基于“线上线下+虚拟仿真”模式下的矿物加工工程专业生产实习创新与实践研究

王传真，刘海增

(安徽理工大学 材料科学与工程学院，安徽 淮南 232001)

矿物加工工程(以下简称“矿加”)是一门专门研究矿物分离的学科，其目的是将有用矿物和无用矿物高效精准分离进而最大程度地获取目标矿物。以煤炭为例。从矿井开采出的原煤由于其含有大量伴生矸石，必须经过重力分选、浮游分选等才能够获得适用于下游工业生产的低灰精煤[1]。因此，矿物加工通常被认为是矿产资源高效清洁利用的源头技术而被广泛应用。为此，在我国高等教育体系中，矿加专业致力于培养从事矿物分级分选、矿物资源综合利用、矿物材料加工及其相关机电设备维护运行等，具有矿加领域的工艺设计、生产管理与科学研究的基本能力的高级专业人才[2-5]。我校矿物加工专业于1952年设立至今已有75年办学历史，是国家级“卓越工程师教育培养计划”及安徽省“六卓越一拔尖”实施专业，是国家级“一流本科”专业、省级“一流品牌”专业、省级A类重点学科、省级特色专业、省级专业综合改革试点专业，于2013、2016、2019年三次通过国家工程教育专业认证。矿物加工工程专业深入贯彻坚持“以本为本”，推进“四个回归”，始终把本科教育放在首位[6-8]。

生产实习作为实践教学的核心环节在矿物加工专业本科教学中举足轻重。该课程是贯彻理论联系实际的有效方法，是检查理论课程教学质量的重要手段，是对学生开展思政教育的重要途径，对培养创新能力强、综合素质高和适应性强的复合型人才不可替代[9]。通过实习，能够增加学生对本专业知识的理解，提升对专业知识学习的兴趣。一直以来，国内各高校矿加专业生产实习均为“课内讲授+厂内实习”模式，即由实习指导老师课内理论讲授、企业技术人员厂内实践指导。学生通过深入工业生产一线，在熟悉选煤(矿)厂生产工艺流程、全厂设备联系、工业总平布局和生产管理技术资料基础上，深入了解破碎、磨矿、重选、浮选、原料存储与产品运销等生产全过程，掌握不同工艺环节生产制度、主要设备工作原理、核心电气装备操作方法和生产关键过程控制方法、工业智能化等，了解现场工艺先进性、合理性，分析存在的生产突发状况及其解决方案，学会理论联系实际，为后续专业课程学习打下坚实基础[10-11]。

教育是国之大计、党之大计。党的十九大以来，以习近平总书记为核心的党中央高度重视我国高等教育工作，明确提出要“优先发展教育事业”，强调“建设教育强国是中华民族伟大复兴的基础工程，必须把教育事业放在优先位置”，党和国家事业发展对高等教育的需要，对科学知识和优秀人才的需要，比以往任何时候都更为迫切。教育部于2019年提出一流课程“双万计划”，建设包括具有高阶性、创新性、挑战度的线上、线下、线上线下混合式，虚拟仿真和社会实践各类型课程[12-13]。在此背景下，我国高等学校教学工作立足于专业特色，许多专业课程教学团队在充分融合计算机、互联网等新兴技术基础上，打造了一批慕课、金课等国家级精品课程，并取得较好效果，大大提高了同学们的学习热情。然而，已有的课程建设多围绕理论教学方面展开，对实践类课程设计较少，这主要由于实践类课程常需要学生亲身深入生产一线了解生产工艺现状、设备运行状态以及厂房空间布局等，以培养学生的直观感性认知。但是，新时代下，传统的线下实习已无法满足教学需要，主要体现在实习形式单一、实习安全隐患大、实习时空条件受限等方面，这势必会降低生产实习教学质量，无法达到预期的教学目标[14-15]。

因此，如何构建新时代条件下适用于矿物加工工程生产实习创新模式成为该专业本科教学当务之急，亟待解决。笔者最早于2020年依托我校矿物加工专业联合淮北矿业涡北选煤厂以“云直播”的方式率先在矿物加工工程专业领域内尝试开展线上实习教学，并得到国内同类院校认可[15]。本文在前期研究基础上，详细剖析当前矿物加工工程专业生产实习存在的问题，随后综合运用线上线下和虚拟仿真等先进教学手段，构建矿物加工工程专业生产实习新模式，并对其进行教学应用，形成生产实习新示范。

