基于“線上線下+虛擬仿真”模式下的礦物加工工程專業(yè)生產(chǎn)實習創(chuàng)新與實踐研究

王傳真，劉海增

(安徽理工大學 材料科學與工程學院，安徽 淮南 232001)

礦物加工工程(以下簡稱“礦加”)是一門專門研究礦物分離的學科，其目的是將有用礦物和無用礦物高效精準分離進而最大程度地獲取目標礦物。以煤炭為例。從礦井開采出的原煤由于其含有大量伴生矸石，必須經(jīng)過重力分選、浮游分選等才能夠獲得適用于下游工業(yè)生產(chǎn)的低灰精煤[1]。因此，礦物加工通常被認為是礦產(chǎn)資源高效清潔利用的源頭技術而被廣泛應用。為此，在我國高等教育體系中，礦加專業(yè)致力于培養(yǎng)從事礦物分級分選、礦物資源綜合利用、礦物材料加工及其相關機電設備維護運行等，具有礦加領域的工藝設計、生產(chǎn)管理與科學研究的基本能力的高級專業(yè)人才[2-5]。我校礦物加工專業(yè)于1952年設立至今已有75年辦學歷史，是國家級“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”及安徽省“六卓越一拔尖”實施專業(yè)，是國家級“一流本科”專業(yè)、省級“一流品牌”專業(yè)、省級A類重點學科、省級特色專業(yè)、省級專業(yè)綜合改革試點專業(yè)，于2013、2016、2019年三次通過國家工程教育專業(yè)認證。礦物加工工程專業(yè)深入貫徹堅持“以本為本”，推進“四個回歸”，始終把本科教育放在首位[6-8]。

生產(chǎn)實習作為實踐教學的核心環(huán)節(jié)在礦物加工專業(yè)本科教學中舉足輕重。該課程是貫徹理論聯(lián)系實際的有效方法，是檢查理論課程教學質(zhì)量的重要手段，是對學生開展思政教育的重要途徑，對培養(yǎng)創(chuàng)新能力強、綜合素質(zhì)高和適應性強的復合型人才不可替代[9]。通過實習，能夠增加學生對本專業(yè)知識的理解，提升對專業(yè)知識學習的興趣。一直以來，國內(nèi)各高校礦加專業(yè)生產(chǎn)實習均為“課內(nèi)講授+廠內(nèi)實習”模式，即由實習指導老師課內(nèi)理論講授、企業(yè)技術人員廠內(nèi)實踐指導。學生通過深入工業(yè)生產(chǎn)一線，在熟悉選煤(礦)廠生產(chǎn)工藝流程、全廠設備聯(lián)系、工業(yè)總平布局和生產(chǎn)管理技術資料基礎上，深入了解破碎、磨礦、重選、浮選、原料存儲與產(chǎn)品運銷等生產(chǎn)全過程，掌握不同工藝環(huán)節(jié)生產(chǎn)制度、主要設備工作原理、核心電氣裝備操作方法和生產(chǎn)關鍵過程控制方法、工業(yè)智能化等，了解現(xiàn)場工藝先進性、合理性，分析存在的生產(chǎn)突發(fā)狀況及其解決方案，學會理論聯(lián)系實際，為后續(xù)專業(yè)課程學習打下堅實基礎[10-11]。

教育是國之大計、黨之大計。黨的十九大以來，以習近平總書記為核心的黨中央高度重視我國高等教育工作，明確提出要“優(yōu)先發(fā)展教育事業(yè)”，強調(diào)“建設教育強國是中華民族偉大復興的基礎工程，必須把教育事業(yè)放在優(yōu)先位置”，黨和國家事業(yè)發(fā)展對高等教育的需要，對科學知識和優(yōu)秀人才的需要，比以往任何時候都更為迫切。教育部于2019年提出一流課程“雙萬計劃”，建設包括具有高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度的線上、線下、線上線下混合式，虛擬仿真和社會實踐各類型課程[12-13]。在此背景下，我國高等學校教學工作立足于專業(yè)特色，許多專業(yè)課程教學團隊在充分融合計算機、互聯(lián)網(wǎng)等新興技術基礎上，打造了一批慕課、金課等國家級精品課程，并取得較好效果，大大提高了同學們的學習熱情。然而，已有的課程建設多圍繞理論教學方面展開，對實踐類課程設計較少，這主要由于實踐類課程常需要學生親身深入生產(chǎn)一線了解生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀、設備運行狀態(tài)以及廠房空間布局等，以培養(yǎng)學生的直觀感性認知。但是，新時代下，傳統(tǒng)的線下實習已無法滿足教學需要，主要體現(xiàn)在實習形式單一、實習安全隱患大、實習時空條件受限等方面，這勢必會降低生產(chǎn)實習教學質(zhì)量，無法達到預期的教學目標[14-15]。

