《矿井通风》课程综合改革实践与研究

杜 锋

(河南理工大学 能源与科学工程学院,河南 焦作 454000)

矿井通风是保障矿井安全的最主要技术手段之一,在煤矿实际生产中具有重要的作用。对于采矿工程专业学生来说,大多数毕业生将来是要从事煤矿工程技术管理工作的,熟练掌握矿井通风基本知识是十分必要的。因此,《矿井通风》课程一直作为采矿工程专业的主干核心课程之一,地位十分重要。目前,随着国民经济形势的变化和科技水平的不断发展,《矿井通风》课程学习正面临着新的挑战,主要集中在两个方面:1)随着采矿技术装备制造水平的不断进步,煤矿规模正在向大型化、集约化、智能化方向发展,矿井通风的相关技术也在快速发生着变革,而课本知识的更新是具有周期性的,需要一个较长时间的积累沉淀才可以完成,客观上形成了课本知识滞后于现场实际的现象。2)煤矿企业经过2002-2012年 “十年黄金”期的繁荣发展后,现正处于一个低谷期,煤矿企业对采矿专业毕业生的需求大幅度降低,严重影响了采矿工程专业学生学习专业课积极性。在新形势下,传统的课程教学模式已无法适应发展要求,如何通过课程教学模式改革,更好地讲授矿井通风专业知识,提高学生学习专业课的积极性,培养学生自主学习、自我创新能力,这是我们采矿工程专业教育工作者需要积极思考的问题。

1 当前课程教学模式面临的主要问题

1.1 学生学习积极性不高

根据现行的采矿工程专业本科教学培养方案的要求,大部分专业课学习一般设置在第六学期,这个阶段属于学生对后续发展的规划期。很多学生通过不同途径对本专业未来的就业形势以及职业发展趋势有了一定程度的了解,对煤炭行业发展前景感到迷茫,产生消极学习专业知识的情绪,专业学习动力不足,导致了一部分学生选择跨专业考研,还有一部分同学已经做好了跨专业就业的准备,选择从事煤矿方向研究或者就业的学生所占比例很小。因此,在专业课的教学课堂上常出现许多学生听课注意力不集中现象,一些学生埋头复习数学、英语等与考研相关的课程,一些学生感觉专业课学习无聊,低头玩手机。这样的课堂学习氛围严重影响了任课教师的积极性,导致不良的课堂教学效果。

1.2 教学内容与现场实际发展脱节

随着信息传播技术的不断发展,学生可以通过网络、QQ、微信等不同的媒体形式,快速了解煤矿发展的最新科技动态,而现有的《矿井通风》教材一般选用的国家“十二五”规划教材,基本沿用了“九五”规划教材中大部分课程内容,对新的矿井通风技术及理论阐述几乎没有涉及,导致教师按照书本知识授课时,教学内容不能及时跟进最新科技发展[1-4]。例如我国西部的神东矿区大柳塔、补连塔等矿井已经采用了7.0 m大采高开采工艺,回采巷道长度也由原来的1 000 m～2 000 m,发展到现在的5 000 m,这些采矿工艺的变化必然带来矿井通风模式的变革,通风装备上也会有较大的改变,可是教材中的教学内容相对滞后于现场实际发展。

1.3 专业化的师资配备不够

随着高校引进人才政策的不断完善,近几年各高校都在大幅度引进博士及以上的高层次人才。这些人才通常对所从事的领域研究非常深入,对学科整体的科研水平提高起到了积极作用;同时也应该清醒地认识到,一些高层次人才对采矿专业本科阶段学习的基础知识掌握的程度并不好,甚至有些博士人才属于跨专业研究,对采矿专业的基础知识了解的更少,一定程度上对本科教学产生较为不利的影响。以我校为例,目前采矿工程专业的《矿井通风》课程由本专业教师承担,长期从事矿井通风研究的教师很少,绝大部分都是从事地下开采、巷道支护方面的理论教学和研究工作,在一定程度上影响了该门课程的正常教学工作。