1 新时代下矿加专业生产实习问题剖析

生产实习作为矿物加工工程专业一门实践性极强的课程，其最主要特点是学生在专业老师和现场导师(技术人员等)共同指导下深入选煤(矿)厂生产一线直接参与到工业生产。所以，以往的生产实习教学活动，主要通过围绕专业教学基地(淮北矿业集团)以线下教学形式开展。因此，在当前时代背景下，矿物加工工程专业生产实习教学存在以下几个问题：

(1)理论联系实际效果不佳。生产实习作为实践类教学课程，承担着矿物加工工程专业理论联系实际的重任。尽管同学们在生产实习前已经进行了大量核心理论课程学习，并且学生对这些知识有了一定掌握，但由于尚未接触工业实践，对理论的理解和领悟还存在很大提升空间。在生产实习过程中，学生们虽然可以面对面接触生产现场工艺流程、机器装备、过程自动化、生产智能化、厂房布局等，但由于实习活动主要在企业一线开展，理论环节弱化，不利于做到实践和理论融会贯通。因此，急需在实习中辅以工艺流程、设备布置、厂房布局和三维空间设计等理论知识，切实做到理论联系实际，这不仅较好地巩固了已有理论知识，更为后续诸如课程设计、毕业设计等专业学习奠定基础。

(2)教学跟踪实时性较差。矿物加工工程专业在以往的生产实习中由教师、工程技术人员通过线下面授方式对学生开展实践教学活动。这种言传身教提供了良好的学习氛围，尤其是具有丰富工程实践经验的技术人员结合现场实践的生动教学能够有效调动学生积极性。但是，鉴于生产企业实际工作劳动制度，矿物加工生产实习常采用分组分班模式，即在实习中分为3—4个学习小组、每个小组分别进入白班和夜班生产单位深入学习。这就在客观上使得实习过程中难以统一时间对学生实习进行考核考察以及答疑等工作，教学过程跟踪实时性不佳，这不利于教学效果提升，甚至降低教学质量。

(3)实习体验感不好。有别于其他理论课，矿加专业生产实习课程的显著特色就是同学们参与到选煤(矿)生产一线。同学们通过这种亲身经历，学习感受专业魅力，领略中国现代工业力量，树立劳动光荣、艰苦奋斗的高尚品格和爱国主义情怀。传统实习活动中主要依靠学生个人进入生产一线“眼观、手摸”等来感受。由于真实的煤炭洗选加工无论是厂房布局、生产规模还是工艺复杂度等均较大，学生无法在有限的时间内全面了解现场实际，不利于学生形成宏观认知，实习体验感不好，不利于提升学生对本专业的兴趣。

2 “线上线下+虚拟仿真”框架下生产实习新模式构建

我国教育部指出，教育站位要高，把握高等教育发展新阶段、锚定高等教育发展新目标、落实立德树人新要求、把握高等教育培养新范式、聚焦高等教育教学新基建。安徽理工大学要求全校各专业教学利用好互联网资源、使用好线上教学新利器，结合各自课程特色，做稳做实做好本科生教学工作。因此，笔者从矿加专业生产实习实际需求出发，从师资队伍、教学内容设计、课程教学手段、课程思政等多角度深入探索，提出线上线下与虚拟仿真相结合的生产实习课程教学新模式。

(1)强化师资建设，打造教学团队。教师是人才培养的决定力量。为适应后新时代下矿加专业生产实习教学需要，笔者充分总结前期“云实习”经验[14]，提出在现有专业课程教师队伍基础上，从矿物加工专业省部级以上工程实践教学基地聘请专业领域知名专家作为校外指导老师，并据此提出“1+2+1”师资队伍结构模式。即每个实习小组由1名高校教师、2名生产企业一线高级工程师和1名设计院资深设计师共同组成。这种师资队伍搭配能够从理论知识、生产和设计实践全方位开展实习教学活动，有效弥补以往单一课程老师授课存在的不足，努力培养锻造教学金师团队，切实保障实习效果。

