“矿山机械装备及其智能化”课程教学改革探索与思考

薛瑞雄 李杰

摘 要：“礦山机械装备及其智能化”课程是采矿工程专业重要的核心课程，其内容是智能化矿井建设的重要基础，但是矿山机械设备类型繁多、结构复杂，并且课程内容抽象难懂。本文对当前教学过程中存在的问题进行了分析，并针对这些问题采取了一系列的教学改革措施。实践证明，这些措施可以激发学生的学习兴趣，并能够取得良好的教学效果。

关键词：矿山机械装备及其智能化；智能化矿井建设；教学改革

随着我国经济的快速发展、综合国力的不断提升，矿山装备重型化、智能化和无人化成为煤矿机械发展的方向，也是智能化矿井建设的需要［1］。“矿山机械装备及其智能化”是采矿工程专业的一门核心课程，课程的任务是使学生掌握采掘机械、支护设备、运输与提升设备、流体机械等矿山机械设备的用途、工作原理、结构性能和选型计算方法，为今后从事矿山工作打下良好的基础。矿山机械是一门实践性很强的专业课程，在学习本课程之前，学生应围绕本课程参加一定的生产实践［2］。

随着新技术和新材料在矿山设备中的推广应用，矿山开采已从机械化向自动化、智能化发展，对新时代的大学生提出了更高的要求。同时矿山机械是机械行业中一个类型繁多、设备结构复杂、需求量大、使用面广的机械行业，在经济建设和社会发展中占有十分重要的地位［3］。因此，我们学校要跟上时代的步伐，培养出符合时代要求的大学生。刘金娃等［4］对矿山机械课程讲授方法进行了详细的研究，改进了讲课方式，使学生在学习过程中主动接受课程内容，明显提高了教学效果。商德勇［3］提出了双一流建设下的矿山机械课程整体改革思路，教学效果显著提高。

“矿山机械装备及其智能化”课程在相关学科建设中举足轻重，其教学效果的好坏直接影响到专业技术人才的培养质量和企业未来的发展。探索如何提高“矿山机械装备及其智能化”课程教学质量，适应现代化矿山建设的需求，对本课程教学提出了更高的要求，对我们学校以及老师提出了新的挑战。因此，在有限的课时内，使学生掌握课程的核心内容，提高学生的综合能力，成为国家和企业需要的人才，是高校教师们亟待解决的问题。

一、当前存在的问题

（一）学生对专业课认识不足，缺乏学习兴趣

“矿山机械装备及其智能化”是采矿工程专业的一门核心课程，重点内容是机械、电气及智能化，和开采矿石看似联系比较少，其实是实现智能化矿井的重要课程之一。大一、大二学生所学课程多为通识课程，尤其对于采矿工程专业的学生来说，对机械的认知比较少，机械知识相对薄弱，再加上学生缺乏对本专业实质性的了解，因此，会给学生会造成一个错觉，机械类课程不重要。“矿山机械装备及其智能化”是被安排在大三上学期的一门核心课程，是一门实践性很强的专业课程，该课程概念繁多、内容抽象枯燥，并且需要一定的空间思维能力，大一、大二的学生几乎没有在现场实践的经历，课本上的图大多是抽象的二维黑白图，这些会导致学生出现畏难情绪，对学生的学习积极性会产生一定的影响。

（二）课程内容多，教学难度大

“矿山机械装备及其智能化”课程包括四部分内容：采掘机械、支护设备、矿井运输与提升设备和矿山流体机械。前三部分内容为本课程的重点内容，包含的概念繁多，如：钻孔机械、装载机械、掘进机、掘锚联合机组、滚筒采煤机、刨煤机、连续采煤机、单体液压支柱、液压支架、刮板输送机等机械设备。而且这些机械又包含了各种类型的设备，如钻孔机械又分为：气动凿岩机、液压凿岩机、电动凿岩机和内燃凿岩机等四类。气动凿岩机又按操作方式不同分为手持式、支腿式和导轨式，按频率分为低频凿岩机和高频凿岩机，按转钎机构分为内回转式凿岩机和外回转式凿岩机。其他的机械装备就不再详细介绍。可见这门课程的概念之多，概念之复杂，并且各部分之间基本没有层层递进的关系。随着课程的进行，知识内容增加，学生就会对概念逐渐产生疲倦感，对这门课程的兴趣也会降低。这门课程实践性很强，大部分矿山装备同学们都没有见过，并且我们学校又缺少教学模型，这就造成了教学的难度增加。