1.4 师生在专业课学习期间互动性不够

目前《矿井通风》课程的课堂学习具有学生人数多、知识点多、课时量少等特点,通常以老师在讲台上授课为主,一次上课人数大多为100多人,课时数为40学时,教学中的重点和难点问题较多,任课教师为了跟上教学计划,往往没有太多的时间与学生互动,难以了解学生对专业知识的掌握程度,收不到较好的教学效果。

1.5 缺乏合理的过程考核机制

传统的教学模式中,普遍做法是通过期末考试“一张试卷、一考定论”的方式来检测学生的学习效果,而学生通常根据老师考前划的考点内容,采用“背考点”等临考突击复习方式来应对考试,课堂平时多采用课堂点名、课后布置作业题的形式来检查学生出勤率和知识掌握情况,点名的次数多了,既占用了课堂教学时间,又会让学生出现抵触情绪,造成师生关系紧张,而课后作业题抄袭现象则更为普遍,教学中的过程控制效果不明显。

1.6 课程设计与教学内容衔接性不强

根据采矿工程专业本科教学培养方案的要求,《矿井通风》课程设计安排的时间是在课堂教学结束后一周内完成,每个学生需要独立完成一份课程设计,并提交通风设计说明书。由于一个任课教师指导约100多名学生,难以给每个学生制定完全不同的设计题目,只能通过改变某一参数来设置不同的设计题目,例如改变巷道尺寸参数(长度、断面)等,学生在实际设计的时候,很多人互相抄袭即可完成任务,导致课程设计没有起到应有的效果。

2 《矿井通风》课程教学模式改革的基本指导思想

2.1 树立以“学生为主体”的教学理念

教学活动的一切出发点都是为了学生更好的学到专业知识,掌握专业技能,《矿井通风》课程教学模式综合改革的核心也是树立以“学生为主体”的教学理念,通过一系列的措施改变传统的教与学模式,改变教师与学生的角色定位,引导学生学会自主学习、自我管理、自我成长。

2.2 构建“一个中心,两个基本抓手”的教学模式

《矿井通风》课程改革是个系统工程,需要根据课程的基本构成要素进行统筹设计,构建以课程教学模式改革为中心,以过程考核和课程设计改革为两个基本抓手的教学模式,从不同方面共同促进教学效果,让学生掌握矿井通风基本知识,并能熟练应用所学知识进行相关的矿井通风设计,选出合理的通风机。

3 《矿井通风》课程综合改革与实践

以往的课程改革单纯地强调了课堂教学方式[5-7]的改变,孤立、分割了学生对知识的接受过程,忽视了课堂教学以外的其他方式对教学效果的影响。实际上,书本知识想要让学生理解、掌握并付诸于实践,是需要从课程体系建设的全局来综合考虑的,而不应该把教学过程的各个环节割裂开,所以《矿井通风》课程改革必然要从课堂教学改革、过程考核体系改革、课程设计改革三方面同时入手,加强相互之间的协调交叉关系,通过三者同步改革,提高课程改革的效果。

3.1 课堂教学改革主要措施

3.1.1加强师资队伍建设

针对采矿专业教师《矿井通风》师资配备不够的问题,应该进一步加强师资队伍建设。充分发挥老教师的传、帮、带作用,让青年教师给有丰富教学经验的教师助课,并有计划的组织青年教师观摩学校示范教师的教课方法和技巧,通过这一过程,不断提高教学水平。在正式上课之前,组织相关青年教师进行试讲,只有对整个课程知识点有了较好的把握,才能更好地给学生上课。另外,通过有序开展集体备课、集中研讨和说课比赛等活动,统一认识,进一步增强青年教师对《矿井通风》课程的理解。

