,為教師和學(xué)生進(jìn)行交流提供了有效的平臺(tái)。另外,為了便于向同學(xué)們發(fā)放一些和課程相關(guān)的電子資料(如課程設(shè)計(jì)所需的各種風(fēng)機(jī)性能曲線、礦井概況、課外作業(yè)等)還建立了公共郵箱,任課教師可以將電子資料、課堂作業(yè)等發(fā)至公共郵箱,同學(xué)們登錄郵箱下載所需資料,提高了教學(xué)的效率。此外,還利用QQ即時(shí)通訊工具創(chuàng)建了課程學(xué)習(xí)交流群,同學(xué)加入該群后可以相互交流,也可以和任課教師共同探討學(xué)習(xí)中的問(wèn)題,由于這些傳播消息的手段方便快捷,極大的增強(qiáng)了學(xué)生和老師之間的交流互動(dòng),有利于學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)。
6.針對(duì)大四生重就業(yè)(考研)輕課堂的現(xiàn)象,做到針對(duì)性教學(xué)提升學(xué)生課堂學(xué)習(xí)主動(dòng)性性。首先針對(duì)不同群體,豐富教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)大四學(xué)生的心理狀況,大致可以把大四學(xué)生歸為兩個(gè)類別:第一類為就業(yè)群體、第二類為考研、保研群體。其中第一個(gè)群體的比例較大,主要包括迫于就業(yè)壓力,把大部分時(shí)間和精力用于找工作和參加招聘會(huì)的學(xué)生;第二個(gè)群體是指準(zhǔn)備考研的學(xué)生以及己被確定為保送研究生的學(xué)生。為了能夠做到激發(fā)兩個(gè)群體學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,針對(duì)就業(yè)群體,在課堂上要合理引導(dǎo),樹(shù)其就業(yè)信心,同時(shí)在課程的講授過(guò)程中,筆者注重結(jié)合自己在煤炭企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)從事科研和生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)講解一些現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)工作方面得技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn),用來(lái)吸引學(xué)生的注意力,引導(dǎo)他們加入到教學(xué)討論環(huán)節(jié)。針對(duì)考研和保研的同學(xué),筆者在教學(xué)工程中注重結(jié)合自身的科研工作經(jīng)歷,依據(jù)講授內(nèi)容適時(shí)的向同學(xué)們介紹當(dāng)前的相關(guān)問(wèn)題的研究背景和研究的熱點(diǎn),這種做法在提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí),也能在一定程度上使考研或保研學(xué)生們盡快接觸研究生階段的工作,為以后的課程學(xué)習(xí)和科學(xué)研究生涯做好知識(shí)儲(chǔ)備。例如在講解礦井瓦斯防治章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)時(shí),重點(diǎn)介紹了目前世界范圍內(nèi)瓦斯影響礦井安全的典型案例,分析了我國(guó)面臨的瓦斯治理的主要問(wèn)題以及目前礦井瓦斯防治領(lǐng)域的主要研究熱點(diǎn),如瓦斯抽放,瓦斯突出的預(yù)測(cè)與治理技術(shù)等都是瓦斯防治領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),針對(duì)這些問(wèn)題的研究進(jìn)展以及研究瓶頸等也都向?qū)W生們進(jìn)行了介紹,準(zhǔn)備讀研的學(xué)生對(duì)這樣的一些內(nèi)容就表現(xiàn)出極強(qiáng)的興趣;此外,針對(duì)一些學(xué)生缺課的現(xiàn)象,在采取上述措施努力提高其學(xué)習(xí)興趣的同時(shí),還建立了不定時(shí)的點(diǎn)名或簽到制度,做到從制度上對(duì)他們進(jìn)行約束。
四、結(jié)語(yǔ)
針對(duì)《礦井通風(fēng)與安全》課程的特點(diǎn)以及教學(xué)過(guò)程中面臨的實(shí)際問(wèn)題,本文采用案例教學(xué)、充分利用實(shí)踐活動(dòng)輔助教學(xué)、將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入課堂以及關(guān)注學(xué)生興趣點(diǎn)有針對(duì)性的進(jìn)行課程延伸等教學(xué)等手段、方法來(lái)開(kāi)展《礦井通風(fēng)與安全》課程的教學(xué)工作,教學(xué)效果在一定程度上有所改進(jìn),學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效率均得到了提高。
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