“雙一流”建設背景下礦山機械課程教學改革與實踐

商德勇

中國礦業大學(北京)機電與信息工程學院 北京 100083

2015年11月5日，國務院發布了《統籌推進世界一流大學和一流學科建設總體方案》，簡稱“雙一流”建設。方案確定了高等教育以服務經濟社會為導向的目標，提出了“雙一流”建設必須面向職場的專業教育理念。這就要求高校要培養知識面廣、應用能力強、就業競爭力強的專業人才[1]。中國礦業大學(北京)入選一流學科建設高校，其中礦業工程、安全科學與工程兩個學科作為學校傳統優勢特色學科，具有成果積淀厚實、學術優勢明顯等特點，入圍“雙一流”學科建設名單。如何進一步鞏固兩個主體學科在國內的領先地位，努力提升學校學科的綜合競爭力，使學校盡早實現建設特色鮮明、國際知名的高水平礦業大學的奮斗目標，是當前學科建設的主要任務。

學科建設規劃離不開專業建設和課程建設，其中課程的建設規劃和設計是高校人才培養模式的核心要素，是一所大學的核心競爭力。礦山機械課程是礦業類高校的特色專業課程之一，是機械工程、采礦工程、安全科學與工程等相關本科專業的必修課程，主要圍繞貫穿整個采煤工藝流程的機械設備，講授采掘機械、支護設備、提升運輸和流體機械等通用礦山機械的用途、工作原理、主要結構性能、技術參數等，使學生了解和掌握礦山機械的基本知識和基本理論，為學生從事礦山機電設備創新設計、制造、選型、維護改造、安全管理等方面的工作打下堅實的理論基礎。隨著新技術、新工藝、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，對礦山機電設備的安全高效管理要求越來越高。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。可見礦山機械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。探索如何提高礦山機械課程教學質量，適應現代化礦山建設的需求，為煤礦及相關企業培養合格的高素質專業人才，對本課程教學改革和創新具有重要的意義。

1 礦山機械課程教學現狀及存在問題

1.1 知識銜接不連貫

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，對于機械類專業，由于先前已學習過機械原理、機械設計、機械制圖、液壓傳動等基礎課程，已具有一定的理論基礎，學生在學習過程中能較好理解設備結構圖，但其缺乏采礦專業基礎知識，對采礦工藝流程和地下環境不了解，缺乏煤礦現場實踐經驗，不能較好地理解礦山機械在整個采礦流程中的作用，不能做到和實踐結合。而對于采礦專業和安全專業的學生，其機械專業基礎相對薄弱，對機械設備結構圖理解不深入，會遲滯教學過程。

1.2 學生對課程重視程度不夠

目前學生以就業為導向，思想上不重視，缺乏對課程的興趣。由于礦業類企業生產環境的特殊性，學生畢業后選擇到礦山企業就業的越來越少，因而認為課程內容以后可能用不到，降低了學習的主動性。同時課程開設在大四第一學期，學生忙于考研與就業，干擾了正常的教學活動。

1.3 教材內容陳舊 不適應現代礦山建設要求

建設綠色、智能和可持續發展的智慧礦山已經成為礦山行業發展的新方向，目前礦山機械行業逐漸向大型化、自動化、智能化發展。現有適合本科生教學的教材不多，且普遍存在內容更新慢、教學內容和生產實際嚴重脫節的問題，教材上很多舊設備目前已被淘汰，教材與現實聯系不夠緊密，已經跟不上礦山機械科技的發展，不能滿足本科教學目的的要求。

1.4 教學手段單一 不能滿足“雙一流”學科建設要求

根據我校制訂的最新教學大綱，在課程安排上，采礦專業48學時，機械專業32學時，材料專業24學時，課程實驗2學時，無課程認識實習。如何在有限學時內講授好課程，需要精心設計教學內容和教學方式。目前，課程的教學以教師結合教材講授PowerPoint為主，教學組織缺乏靈活性，同時課程實驗學時少，考試內容單一，難以達成理想的教學效果。

2 礦山機械課程教學改革與實踐

2.1 優化課程體系建設

本課程應緊隨煤炭行業、產業發展形勢的變化進行適時改革，才能培養出應用型高技能專業人才。課程內容和教學方式方法必須與時俱進，加強課程建設，優化課程體系。未來煤炭行業需要跨專業、跨學科的綜合性專業人才，整合其他課程，打破課程界限和專業壁壘，對整個課程體系進行全方位深度改革。

2.2 創新教學方法

2.2.1 案例教學法

教學模式可根據教師教學特點和學生狀態，采用案例式教學法、情境式教學法等，提高學生積極性，以達到預期教學目標要求[2]。在采礦與安全專業的教學過程中多采用案例教學法，引入真實而又典型的機電設備事故案例，著重從設備原理上分析事故產生的原因，通過教師引導和學生相互討論的方式，找到避免事故發生的措施和生產使用中的注意事項及解決辦法，使學生理論聯系實際，提高分析問題和解決問題的能力。課程講授過程中可選擇直觀教學法，充分利用多媒體教學把礦山機械設備的實物圖片、動畫演示及生產實況錄像帶入課堂，將復雜設備的原理用簡單的、感性的方法展現出來，豐富課程內容，配合教師講解，使復雜的機械變得生動直觀和形象化，充分激起學生的學習興趣和主動性，提高教學質量。