（三）教学方法单一

“矿山机械装备及其智能化”课程传统的教学方法主要为讲授式，即教师将课本上的内容通过讲解传授给学生，遇到难点和要点，老师放慢讲课速度，并通过举例、演示等一些手段较为直观地讲给学生听。“矿山机械装备及其智能化”是一门实践性很强的专业课程，学生被动地接受知识，不仅难以理解及融会贯通，而且会出现厌倦、抵触情绪。理论和实践脱节，这种“填鸭式”教学模式并不可取。例如，我们讲授“掘进机”这一节，如果我们只按照课本上的内容进行讲授，就会导致学生即使以后走到工作岗位上，见到不同类型的掘进机，也可能不了解其结构组成及工作原理，甚至不认识掘进机真实的模样。

二、课程改革与实践探索

针对当前教学中存在的一系列问题和对学生的调查结果，笔者与本专业教师一同制作了科学的教学设计，并且改进了教学方式，激发学生兴趣，培养出综合实力较强的大学生，满足社会的需求。

（一）引导学生加深专业了解，激发学生的学习兴趣

“矿山机械装备及其智能化”这门课程虽然是采矿工程专业的核心专业课，与其他核心专业课最大的区别是，本门课程的知识点偏重于机械，知识面覆盖较广。对于采矿工程的学生而言，机械专业基础比较薄弱，因此，这就需要学院的专业教师加强引导，针对大一、大二学生多开展一些矿山装备为主题的讲座，使学生对本课程和本专业有一个全面的了解。兴趣是最好的老师，如何使学生对难懂、枯燥的课程感兴趣，是我们高校教师亟须要解决的问题。学生对专业课的第一印象会对其学习兴趣产生决定性影响，因此，讲好前面几节课最为重要。针对学生基础知识薄弱、本课程的特点以及学校的教学条件，第一堂课，我们要给学生专门做一个系统性的讲座，讲座的内容主要是现场设备最新的工作视频、机械工作原理以及我国最新科研进展，要让学生感受到现场的氛围和看到真实的机械运动场景，而不是课本上的文字和二维黑白图片，同时也让学生感受到科技的力量，而不是传统意义上的采矿。如掘进机视频，我们把现场工作运行的掘进机视频放给同学们看，在看视频的同时，要及时给同学们介绍，还要结合老师自己做的一些模拟，可以把掘进机进行组装和拆分，这样同学们就更加容易对这个装备进行了解，更容易接受。当掘进机在现场工作的时候，我们就会介绍掘进机的概念及作用：“掘进机是一种能够完成截割破碎、装载运输、转载煤岩，并能自己行走，具有喷雾除尘等功能，以机械方式破落煤岩的掘进设备，有的还具有支护功能。”让学生真实地感受到“掘进机”的这些功能，而不是简单地把概念念一遍或者背一遍。当我们在掘进机上多安装一些传感器以及视频装置时，就会实现一些自动化功能。同时，我们会提出一些问题，让学生进行思考和互动，成为课堂的主角。掘进机的分类：部分断面掘进机和全断面掘进机。我们会放出这些装备的视频，并介绍其特点及其重要性，让学生不用专门背诵，直接就留下深刻的印象，这样才能培养学生的兴趣。