因此，如何構建新時代條件下適用于礦物加工工程生產(chǎn)實習創(chuàng)新模式成為該專業(yè)本科教學當務之急，亟待解決。筆者最早于2020年依托我校礦物加工專業(yè)聯(lián)合淮北礦業(yè)渦北選煤廠以“云直播”的方式率先在礦物加工工程專業(yè)領域內(nèi)嘗試開展線上實習教學，并得到國內(nèi)同類院校認可[15]。本文在前期研究基礎上，詳細剖析當前礦物加工工程專業(yè)生產(chǎn)實習存在的問題，隨后綜合運用線上線下和虛擬仿真等先進教學手段，構建礦物加工工程專業(yè)生產(chǎn)實習新模式，并對其進行教學應用，形成生產(chǎn)實習新示范。

1 新時代下礦加專業(yè)生產(chǎn)實習問題剖析

生產(chǎn)實習作為礦物加工工程專業(yè)一門實踐性極強的課程，其最主要特點是學生在專業(yè)老師和現(xiàn)場導師(技術人員等)共同指導下深入選煤(礦)廠生產(chǎn)一線直接參與到工業(yè)生產(chǎn)。所以，以往的生產(chǎn)實習教學活動，主要通過圍繞專業(yè)教學基地(淮北礦業(yè)集團)以線下教學形式開展。因此，在當前時代背景下，礦物加工工程專業(yè)生產(chǎn)實習教學存在以下幾個問題：

(1)理論聯(lián)系實際效果不佳。生產(chǎn)實習作為實踐類教學課程，承擔著礦物加工工程專業(yè)理論聯(lián)系實際的重任。盡管同學們在生產(chǎn)實習前已經(jīng)進行了大量核心理論課程學習，并且學生對這些知識有了一定掌握，但由于尚未接觸工業(yè)實踐，對理論的理解和領悟還存在很大提升空間。在生產(chǎn)實習過程中，學生們雖然可以面對面接觸生產(chǎn)現(xiàn)場工藝流程、機器裝備、過程自動化、生產(chǎn)智能化、廠房布局等，但由于實習活動主要在企業(yè)一線開展，理論環(huán)節(jié)弱化，不利于做到實踐和理論融會貫通。因此，急需在實習中輔以工藝流程、設備布置、廠房布局和三維空間設計等理論知識，切實做到理論聯(lián)系實際，這不僅較好地鞏固了已有理論知識，更為后續(xù)諸如課程設計、畢業(yè)設計等專業(yè)學習奠定基礎。

(2)教學跟蹤實時性較差。礦物加工工程專業(yè)在以往的生產(chǎn)實習中由教師、工程技術人員通過線下面授方式對學生開展實踐教學活動。這種言傳身教提供了良好的學習氛圍，尤其是具有豐富工程實踐經(jīng)驗的技術人員結合現(xiàn)場實踐的生動教學能夠有效調(diào)動學生積極性。但是，鑒于生產(chǎn)企業(yè)實際工作勞動制度，礦物加工生產(chǎn)實習常采用分組分班模式，即在實習中分為3—4個學習小組、每個小組分別進入白班和夜班生產(chǎn)單位深入學習。這就在客觀上使得實習過程中難以統(tǒng)一時間對學生實習進行考核考察以及答疑等工作，教學過程跟蹤實時性不佳，這不利于教學效果提升，甚至降低教學質(zhì)量。

(3)實習體驗感不好。有別于其他理論課，礦加專業(yè)生產(chǎn)實習課程的顯著特色就是同學們參與到選煤(礦)生產(chǎn)一線。同學們通過這種親身經(jīng)歷，學習感受專業(yè)魅力，領略中國現(xiàn)代工業(yè)力量，樹立勞動光榮、艱苦奮斗的高尚品格和愛國主義情懷。傳統(tǒng)實習活動中主要依靠學生個人進入生產(chǎn)一線“眼觀、手摸”等來感受。由于真實的煤炭洗選加工無論是廠房布局、生產(chǎn)規(guī)模還是工藝復雜度等均較大，學生無法在有限的時間內(nèi)全面了解現(xiàn)場實際，不利于學生形成宏觀認知，實習體驗感不好，不利于提升學生對本專業(yè)的興趣。