2.2.2 上好課程緒論課

教師應高度重視緒論課教學，激發學生的求知欲和學習興趣。學生在入學時已學過采煤概論，對整個采煤工藝過程有了初步了解，但由于間隔時間長，需要教師在緒論課回顧知識點。通過煤礦空間開采剖面模型，以采煤工作面三機一架為核心，介紹煤礦從井筒布置，井底車場、中央泵房、巷道掘進，工作面煤炭開采工藝、煤炭提升運輸至地面及洗選等生產流程，結合教材目錄，把機械設備分為采、掘、支、運等幾大類，讓學生全方位熟悉煤礦生產過程中需要的機械設備及其功能。同時筆者認為煤巖截割理論課程是礦山機械采掘煤和巖石的基礎理論，非常有必要講透，為后續鉆孔機械、掘進機和采煤機等機械的設計奠定基礎，因此通過教學實踐及改進，增加了課程對學生的吸引力，收到了良好效果。

2.2.3 引進虛擬現實教學系統

由于煤礦環境和教學經費等的限制，學生不能到現場實踐，學校與專業虛擬設計公司共同開發了井下采煤工作面模擬和采煤機虛擬實驗系統，學生可通過虛擬VR系統快速了解逼真的煤礦井下工作面三機配套模擬環境，直觀地掌握采煤機結構組成及截割部內部原理。學生身臨其境地在模擬環境下進行實際操作，使教學過程具有交互性和沉浸感，更有利于激發學習興趣，彌補了教學設備及現場教學缺乏的不足，進一步提高了教學質量。

2.2.4 加強適應新形勢的教材建設

緊跟行業發展現狀編制適用于本科教學的專業教材顯得尤為必要和迫切。高校、研究院與生產制造企業專家學者聯合編寫適應新形勢發展的教材，針對不同專業，教材側重點不同。例如，采礦專業教材盡量用機械原理圖或工作示意圖，學生便于理解；安全專業側重機電設備的安全管理和事故預防；機械專業側重設備設計方法和結構原理圖，強化機械專業知識，為學生奠定扎實專業知識。教材編寫應適當凝練章節內容，增加直觀原理圖數量[3]，使學生易于掌握。同時教材應強調適用性和實用性，不能和現場應用脫節。

2.2.5 課程成績測評

課程成績測評采用平時作業、實驗實習和期末考試成績三位一體的模式，針對不同專業，作業和試卷考查點有所差異，附加案例分析思考題，重點考查學生的實際綜合運用能力。如對機械專業學生，在平時作業時可安排對鉆孔機械轉釬機構進行設計創新，開拓學生思路。對采礦專業和安全專業學生，可布置結合實際應用現場的題目，如帶式輸送機皮帶發生斷裂事故的原因及預防措施，題目和答案比較靈活，改變原來對知識死記硬背的考核方式。

2.3 加強實踐教學

實踐教學環節在課程教學中非常重要。需要精心設計學生實踐教學環節，加強實驗室建設，提高學生實踐能力。目前本課程已形成與課程教學相匹配的實踐教學體系[4,5]，包括實驗室建設、課程設計與專業綜合設計、大學生科研選題訓練與創新實踐等教學活動。建設了“煤炭大型機械設備實驗教學平臺”實驗室，該實驗室擁有綜采工作面、掘進工作面、典型液壓支架、主副井提升等實驗教學系統，可使學生在實驗室近距離學習煤礦主要大型機械設備，并且可以在操作臺上進行實踐操作。礦山機械課程安排在大四第一學期，故將學生生產實習安排在大三和大四學期之間，由礦山機械課程教師帶隊講解，在開課之前使學生對礦山機械設備形成全面認識，再通過課程學習有效增強學生對課程知識的掌握。同時，合理安排實習計劃，督促學生帶著問題去現場，加強實習成果的總結和成績的考核，杜絕生產實習成為走馬觀花式的參觀瀏覽。實習地點安排在北京煤機廠、鄭州煤機廠、張家口煤機廠等大型煤機龍頭制造企業，以冀中能源梧桐莊礦的井下工作面模擬培訓中心和晉城鳳凰山煤礦等生產型企業為生產實習基地，組織學生觀摩北京煤機行業特色大型展會等，由授課教師和生產管理一線專家和技術人員向同學做集體講解，讓學生接觸最新技術，這同時也鍛煉培養了中青年教師的實踐經驗。通過實踐教學方法改革，大大提高了課程教學質量。

2.4 教學團隊建設

高水平的師資隊伍是“雙一流”學科建設的重要保障，是保證課程教學質量的根本。課程優先安排具有煤礦行業科研背景的教師，定期組織課程教師到煤礦生產企業、煤機制造企業和科研單位調研交流，了解新知識、新技術、新裝備，掌握國內外礦山機械發展的現狀和趨勢，同時注重經驗豐富的老教師對青年教師的“傳幫帶”作用，提高教師專業水平和教學能力。

3 結語

本課程緊隨行業、產業發展形勢的變化進行適時改革，以求培養出滿足煤礦行業需求的應用型高技能專業人才。課程內容和教學方式方法必須與時俱進，適應“雙一流”學科建設背景的教育教學要求。在今后的實踐中還應不斷探索和完善，為高質量的礦山機械工程技術人才的培養打下堅實的基礎。