3.1.2利用现代化信息传播平台,改进传统课堂教学模式

1)聊天社交工具的使用。随着社会不断进步,人们沟通的手段越来越多,人与人之间也习惯了利用社交媒体进行日常交流,例如QQ、微信等,为此,在上课之初,就建立了矿井通风学习QQ群和微信群,学生可以及时就某一知识点进行交流,也可以探讨日常生活学习中遇到的问题,拉进了师生之间的距离,增进了师生感情。

2)网络教学平台的应用。充分利用Sakai网络教学平台,开展相关辅助教学工作。Sakai网络教学平台起源于2004年,由美国印第安纳大学、密西根大学、斯坦福大学和麻省理工学院发起的一项开放源代码的课程与教学管理系统(CMS)开发计划。我校引进该教学平台后,通过不断改进,形成了一套适用于本校教师教学习惯的网络教学平台。通过该平台,可以实现规定时间内完成多种教学任务,例如进行网上点名、网上测验、网上提交作业、网上讨论等,也可以及时上传共享教学资源,极为方便地实现了教学中的过程考核定量化管理。

3)微课教学模式的应用。微课是教师围绕某个知识点制作的教学视频,具有教学时间短、资源容量小、主题突出、内容少而具体等特点,目前已经成了知识传播的一种新形式,被广泛应用[8-9]。通过对《矿井通风》课程中的主要知识点的梳理,对风流点压力、能量方程、井巷通风摩擦阻力、矿井等积孔等一系列重要知识点进行了微视频制作,传至Sakai网络教学平台,供学生重复观看听讲,逐步完善了课程教学模式建设。

3.2 过程考核形式多样化

科学合理的课程考核是激发学生学习积极性,提高教学效果的重要手段,为此通过制定合理的过程考核模式,改变传统的“一考定论”的模式,提高过程考核分值比重,使其占到期末总成绩的50%(考勤10%+平时测验10%+类翻转课堂讨论30%)。具体形式如下。

3.2.1考勤制度

适当的考勤制度可以控制出勤率,上课之初就与学生达成统一意见,本次课程总共随机点名5次,每次考勤分值占过程考核成绩的2%,培养学生按时上课的习惯。

3.2.2平时测验

通过Sakai教学平台,根据每个章节知识点的重点和难点问题,设置相应的测验题目,让学生在规定的时间内完成测验,根据测验成绩,评定相应的过程考核成绩。

3.2.3类翻转课堂讨论

翻转课堂又称为“反转课堂”,是学生晚上在宿舍观看教学视频、完成知识学习,白天在课堂完成作业与知识内化的一种教学形式,与传统的教学模式刚好相反。翻转课堂主要强调以学生为中心,鼓励学生自主学习,重视师生互动学习的过程[10-11]。翻转课堂模式自身具有两面性,其优势就是重视了学生课前自学的过程,但这也额外增加了学生的学习时间,给学生增加了沉重的学习负担,可能导致学生出现厌学情绪。类翻转课堂也强调学生学习的主动性,但更多的是让学生学会自主拓展学习知识,学会使用相关的学习工具,通过《矿井通风》中的一些典型知识点,引导学生学会查询文献,拓展学习相关知识。比如围绕“能量方程在矿井中的应用”、“矿井通风设备发展史”、“矿井通风设计”等知识点,设置专项讨论题目。由于所带班级学生较多,不可能每个同学都有机会展示自己,所以将学生4-5人分成一个研讨小组,分工协作,如查阅资料、制作PPT汇报材料、成果展示等,在最后的成果展示环节增加了提问答辩环节,将师生角色互换,让学生担任临时授课老师,大大提高了学生参与课堂学习的积极性,活跃了课堂气氛。

3.3 课程设计模式的改革

3.3.1设计时间提前

矿井通风课程设计时间通常在课程结束后一周时间完成,时间紧工作量大,需要对矿井开拓巷道进行设计,计算矿井所需风量,在此基础上绘制通风网络图,确定容易时期和困难时期通风的工作阻力,根据理论工况点进行风机选型等。为了让学生有充分时间完成好课程设计,在讲授本门课程之初,就将设计题目和相关设计材料布置下去,让学生带着问题去听课,有效地提高了课堂学习效率和课程设计的质量。

