《礦井通風與安全》課程教學方法的探索與實踐

時國慶 秦波濤

摘要：《礦井通風與安全》是安全工程、采礦工程等專業的一門必修課程，具有內容涵蓋范圍廣、知識點多、既有一定的理論深度實踐性又強等特點，對于本科生而言，許多的知識點不易理解和掌握。筆者著眼于《礦井通風與安全》課程的特點，圍繞如何提高教學質量、培養符合社會需求技術人才的目標，從探討課程教學過程中面臨的一些主要問題出發，提出了利用虛擬現實技術、加強實踐教學、充分利用案例教學等主要教學手段、方法來改進教學活動，教改措施的實施在一定程度上提升了學生學習的積極性，改善了教學效果，證明是一種有益的嘗試。

關鍵詞：礦井通風與安全；教學實踐；虛擬現實；案例教學

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）37-0119-03

一、引言

《礦井通風與安全》是人們在與礦井自然災害作斗爭的過程中，不斷積累經驗、吸取教訓，總結規律，建立理論、完善技術措施而逐漸形成的一門學科，它是采礦工程和安全工程等專業必不可少的一門專業課程。同時，《礦井通風與安全》是一門很有特色的專業課，是中國礦業大學安全工程專業傳統優勢課程，也是煤礦工程技術人員的必修課。該課程集中了煤礦安全工程專業的絕大部分專業知識點，主要包含礦井通風和礦井安全專題兩部分內容，其中在礦井通風部分主要包括：礦內氣候、礦井空氣動力學基礎，礦井通風阻力，礦井通風動力，礦井通風系統設計等主要章節；安全專題部分主要包含礦井瓦斯、礦井火災和礦井粉塵等幾部分安全專題內容。該課程教學的主要目標是通過該課程的學習，使學生在礦井通風及礦山安全工程的相關領域的專業技術和知識得到很大的提高[1，2]。

二、課程的特點與教學活動中存在的問題

1.內容多，涵蓋面廣，課時有限。《礦井通風與安全》課程涉及的理論知識點和專項技術等較多，如涉及到流體力學，燃燒學，化學反應動力學、傳熱傳質、巖石力學等多個基礎知識理論體系，而教學的課時為56學時，其中包含課堂實驗6學時，相比其他的一些課程而言雖然課時已屬于較多的主干課程，但相比與自身知識點多、復雜的實際情況，課時還是略顯不足。

2.課程實踐性強，受學時和實驗條件限制，實踐教學環節相對薄弱。《礦井通風與安全》是一門實踐性特別強的課程。比如，第一章的礦內空氣中部分內容介紹了礦井大氣參數的測量方法，其中就涉及到許多的操作技巧，若不親自操作則難以體會其中的要點。另外關于通風阻力的測定，風機的構造與性能測試，自燃三帶的測試，瓦斯壓力的測定等一些知識點實踐性同樣非常的強，僅靠書本知識的講授，很難讓學生充分的了解一些內容的細節和難點；而另一方面，由于課時有限，加之難以在實驗室模擬現場的操作環境，因而實踐教學環節相對薄弱，制約教學效果的提升。

3.課程面向大四學生，教學活動受考研、找工作等影響嚴重。大四是學生人生中重要的轉折點，這個階段學生們都在忙于思索自己人生的走向，思想處于波動期。就業的壓力使他們轉戰南北，忙于應聘，有些同學想繼續深造，加入考研大軍，甚至在專業課程的課堂上忙著看英語、背政治，找工作、考研等看似合理的活動嚴重阻礙了大四的正常教學。筆者所任教的《礦井通風與安全》課程就一度安排在采礦工程大四年紀的上半學年，面對學生受制于找工作，考研等影響課程教學效果不理想的情況，教研組的課程任課教師無不感受到較大的壓力。

三、提升教學效果的措施

1.教學內容上力求知識精簡，重點突出。“礦井通風”與安全課程中的礦井通風部分內容主要涉及流體力學、燃燒學、傳熱傳質等多個基礎學科，具有較多的知識點，并且比較繁雜。在教學過程中必須注意做到重點突出，不能均衡用力。針對這部分內容，作者主要以《礦井通風系統》課程設計為主線來開展教學活動，課程設計實際上就是對《礦井通風與安全》課程中各章節內容的一個融會貫通，在此筆者主要圍繞設計的目的、設計的流程、步驟，設計的依據等主要環節將該礦井通風各部分的主要知識點串聯起來，這樣一方面可以增強教學內容的邏輯性，另一方面也可以突出重要的知識點，以此做到教學重點突出，學習者心中有數。而在安全專題部分緊抓火災和瓦斯兩個與通風密切相關安全專題教學，注重煤層自燃過程及機理，煤層自燃關鍵防治技術、瓦斯流動理論，瓦斯突出和爆炸機理與防治技術的教學。

