采矿工程专业实践课程信息化教学模式探索

谢生荣，陈冬冬，吴仁伦，张守宝

（中国矿业大学（北京） 能源与矿业学院，北京 100083）

前言

随着我国综合国力和国际地位的提高，与其他国家之间的竞争也日趋激烈。国家之间的竞争，归根结底是人才的竞争，是教育体系的竞争。受新冠疫情的影响，全国各大高校均面临无法正常进行传统线下教学的问题，纷纷采取线上教学模式，这极大地推进了信息化教学模式的应用与发展[1]。采矿工程专业作为传统的工科专业，在培养科学技术人才的同时也承担着为行业输送人才的责任。采矿工程专业在学生培养过程中有多次专业实践课程，而传统的线下现场教学模式有很大的不足，更需要紧跟时代的步伐，充分利用网络课程和虚拟仿真技术的生动性、虚拟性、开放性和方便性等特征，使采矿工程专业实践课程信息化，加快信息技术与专业实践课程教学的融合，提升学生学习的积极主动性和专业实践课程的教学质量。

1 采矿工程专业实践课程教学存在的问题

实践课程是学生培养过程中尤为重要的一个环节，是检验和巩固学生专业知识的一种有效方法，同时也是培养学生专业技能和能力的一种重要手段。传统的实践课程教学模式是在专业课程讲授完成后，老师带队到各个矿山，由矿方专业人员带领学生参观学习。该教学模式能够使学生亲临现场，具有真实直观等优点，但是不可避免地也会存在一些问题。

1.1 课本—现场跨度大

传统的采矿工程专业知识与技能的获得主要来源于课堂上老师的讲授和课本，来源比较单一，且不够生动形象，内容上也是分模块进行讲授，缺乏系统的掌握[2]。学习过程中对如矿井开采、井田开拓等难理解的抽象专业知识不能很好地掌握，常常是只知其一，不知其二。同时课本更新慢，很多课本知识都已经过时，有的知识甚至还停留在十多年之前的采煤水平[3]，从课本到现场过渡较大，导致学生在进行实践课程时不能很好地联系已学习的知识，相当于重新学习了课本知识，不利于提高学生对专业知识的理解，不利于培养学生的创新和实践能力。

1.2 教学资源相对匮乏

产能过剩给煤炭行业造成了不小的冲击。2017 年国家政策提出各地要加快淘汰退出落后产能步伐，随着去产能政策的执行，煤炭行业得到一定好转，但是仍然面临着经营困难等问题。在煤矿行业不景气的形势下，部分合作矿山企业在接收学生方面有一定难度，导致实践教学出现一定困难。另一方面，由于井下环境复杂、保障学生安全所需的人力物力等方面资源相对匮乏等原因，导致实践教学过程中学生下井次数不足，不利于学生实践能力的培养，影响了学生学习的积极性。

1.3 授课方式受外界影响大

传统的实践课程教学模式要求学生亲身到现场进行学习，如遇突发事件，则会导致课程延期或者无法进行，授课方式受外界影响大。比如受此次新冠疫情的影响，全国学生需在家线上学习，这就导致需现场教学的专业实践课程无法进行。同时，由于煤矿企业需要维持正常生产以保障全国能源的供应，为了保障矿井的相对封闭性，减少外来风险，煤矿企业采取了比其他一些行业更为严格的管理方式，即使全国开始恢复正常生产、全国学生正常上课、人流开始流动旅行等，一些煤矿企业仍然采取禁止外来人员进入的管理方式，这就导致了无法接收学生进行专业实践课程教学问题的出现。

2 实践课程信息化的必要性

受新冠疫情影响，2020 年全国各高校不能如期开学，教育部发布了“停课不停学”的号召，为了保证教学任务的正常进行，各高校纷纷采取线上教学，取得了良好的效果，这充分显示了信息化教学的优越性，并大大推动了教育信息化的发展。采矿工程专业实践课程作为培养学生的重要组成部分，有必要实现信息化教学来提高教学质量。

2.1 提升教育资源的多元化

信息化教学可充分利用图像、影音、虚拟仿真等教学工具，改变传统的知识传授方式，形成多元化教学方式。特别是影音和虚拟仿真技术，能够将语言上抽象的专业知识生动形象地展示出来，然后再由老师进行讲解，可以加快学生掌握专业知识的速度，提高学生学习的积极性和获得感。同时可以通过影音和虚拟仿真技术在上课过程中向学生展示书本上没有的先进的专业知识，如智能采矿等，增加学生的学习兴趣和求知欲，从而提高学生的学习质量。

2.2 衔接课本与现场

将采矿工程专业知识信息化后的影音、虚拟仿真能够将现场的生产情况较为真实地给学生展现出来。如巷道布置情况、工作面生产过程等，使学生在课堂上就能对现场的情况有一些了解，达到初步与现场相结合的目的，从而使学生在上专业实践课程时，对现场有一个总体的初步认识，不会在实践过程中对现场的知识感到陌生，比如开始实习时，出现只知道专业名词，而不知道现场实物的情况。通过采矿工程专业知识信息化将学生所学知识与现场衔接起来，起到沟通和桥梁的作用，能够使学生快速进入实践教学状态，提升学生的体验感。