2 “線上線下+虛擬仿真”框架下生產(chǎn)實習新模式構建

我國教育部指出，教育站位要高，把握高等教育發(fā)展新階段、錨定高等教育發(fā)展新目標、落實立德樹人新要求、把握高等教育培養(yǎng)新范式、聚焦高等教育教學新基建。安徽理工大學要求全校各專業(yè)教學利用好互聯(lián)網(wǎng)資源、使用好線上教學新利器，結合各自課程特色，做穩(wěn)做實做好本科生教學工作。因此，筆者從礦加專業(yè)生產(chǎn)實習實際需求出發(fā)，從師資隊伍、教學內(nèi)容設計、課程教學手段、課程思政等多角度深入探索，提出線上線下與虛擬仿真相結合的生產(chǎn)實習課程教學新模式。

(1)強化師資建設，打造教學團隊。教師是人才培養(yǎng)的決定力量。為適應后新時代下礦加專業(yè)生產(chǎn)實習教學需要，筆者充分總結前期“云實習”經(jīng)驗[14]，提出在現(xiàn)有專業(yè)課程教師隊伍基礎上，從礦物加工專業(yè)省部級以上工程實踐教學基地聘請專業(yè)領域知名專家作為校外指導老師，并據(jù)此提出“1+2+1”師資隊伍結構模式。即每個實習小組由1名高校教師、2名生產(chǎn)企業(yè)一線高級工程師和1名設計院資深設計師共同組成。這種師資隊伍搭配能夠從理論知識、生產(chǎn)和設計實踐全方位開展實習教學活動，有效彌補以往單一課程老師授課存在的不足，努力培養(yǎng)鍛造教學金師團隊，切實保障實習效果。

(2)優(yōu)化教學內(nèi)容，突顯課程特色。課程是人才培養(yǎng)的核心要素。安徽理工大學礦物加工生產(chǎn)實習主要圍繞選煤生產(chǎn)過程開展，其目的是通過對一個或多個選煤廠進行崗位實習，熟悉選煤廠的生產(chǎn)過程，掌握主要設備的工作過程及其作用，了解選煤智能化發(fā)展現(xiàn)狀，做到理論聯(lián)系實際從而鞏固學習過的理論知識，并為今后專業(yè)課的學習打下基礎。因此，圍繞該目的對教學內(nèi)容設計進行了深度優(yōu)化。筆者提出構建以煤流為主線，以工藝為核心，覆蓋智能裝備、電氣自動化、生產(chǎn)智能化、廠房布置和綠色工廠建設等面向煤炭洗選全過程的生產(chǎn)實習教學內(nèi)容。優(yōu)化后的教學內(nèi)容不僅優(yōu)化了原有實習教學內(nèi)容，更增補了綠色智能等新知識、新理論，促進理論和實踐相結合，更符合同學們的邏輯思維，更貼近工業(yè)生產(chǎn)實際，是實習效果的重要保證。

(3)改進教學手段，推進模式創(chuàng)新。教學手段是人才培養(yǎng)的關鍵舉措。為克服傳統(tǒng)生產(chǎn)實習單一線下教學模式存在的不足，從根本上提升生產(chǎn)實習教學效果，作者所在教學團隊在前期嘗試基礎之上，打破常規(guī)教學形式限制，積極整合現(xiàn)有教學資源和教學手段，提出“線上線下和虛擬仿真”有機結合的教學模式。具體而言，以雨課堂及騰訊會議等軟件平臺為抓手開展線上“云直播”核心教學環(huán)節(jié)，以教室教學為補充展開線下輔助教學活動，以特大型現(xiàn)代化選煤廠虛擬平臺為對象拓展煤炭洗選全過程仿真教學，從而實現(xiàn)把教學地點從教室轉(zhuǎn)移至工業(yè)一線、把固定教學時間拓展到7*24h靈活調(diào)配、把單一高校教師授課轉(zhuǎn)化為教師和工程師協(xié)同配合教學，有效提升教學效果。