2.教學方法上加強案例教學。案例教學過程，實質上是一種師生共同適應、共同發展的交流過程。一方面，案例教學有助于提高學生的應用能力和辨別能力，特別是通過教師的正確引導，可以有針對性地提高學生發現問題、分析問題、解決問題的能力；另一方面，通過回答其他學生的提問和質疑，對于不一致的觀點，可以進行激烈的辯論，這一過程不僅可以鍛煉學生的思維、應變和表達能力，還可以提高他們的溝通能力和協調能力[3，4]。筆者在《礦井通風與安全》的教學活動中，廣泛搜集各級安監部門制作的煤礦典型安全事故調查視頻或調查報告，并通過多媒體教學設備向學生展示，之后再引導同學針對事故發生的原因、事故發生特點和事故預防技術進行深入的探討。這種教學方法形象化，便于學生的理解，同時又有利于激發學生的學習主動性，提高學生的學生興趣，幫助同學們理解課本上的知識，也有助于培養學生的對安全事故分析的能力。筆者發現，每當進行案例教學時學生的出勤率明顯提高，無早退現象，并且課堂氣氛活躍，杜絕了課堂上的瞌睡不專心等現象。教學實踐證明，案例教學對于《礦井通風與安全》這樣一門實踐性較強課程來說是一種有效的教學方法。

3.充分利用實踐教學環節，結合認識實習、生產實習開展《礦井通風與安全》的課程教學活動。在工科學生的本科階段一般至少會安排認識、生產和畢業實習等實踐教學環節，《礦井通風與安全》的教學活動我們也可以充分的利用這些實踐環節。比如，安全和采礦專業的實習基地一般是建在煤炭企業，3—4周的認識實習和生產實習，帶隊老師和實習學生都是在煤礦度過，這樣我們可以充分利用好為數不多的實踐教學活動開展《礦井通風與安全》的教學工作。比如，在2013年夏天認識實習活動，整個認識實習期間安排有許多活動和我們的《礦井通風與安全》課程中的教學內容密切相關。在參觀礦井主要通風機房時，適時的開展了礦井主要通風機的類型、特點和性能測定等方面的教學工作；在帶隊參觀井下掘進工作面時，筆者結合掘進面的布局，向同學們介紹了局部通風的通風方式、通風方法，局部風機和風筒的安放位置、局部通風的安全管理等一些知識點；在生產實習時，指導老師和煤礦生產技術人員一起向學生介紹了礦井大氣參數的測定方法，尤其是測定井下風速，同學們親自動手測量，很快就理解了測風的原理和方法。結合實習實踐活動而開展的課程教學可以使學生們身臨其境，實戰化操作，他們的感受會更加具體，對知識點的理解和記憶更為深刻，這對學生學習《礦井通風與安全》這門專業課程幫助極大。

4.發揮虛擬現實技術優勢，彌補實踐教學條件薄弱的缺點。在充分利用多媒體教學課件提升教學質量的同時，還注重對虛擬現實技術的應用使同學們對知識點的理解更加的形象具體，以彌補實踐教學環節的不足。虛擬現實技術的出現實際是計算機圖形學、人機接口技術、傳感器技術以及人工智能技術等交叉與綜合的結果[5]。在《礦井通風與安全》課程的教學中，我們利用虛擬現實技術向學生展示一些實踐性強而又因為條件的限制難以開展實踐活動的內容，它的應用主要有以下幾種形式：一是利用計算機可視化技術靜態的展現煤礦安全相關的一些裝備、安全技術工藝等，為學生提供生動、逼真的感性學習材料，幫助學生解決學習中的知識難點。比如，在學習一些安全技術裝備（如局部風機、滅火設備、瓦斯抽放設備等）和操作流程時，利用虛擬現實技術，把學生帶到虛擬的煤礦井下的工作環境中去，再利用交互式的菜單完成井下安全裝備應用工藝和安全環境變化的演示，增加學生對抽象的傳統教學方法難以展示的一些內容的理解能力。在近年的《礦井通風與安全》課程教學活動中，我們教研室利用動畫制作軟件3dmax制作了防滅火泡沫滅火設備和系統（如圖1所示），瓦斯抽采系統的三維演示模型，向同學們形象的展示了這些裝備技術的特點與使用方法，學生對這些通過虛擬現實技術展示出來的內容印象深刻，便于理解記憶，教學的效果達到了事半功倍。另一方面，我們通過環境建模，人員建模還可以形成煤礦生產的虛擬場景，再通過在場景中引入動態攝像機，通過攝像機視角來實現對生產環境的漫游，這樣可以有助于學生對煤礦生產環境的了解。此外，還可以利用虛擬現實技術向同學們再現一些煤礦安全事故發生的經過，便于學生對安全事故發生的原因，事故的特點等進行深入分析。