(2)优化教学内容，突显课程特色。课程是人才培养的核心要素。安徽理工大学矿物加工生产实习主要围绕选煤生产过程开展，其目的是通过对一个或多个选煤厂进行岗位实习，熟悉选煤厂的生产过程，掌握主要设备的工作过程及其作用，了解选煤智能化发展现状，做到理论联系实际从而巩固学习过的理论知识，并为今后专业课的学习打下基础。因此，围绕该目的对教学内容设计进行了深度优化。笔者提出构建以煤流为主线，以工艺为核心，覆盖智能装备、电气自动化、生产智能化、厂房布置和绿色工厂建设等面向煤炭洗选全过程的生产实习教学内容。优化后的教学内容不仅优化了原有实习教学内容，更增补了绿色智能等新知识、新理论，促进理论和实践相结合，更符合同学们的逻辑思维，更贴近工业生产实际，是实习效果的重要保证。

(3)改进教学手段，推进模式创新。教学手段是人才培养的关键举措。为克服传统生产实习单一线下教学模式存在的不足，从根本上提升生产实习教学效果，作者所在教学团队在前期尝试基础之上，打破常规教学形式限制，积极整合现有教学资源和教学手段，提出“线上线下和虚拟仿真”有机结合的教学模式。具体而言，以雨课堂及腾讯会议等软件平台为抓手开展线上“云直播”核心教学环节，以教室教学为补充展开线下辅助教学活动，以特大型现代化选煤厂虚拟平台为对象拓展煤炭洗选全过程仿真教学，从而实现把教学地点从教室转移至工业一线、把固定教学时间拓展到7*24h灵活调配、把单一高校教师授课转化为教师和工程师协同配合教学，有效提升教学效果。

与之前单一线下生产实习相比较，新的教学模式突破传统教学时空限制，不仅能够从多角度直观展示煤炭洗选加工工业生产现场实际情况，同时允许同学们全天24小时随时随地进入选煤厂针对任一生产系统、任意生产设备等进行回顾复习、交流研讨。这种教学模式不仅可以有效调动学生学习的积极性、主动性，提高生产实习学习效率，同时还可以在教学过程中随时跟踪每位同学实习的效果，教学跟踪实时性好。这一教学模式确保同学们能够牢牢掌握整个生产工艺流程、关键洗选设备和过程控制等矿物加工生产实习课程核心知识点。

(4)强化思政引领，厚植爱国情怀。立德树人是教育的初心和使命，培养什么人，是教育的首要问题。我国是中国共产党领导的社会主义国家，这就决定了我们的教育必须把培养社会主义建设者和接班人作为根本任务。培养社会主义建设者和接班人的关键就是要在厚植爱国主义情怀上下功夫。爱国主义是我们民族的精神核心，是中华民族自强不息、团结奋斗的精神桥梁，激励着中华儿女为祖国繁荣发展努力奋斗。

生产实习作为矿物加工工程专业最具特色专业实践类课程，是同学们零距离感受我国现代化工业发展的伟大进程、第一视角观察我国能源基石和工业粮食的生产过程、亲身接触伟大的社会主义建设者的劳动魅力。因此，生产实习课程可认为是对同学们开展思想政治教育、厚植爱国情怀的天然土壤和主战场。为此，在紧密结合当下我国中华民族伟大复兴战略全局的前提下，积极融入课程思政元素。笔者提出：围绕我国煤炭洗选加工现代化工业生产实际，以煤炭企业先进典型为切入点，宣传一线工作者不怕辛苦、为国奉献的劳动精神；以矿区总医院最美逆行者为对象，宣扬我国在抗击疫情期间不断涌现的感人事迹和生动故事；以矿业集团党员先锋为示范，颂扬伟大的中国共产党全心全意为人民服务、一心一意谋发展的时代内涵。

3 新模式教学应用实践

矿物加工工程2019级本科生生产实习于2022年6～7月份在校内和教学实习基地淮北矿业集团共同开展。为切实提升教学效果，本次生产实习采用线上线上与虚拟仿真相结合的新模式开展。

首先，组建“高校+企业+设计院”三维一体教学团队，强化教学队伍。矿物加工工程专业2019级本科由2个班级57人组成，共分成6个小组，每个实习小组均共同负责生产实习教学。具体地说，各小组实习指导由1名高校教师负责理论讲解，2名淮北矿业涡北选煤厂高级工程师担任企业导师，负责生产一线教授，1名唐山国华科技选煤设计所高级工程师负责工艺设计实践。