與之前單一線下生產(chǎn)實習相比較，新的教學模式突破傳統(tǒng)教學時空限制，不僅能夠從多角度直觀展示煤炭洗選加工工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況，同時允許同學們?nèi)?4小時隨時隨地進入選煤廠針對任一生產(chǎn)系統(tǒng)、任意生產(chǎn)設備等進行回顧復習、交流研討。這種教學模式不僅可以有效調(diào)動學生學習的積極性、主動性，提高生產(chǎn)實習學習效率，同時還可以在教學過程中隨時跟蹤每位同學實習的效果，教學跟蹤實時性好。這一教學模式確保同學們能夠牢牢掌握整個生產(chǎn)工藝流程、關鍵洗選設備和過程控制等礦物加工生產(chǎn)實習課程核心知識點。

(4)強化思政引領，厚植愛國情懷。立德樹人是教育的初心和使命，培養(yǎng)什么人，是教育的首要問題。我國是中國共產(chǎn)黨領導的社會主義國家，這就決定了我們的教育必須把培養(yǎng)社會主義建設者和接班人作為根本任務。培養(yǎng)社會主義建設者和接班人的關鍵就是要在厚植愛國主義情懷上下功夫。愛國主義是我們民族的精神核心，是中華民族自強不息、團結奮斗的精神橋梁，激勵著中華兒女為祖國繁榮發(fā)展努力奮斗。

生產(chǎn)實習作為礦物加工工程專業(yè)最具特色專業(yè)實踐類課程，是同學們零距離感受我國現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展的偉大進程、第一視角觀察我國能源基石和工業(yè)糧食的生產(chǎn)過程、親身接觸偉大的社會主義建設者的勞動魅力。因此，生產(chǎn)實習課程可認為是對同學們開展思想政治教育、厚植愛國情懷的天然土壤和主戰(zhàn)場。為此，在緊密結合當下我國中華民族偉大復興戰(zhàn)略全局的前提下，積極融入課程思政元素。筆者提出：圍繞我國煤炭洗選加工現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)實際，以煤炭企業(yè)先進典型為切入點，宣傳一線工作者不怕辛苦、為國奉獻的勞動精神；以礦區(qū)總醫(yī)院最美逆行者為對象，宣揚我國在抗擊疫情期間不斷涌現(xiàn)的感人事跡和生動故事；以礦業(yè)集團黨員先鋒為示范，頌揚偉大的中國共產(chǎn)黨全心全意為人民服務、一心一意謀發(fā)展的時代內(nèi)涵。

3 新模式教學應用實踐

礦物加工工程2019級本科生生產(chǎn)實習于2022年6～7月份在校內(nèi)和教學實習基地淮北礦業(yè)集團共同開展。為切實提升教學效果，本次生產(chǎn)實習采用線上線上與虛擬仿真相結合的新模式開展。

首先，組建“高校+企業(yè)+設計院”三維一體教學團隊，強化教學隊伍。礦物加工工程專業(yè)2019級本科由2個班級57人組成，共分成6個小組，每個實習小組均共同負責生產(chǎn)實習教學。具體地說，各小組實習指導由1名高校教師負責理論講解，2名淮北礦業(yè)渦北選煤廠高級工程師擔任企業(yè)導師，負責生產(chǎn)一線教授，1名唐山國華科技選煤設計所高級工程師負責工藝設計實踐。

其次，細化教學計劃，突出專業(yè)特點。本次實習圍繞渦北選煤廠煤炭洗選加工開展。渦北選煤廠坐落在安徽亳州，占地520畝，固定資產(chǎn)16.07億元，是安徽省“861”重點項目，分兩期建設，其中一期年入洗原煤600萬噸，二期建成后將達1200萬噸，最大入洗能力1500萬噸，是亞洲最大的集中型煉焦煤選煤廠，其選煤廠工藝先進、智能化水平較高，是國家級實踐教育中心。由此，筆者及教學團隊在生產(chǎn)實習教學基礎上，制定了圖1所示的教學計劃，即以原煤準備→重浮壓聯(lián)合工藝→產(chǎn)品運銷為主線的實習計劃，涵蓋重介旋流器及浮選機等裝備、供配電及電氣自動化、全廠總平及主廠房土建等廠房布局、灰分閉環(huán)及煤泥水智能加藥等生產(chǎn)智能化、企業(yè)雙碳減排綠色循環(huán)發(fā)展，突出核心工藝、強調(diào)工業(yè)智能化、低碳化。