5.依托網絡通訊平臺，創新教學互動模式，做到實時教學。在課程開課伊始，任課教師主動將手機號、微信號碼，電子郵箱等溝通途徑告訴班級同學，這些溝通方式能夠克服時間和空間的限制，為教師和學生進行交流提供了有效的平臺。另外，為了便于向同學們發放一些和課程相關的電子資料（如課程設計所需的各種風機性能曲線、礦井概況、課外作業等）還建立了公共郵箱，任課教師可以將電子資料、課堂作業等發至公共郵箱，同學們登錄郵箱下載所需資料，提高了教學的效率。此外，還利用QQ即時通訊工具創建了課程學習交流群，同學加入該群后可以相互交流，也可以和任課教師共同探討學習中的問題，由于這些傳播消息的手段方便快捷，極大的增強了學生和老師之間的交流互動，有利于學生對課程的學習。

6.針對大四生重就業（考研）輕課堂的現象，做到針對性教學提升學生課堂學習主動性性。首先針對不同群體，豐富教學內容。根據大四學生的心理狀況，大致可以把大四學生歸為兩個類別：第一類為就業群體、第二類為考研、保研群體。其中第一個群體的比例較大，主要包括迫于就業壓力，把大部分時間和精力用于找工作和參加招聘會的學生；第二個群體是指準備考研的學生以及己被確定為保送研究生的學生。為了能夠做到激發兩個群體學生的學習積極性，針對就業群體，在課堂上要合理引導，樹其就業信心，同時在課程的講授過程中，筆者注重結合自己在煤炭企業現場從事科研和生產實踐活動的經驗講解一些現場安全生產工作方面得技術和管理經驗，用來吸引學生的注意力，引導他們加入到教學討論環節。針對考研和保研的同學，筆者在教學工程中注重結合自身的科研工作經歷，依據講授內容適時的向同學們介紹當前的相關問題的研究背景和研究的熱點，這種做法在提升學生學習興趣的同時，也能在一定程度上使考研或保研學生們盡快接觸研究生階段的工作，為以后的課程學習和科學研究生涯做好知識儲備。例如在講解礦井瓦斯防治章節的知識點時，重點介紹了目前世界范圍內瓦斯影響礦井安全的典型案例，分析了我國面臨的瓦斯治理的主要問題以及目前礦井瓦斯防治領域的主要研究熱點，如瓦斯抽放，瓦斯突出的預測與治理技術等都是瓦斯防治領域的研究熱點，針對這些問題的研究進展以及研究瓶頸等也都向學生們進行了介紹，準備讀研的學生對這樣的一些內容就表現出極強的興趣；此外，針對一些學生缺課的現象，在采取上述措施努力提高其學習興趣的同時，還建立了不定時的點名或簽到制度，做到從制度上對他們進行約束。

四、結語

針對《礦井通風與安全》課程的特點以及教學過程中面臨的實際問題，本文采用案例教學、充分利用實踐活動輔助教學、將虛擬現實技術引入課堂以及關注學生興趣點有針對性的進行課程延伸等教學等手段、方法來開展《礦井通風與安全》課程的教學工作，教學效果在一定程度上有所改進，學生的學習積極性和學習效率均得到了提高。

參考文獻：

[1]王德明.礦井通風與安全[M].徐州：中國礦業大學出版社，2010.

[2]張國樞.礦井通風與安全[M].徐州：中國礦業大學出版社，2007.

[3]尹子民，張彩虹.案例教學方法的探討與應用[J].遼寧工業大學學報，2008，（10）5：93-96.

[4]張蓉.案例教學在應用型人才培養中作用的發揮[J].教育與職業，2004，（11）：97-98.

[5]喬木.基于OPENGL的虛擬場景建模技術的研究與實踐[D].鄭州大學，2008.