（二）教学要突出重點、难点

“矿山机械装备及其智能化”这门课程内容较多，但是我们的课时仅有32学时，而且还没有实践课。在有限的时间内让学生学好这门课程，给老师们增加了一定的难度。我们需要利用32学时把本课程的主要内容讲通、讲透，首先需要根据内容的重要程度科学分配学时。“矿山机械装备及其智能化”这门课程的重点内容包括：掘进机械、采煤机械、液压支架、刮板输送机和带式输送机。其中，带式输送机这一节的内容，我们会安排在大三下半学期讲，因此，在大三上半学期就不再花费时间详细讲授，仅仅用课上一小部分时间让学生简单了解。根据我们学生的专业类型及企业需求，其他机械设备我们重点讲解其工作原理和现场适用条件，简单讲解装备的组成部分及设备选型。最终目的是让学生去了工作现场后，作为新一代的工作人员，能够熟知现场各种类型的机械装备。例如：这个装备是干什么用的；这个装备的简单工作原理是什么；怎么能提高装备的工作效率；明白这样的工作环境下选择这种类型设备的原因。作为新一代大学生，我们最大的任务就是推进智能矿山的建设。

（三）强调这门课程的重要性

我国经济的快速发展以及能源开采逐渐转入更深的地下，对矿山设备提出了更高的要求，尤其智能化矿井的建设已经迫在眉睫。国家对于矿产开发行业及矿山机械行业高度重视，先进装备的研发与投产应用对提高企业工作效率和增强企业竞争力起到关键作用［57］。

“矿山机械装备及其智能化”这门课程讲授了矿山的各种机械装备以及一些先进的科学技术应用。随着我国经济的快速发展，各行各业也在迅速发展，这就要求我们跟上时代的步伐，建设世界一流矿井，这就需要引进先进的矿山装备和前沿的科技知识，而我们这门课程正好可以满足时代的需求。这门课程是通向未来智慧化矿井的桥梁，学好这门课程，能有效地服务于矿山，能大幅度提高企业经济效益，减少劳动力，最大程度地提高矿井智能化，并提高矿井安全性。

（四）改革教学模式

在教学的实践过程中，要重视学生的综合能力培养，包括自主学习的能力、遇到问题时分析问题和解决问题的能力，同时也要鼓励学生勇于探索、追求创新。我们要避免单向注入式的教学，努力向互动式教学转变，让学生由被动接受知识向主动探索知识转变。针对当前教学过程中存在的一些问题，我们对“矿山机械装备及其智能化”这门课程进行了一系列的改革探索实践，并取得了较为良好的效果。

1.加强引导学生进行课前预习

“矿山机械装备及其智能化”这门课程抽象难懂，概念较多且容易混淆。如果学生没有任何准备和基础，很容易跟不上老师的节奏，甚至产生厌恶情绪。因此，课前预习就显得非常重要。首先，老师会在上一节课布置预习作业，给学生讲授下一节课的重点部分，同时还要求每个学生准备笔记本一个，把不懂的知识记录下来，课堂上重点听，或者可以提问并且和老师进行互动，这样就可以提高学生的学习效率。

2.改进教学方法

“矿山机械装备及其智能化”课堂上，我们采用BOPPPS模式进行课堂教学。可以先给学生看一张图片或者一小段视频，同时提出一个或者多个问题，可以调动同学们的积极性，培养其主动思考问题能力，让学生比较生动地了解本堂课主要内容，同时可以考查同学们的预习效果。接下来可以回顾上节课的重点内容，同时对学生进行提问，考查学生对上一节课的学习效果。接着，引出本节课的重点内容，循序渐进，让学生心中有数。在上课的时候，老师们尽量准备一些模型或者道具，在必要的时候可以给学生生动地展示，使学生更容易理解课堂内容。当讲到重点内容，如果比较难懂，老师们要准备一个小视频，这些小视频要直观易懂，增加课程的可读性和趣味性。实践证明，这些措施可以取得良好的教学效果。例如，我们讲解液压支架这一节，我们先让学生看一张实体图片并提问，这个图片中展示的是什么设备，作用是什么，让同学们看着图片，主动回答问题。当讲到液压支架的组成时，我们可以让学生看一段视频，播放组装和拆分液压支架的视频，老师在一边讲授，同时介绍液压支架各部分的功能。在适当的时候，需要提问学生，要随时和学生进行互动。这样就可以达到很好的教学效果，给学生留下很深的印象。在课堂上多增加一些“思政”的内容，增加学生对这门课程的热爱，调动学生的积极性，主动接受课堂内容。