3.3.2构建设计题库

为了解决课程设计学生数量多而题材少的矛盾,提出了构建课程设计试题库的想法,将历届毕业设计成果进行汇总,编制成课程设计题库。由于矿井通风课程设计是在主要开拓巷道、准备巷道完成的基础上进行的,通过将毕业设计中的矿井开拓平面图与矿井采矿地质条件等资料交给学生,让学生先读懂矿图,在此基础上根据矿井通风设计相关要求进行设计,这样的方法明显提高了课程设计的效果。

3.3.3组建团队

以往课程设计都是一个人完成一个设计题目,时间短、任务重,导致学生之间没有太多时间进行相互讨论,一些学生不知道如何开展设计工作,只能最后要提交设计成果的时候抄袭别人,通过修改参数来完成设计,没有精力认真地分析设计中的主要理论问题。为此,提出了组建矿井通风设计团队的方案,课程设计人数由原来的一人一题,变为3-4人一组,学生之间自由组合,每个团队成员各自承担一部分的设计任务,共同完成一份课程设计。由于一份课程设计参与人数增加了,其课程设计的要求也比以往更加严格,学生需要把煤矿地质学、井巷工程、采煤学、矿井通风等知识全部结合起来,充分理解设计中的每一个细节问题,同时学会使用CAD软件,绘制通风容易时期和困难时期的通风网络图、风机特性曲线图等。通过组建设计团队,更好地培养了学生的团队合作精神,也大大提高了学生参与通风设计的积极性,根据各自分工,自主查询相关资料,增强了学习的自信心。

3.3.4完善课程设计考核办法

以往的矿井通风课程设计最终结果就是提交一份完整的通风设计说明书,教师根据设计说明书的结果来考核学生成绩,即使批改过程中发现了很多不合理的甚至错误的地方,也只能通过成绩差别来体现,很难将设计中出现的问题及时反馈给学生。为此,我们提出一套较为科学的课程设计考核办法,采用现场答辩的形式来考核课程设计成果,答辩形式采用PPT文档和图纸讲解相结合的方式,即设计小组将通风设计中的主要设计成果进行凝练,制作成PPT文档,结合相关图纸材料,对设计成果进行讲解、展示,同时将设计说明书纸质版本交由考核专家组进行评阅。考核专家组成员由采矿系讲授井巷工程、煤矿开采学、矿井通风的教师组成,通过团队成员讲解、评委提问等方式考察团队各成员对专业基本知识的掌握程度,每个团队成员需要回答各自承担的那部分问题,同时又都需要掌握通风设计中的每个知识点。通过实施该考核办法,学生们对以前所学知识进行了巩固,同时更好地应用于通风课程设计,也大大促进了学生理解和掌握通风课程中的重要知识点。

4 结论

1)《矿井通风》课程改革是一个系统工程,涉及到课堂教学改革、过程考核形式改革和课程设计改革三个有机组成部分,必须三者联动,相互促进,才能达到较为满意的改革效果。

2)通过课堂教学改革,提高了专业教师的教学业务素质,建立了师生之间良好的沟通机制,同时将微课教学模式引入课堂教学,进一步完善了课堂教学手段。

3)通过过程考核形式改革,引入出勤率、平时测验和类翻转课堂等考核要素,并合理分配相应的分值比重,改变了传统的“一张试卷、一考定论”的模式,加强了学习过程中的监督作用,有效地提高了学生掌握专业知识的效果。

4)通过课程设计模式改革,充分调动了学生学习专业知识的积极性,激发了将专业知识应用到实际设计中的学习热情,也进一步锻炼了学生独立分析和解决矿井通风问题的能力,提高了团队合作能力。

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