其次，细化教学计划，突出专业特点。本次实习围绕涡北选煤厂煤炭洗选加工开展。涡北选煤厂坐落在安徽亳州，占地520亩，固定资产16.07亿元，是安徽省“861”重点项目，分两期建设，其中一期年入洗原煤600万吨，二期建成后将达1200万吨，最大入洗能力1500万吨，是亚洲最大的集中型炼焦煤选煤厂，其选煤厂工艺先进、智能化水平较高，是国家级实践教育中心。由此，笔者及教学团队在生产实习教学基础上，制定了图1所示的教学计划，即以原煤准备→重浮压联合工艺→产品运销为主线的实习计划，涵盖重介旋流器及浮选机等装备、供配电及电气自动化、全厂总平及主厂房土建等厂房布局、灰分闭环及煤泥水智能加药等生产智能化、企业双碳减排绿色循环发展，突出核心工艺、强调工业智能化、低碳化。

图1 生产实习教学内容设计示意图

同时，充分利用线上线下与虚拟仿真教学手段，创新教学模式。

(1)本次生产实习采用腾讯会议作为线上教学平台，围绕淮北矿业涡北选煤厂洗选加工过程开展线上“云实习”教学环节，如图2(a)所示。所有教学内容具备回看讨论功能，允许同学们在学习中随时复习。

(a)生产实习腾讯会议云直播(线上教学环节)

(2)以集中授课为线下教学模式，如图2(b)。这里需要指出的是，集中授课既可在固定教室开展，也可通过腾讯会议展开，教师可以随时随地对小组进行教学理论指导、教学过程答疑和教学效果评估。

(3)以典型煤炭洗选工艺为对象，搭建选煤厂虚拟仿真VR平台，如图2(c)所示。该平台集工艺、装备、控制等选煤厂全生产管理控制全过程为一体，允许同学们在生产实习期间全天候借助上位机软件通过PLC下位机直接操作，让同学们随时随地进入选煤厂开展实习，有助于提高同学们实习效率，提升实习体验感。

(4)除此之外，为提升同学们对选煤厂的宏观认知，对涡北选煤厂进行航拍展示，这对于同学们理解煤炭洗选工业有很大的促进作用，建立煤炭洗选加工工业宏观认知。

此外，巧妙思政设计，深挖爱国主义。富煤贫油少气是我国国情，煤炭在中国能源的占比超60%，是我国能源安全的压舱石，煤炭同时又是“双碳战略”的主战场。煤炭洗选加工被誉为煤炭清洁高效利用的源头技术，我国每年有近30亿吨原煤需要洗选加工，因此发展煤炭洗选工业对我国至关重要。通过生产实习，同学们建立起专业自豪感和个人责任感；涡北选煤厂作为设计能力亚洲最大的炼焦煤选煤厂，其智能化水平处在行业领先水平，同学们通过实习，亲身感受到祖国现代大工业发展的巨大震撼，并为之自豪；在实习中，邀请到基层车间的安徽省人大代表、煤炭行业技能大师、淮北矿业技能大师、优秀共产党员谢保冈，他用自己20多年的生产一线亲身经历向同学们进行了“扎根选煤一线，奉献青春力量”的主题教育(如图3)，这种以“大国工匠”为榜样的现场教育，大大激发出了同学们爱党爱国的热忱。

图3 安徽省人大代表、煤炭协会技能大师、优秀共产党员谢保冈作思政报告

最后，通过该次近3周的实习教学活动，安徽理工大学矿物加工工程专业生产实习达到了预期效果，圆满地完成了课程既定目标。

4 结论

十九大以来，党中央高度重视我国高等教育工作，教育部提出一流课程“双万计划”，在此背景下，我国高等教育事业快速发展。生产实习作为实践教学的核心环节在矿物加工专业本科教学中非常重要，但常规的生产实习主要以线下形式开展，存在教学形式单一、理论联系实际效果不佳、教学跟踪实时性较差和实习体验感不好等诸多问题，不利于教学质量提升，无法适应新时代下高等教育需要。因此，作者从矿物加工工程专业实际出发，从师资队伍、教学内容设计、课程教学手段、课程思政等多角度深入探索，提出线上线下与虚拟仿真相结合的生产实习课程教学新模式。

以2019级矿物加工工程专业生产实习开展的应用实践表明，新模式实施后，有效克服了传统生产实习教学过程中存在的突出问题，大大提升了同学们的学习兴趣，取得较好的预期效果，圆满完成课程既定目标。