2.3 缓解实践教学资源匮乏

虚拟仿真技术，可以利用计算机的优势将采矿工程中的专业知识模拟出来，如巷道掘进过程、工作面采煤机割煤过程等。学生除了能够在虚拟仿真实验室观看这些过程外，还能够根据系统提示，让学生通过手柄“亲自”操作，体验设备等的使用过程，让现场不可能进行的实践教学变成现实。同时，虚拟仿真教学的各种操作是室内进行的、可重复的，不仅大大节约了教育教学资源，而且保障了学生的安全。目前，我国东北大学、中国矿业大学等高等院校在采矿工程专业虚拟仿真实验室建设方面作出了很好的示范[4-5]，在缓解实践教学资源匮乏方面起到了一定的作用。

2.4 授课方式灵活多变

实践课程信息化后，能够有效地改变和弥补传统授课方式不够灵活、受外界环境影响大的缺点。信息化教学模拟，既可以将学生集中到一起进行学习，也可以通过给学生提供教学资料，进行线上教学，使学生无论在家还是在校均能获得良好的学习体验，同时授课时间也可以更加自由，不用像线下现场实践教学那样需要有固定的时间，一旦错过实习时间，在短期内便没有机会再次参加。即使遇到类似新冠疫情这种全国性突发事件导致的不能正常线下教学的情况，仍能保障专业实践课程的顺利进行，为保证学生培养方案的全部完成提供了一定的助力，提高了学校的教学质量和学生的学习质量。

3 采矿工程专业实践课程信息化教学体系建设

实践课程信息化虽然有很多优点，但是并不意味着我们要摈弃传统的现场实践教学，它是对现场实践教学的一些补充。同时，要想充分发挥实践课程信息化的优点，就要有体系、正确地使用信息化教学，否则可能会起到相反的作用。因此，对高校及教师使用信息化教学提出如下几点建议：

3.1 传统教学方式与信息化教学方式相结合

传统教学方式虽然有不足之处，但是其优点是教师和学生能够现场沟通，教师起到引导和讲解作用，具有很强的直观性和体验性，虽然虚拟仿真等信息化技术也具有直观性，但是目前这点与现场教学是无法比拟的。可以在传统的教学方式中加入信息化教学，如讲到抽象的、晦涩难懂的专业知识时，教师可以先将知识讲解一遍，然后使用影音等技术将要讲解的知识展示出来，同时再次结合影音等进行讲解，展示、讲解、引导相结合，使学生达到醍醐灌顶的效果。在上课过程中切忌完全抛弃传统教学方式，全程使用影音、虚拟仿真等信息化教学方式，只展示，不讲解，如此即使能够提高学生的学习兴趣也只是暂时的，最终学生会因不能充分理解新知识而失去学习兴趣。

3.2 建立信息化教学平台

信息化教学平台的构建可以充分发挥线上线下教学相结合的优势。学校或学院将信息化后的课程上传到构建的信息化教学平台上，如若学生有课上听不懂的情况，可以在课后通过信息化教学平台找到相关课程进行复习。同时学生也可以根据自己的兴趣或学习进度在信息化教学平台上自主学习，充分发挥学生的学习热情和自主学习能力，也可以方便学生在进行专业实践课程时，在现场教学开启前后学习与实践课程相关的专业知识，将现场学到的与课上学到的进行对照，使学生达到理论与实践相结合的目的，使学生快速掌握专业知识技能。

3.3 充分开放虚拟仿真等资源

信息化的一大优点就是方便。要将建成的虚拟仿真实验室等教学资源充分对学生开放，充分发挥信息化教学的优点。比如学生可以以班或宿舍为单位随时提出申请进入虚拟仿真实验室进行学习，充分调动学生的学习积极性，而不是单纯地开设一节课程，集中学习之后便将实验室关闭，这就违背了虚拟仿真实验室的建设目的，不能完全发挥其效果。同时学校或学院可以构建线上虚拟仿真实验平台，学生可以通过学号和密码或其他方式随时登录进入学习，以达到充分利用教学资源和充分发挥信息化教学优点的目的。

3.4 建立考核反馈体系

为了使学生能够检验自己的学习情况，线上信息化教学平台和线上虚拟仿真实验平台可以建立考核反馈体系，即学生在线上所有环节学习或操作完成以后，可以打开考核反馈体系，系统会围绕学生学习和操作内容随机出题，学生可以在线上对习题进行作答，当学生提交习题答案后系统能够自动评判学生所答内容的对错，并给出详细的答案解析，以便学生能够自行检查所学成果，找到自己学习的不足之处，达到查漏补缺的目的，有助于学生的下一步学习和提高。

4 结语

随着科技的发展，信息化技术越来越普遍，在生活中的应用也越来越多。高校的教育教学承担着为国家培养科技人才和为相关行业输送专业技能人才的目的，要顺应时代的发展，将信息化技术应用到教育教学当中，改善和弥补传统教学方式的不足。采矿工程作为传统的工科专业，其专业实践课程的教学非常适合信息化教学方式，相关专业类高校应将传统教学模式与信息化教学模式相结合，建立完善的信息化教学体系，充分发挥两者的优点，以提高学生学习的积极性、自主性，充分调动学生的学习兴趣。