3.实践课教学改革

矿山机械设备种类繁多，学科交叉，覆盖知识面广，实用性强对学生的知识储备体系要求较高。学生缺乏矿山现场实践经验，就不能较好地做到理论和实践结合，教学效果不会很理想。因此，学校应该加强采矿工程专业的实验室建设。将实验室建设成为开放性实验室，便于学生观察设备模型，也可以经常实际操作，可以为后续专业课打下坚实的基础。我们可以带学生去附近的矿山进行实地实习，让学生真正体验矿山装备的作用和重要性，同时邀请一些现场的总工进行讲解，真正地把实践和理论结合起来。如果有教学条件，可利用3D打印机将矿山装备模型打印出来，利用信息化技术建立虚拟仿真的教学实验平台，这样能够达到良好的教学效果。

4.鼓励学生参加专业竞赛和撰写专利

鼓励学生多参加大学生采矿技能竞赛，对于表现优异的学生给予一定的奖励，可以很好地激发学生对专业知识的学习兴趣。随着科技的进步，矿山机械装备也在不断改进和完善，因此，我们国家现有的矿山设备对于智慧矿井的建设还有很大的差距，这就需要我们不断发现问题，分析问题，最后解决问题。根据这个思路，鼓励大学生们积极参加这些大学生创新项目或者撰写专利，对于有一定成果的学生，加大奖励制度，让学生们感受到这门课程的重要性和国家对矿山装备行业的重视，让学生们在知识水平上提升一个档次，为以后工作奠定良好的基础。

结语

“矿山机械装备及其智能化”课程具有较强的理论性和实践性。教师需要把课本的内容生动化，把课堂的氛围活跃化，把现场的知识转移到课堂上，师生时时刻刻互动起来，并努力做到理论和实践相结合，培养出积极主动且具有一定创新能力的学生。

我们需要在教学的过程中积极发现问题，适当改变教学方法，激发学生的学习兴趣，使学生主动接受知识，培养学生的综合能力。“矿山机械装备及其智能化”对于企业的未来发展是极其重要的一门课程，因此，我们要不断挖掘、不断探索新的科学的教学模式，充分挖掘课程内容，积极响应国家号召，培养国家和企业需要的人才。

参考文献：

［1］吴国军，刘彩红.浅谈机电一体化技术在煤矿机械中的应用［J］.科技风，2017（06）：270.

［2］曹连民.矿山机械［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2017.

［3］商德勇.“双一流”建设背景下矿山机械课程教学改革与实践［J］.中国现代教育装备，2019（21）：5354+58.

［4］刘金娃，贾永军，吴革新.《矿山机械》课程讲授方法创新研究［J］.内燃机与配件，2019（14）：263265.

［5］王金华.我国煤矿开采机械装备及自动化技术新进展［J］.煤炭科学技术，2013，41（01）：14.

［6］李新倬.煤矿机械设备电气自动化技术的应用［J］.起重运输机械，2016（02）：106108.

［7］张磊.机电一体化数控技术在煤矿机械中的应用研究［J］.机械研究与应用，2015，28（06）：168169.

基金：内蒙古自治区高等学校科学技术研究项目（NJ ZY22363）；内蒙古工业大学科学研究项目（BS2021047）

作者简介：薛瑞雄（1989— ），男，博士，讲师，主要从事地下工程岩爆监测预警与稳定性分析研究。

*通讯作者：李杰（1990— ），男，博士，讲师，主要从事结构工程方面的研究。