圖1 生產(chǎn)實習教學內(nèi)容設計示意圖

同時，充分利用線上線下與虛擬仿真教學手段，創(chuàng)新教學模式。

(1)本次生產(chǎn)實習采用騰訊會議作為線上教學平臺，圍繞淮北礦業(yè)渦北選煤廠洗選加工過程開展線上“云實習”教學環(huán)節(jié)，如圖2(a)所示。所有教學內(nèi)容具備回看討論功能，允許同學們在學習中隨時復習。

(a)生產(chǎn)實習騰訊會議云直播(線上教學環(huán)節(jié))

(2)以集中授課為線下教學模式，如圖2(b)。這里需要指出的是，集中授課既可在固定教室開展，也可通過騰訊會議展開，教師可以隨時隨地對小組進行教學理論指導、教學過程答疑和教學效果評估。

(3)以典型煤炭洗選工藝為對象，搭建選煤廠虛擬仿真VR平臺，如圖2(c)所示。該平臺集工藝、裝備、控制等選煤廠全生產(chǎn)管理控制全過程為一體，允許同學們在生產(chǎn)實習期間全天候借助上位機軟件通過PLC下位機直接操作，讓同學們隨時隨地進入選煤廠開展實習，有助于提高同學們實習效率，提升實習體驗感。

(4)除此之外，為提升同學們對選煤廠的宏觀認知，對渦北選煤廠進行航拍展示，這對于同學們理解煤炭洗選工業(yè)有很大的促進作用，建立煤炭洗選加工工業(yè)宏觀認知。

此外，巧妙思政設計，深挖愛國主義。富煤貧油少氣是我國國情，煤炭在中國能源的占比超60%，是我國能源安全的壓艙石，煤炭同時又是“雙碳戰(zhàn)略”的主戰(zhàn)場。煤炭洗選加工被譽為煤炭清潔高效利用的源頭技術，我國每年有近30億噸原煤需要洗選加工，因此發(fā)展煤炭洗選工業(yè)對我國至關重要。通過生產(chǎn)實習，同學們建立起專業(yè)自豪感和個人責任感；渦北選煤廠作為設計能力亞洲最大的煉焦煤選煤廠，其智能化水平處在行業(yè)領先水平，同學們通過實習，親身感受到祖國現(xiàn)代大工業(yè)發(fā)展的巨大震撼，并為之自豪；在實習中，邀請到基層車間的安徽省人大代表、煤炭行業(yè)技能大師、淮北礦業(yè)技能大師、優(yōu)秀共產(chǎn)黨員謝保岡，他用自己20多年的生產(chǎn)一線親身經(jīng)歷向同學們進行了“扎根選煤一線，奉獻青春力量”的主題教育(如圖3)，這種以“大國工匠”為榜樣的現(xiàn)場教育，大大激發(fā)出了同學們愛黨愛國的熱忱。

圖3 安徽省人大代表、煤炭協(xié)會技能大師、優(yōu)秀共產(chǎn)黨員謝保岡作思政報告

最后，通過該次近3周的實習教學活動，安徽理工大學礦物加工工程專業(yè)生產(chǎn)實習達到了預期效果，圓滿地完成了課程既定目標。

4 結論

十九大以來，黨中央高度重視我國高等教育工作，教育部提出一流課程“雙萬計劃”，在此背景下，我國高等教育事業(yè)快速發(fā)展。生產(chǎn)實習作為實踐教學的核心環(huán)節(jié)在礦物加工專業(yè)本科教學中非常重要，但常規(guī)的生產(chǎn)實習主要以線下形式開展，存在教學形式單一、理論聯(lián)系實際效果不佳、教學跟蹤實時性較差和實習體驗感不好等諸多問題，不利于教學質(zhì)量提升，無法適應新時代下高等教育需要。因此，作者從礦物加工工程專業(yè)實際出發(fā)，從師資隊伍、教學內(nèi)容設計、課程教學手段、課程思政等多角度深入探索，提出線上線下與虛擬仿真相結合的生產(chǎn)實習課程教學新模式。

以2019級礦物加工工程專業(yè)生產(chǎn)實習開展的應用實踐表明，新模式實施后，有效克服了傳統(tǒng)生產(chǎn)實習教學過程中存在的突出問題，大大提升了同學們的學習興趣，取得較好的預期效果，圓滿完成課程既定目標。