基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的采礦專業(yè)DIY模型教學(xué)實踐

李建忠+趙國貞+邢存恩+弓培林

摘要：針對采礦工程專業(yè)學(xué)生空間概念薄弱和動手能力差的不足，以學(xué)生為中心，與實踐相結(jié)合，建立“課堂模型實踐—課內(nèi)學(xué)習(xí)—課外DIY模型—課后講評”的DIY模型實踐教學(xué)模式。實踐證明，采礦專業(yè)采用DIY模型實踐教學(xué)模式，促進(jìn)了采礦專業(yè)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：采礦專業(yè)；創(chuàng)新型；人才培養(yǎng)；DIY模型；教學(xué)模式

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）49-0200-03

采礦工程專業(yè)以培養(yǎng)工程實踐強(qiáng)，應(yīng)用創(chuàng)新型工程技術(shù)人才為目標(biāo)，要求學(xué)生不僅具有扎實的專業(yè)基礎(chǔ)知識和突出的工程實踐能力，而且應(yīng)具備很強(qiáng)的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。如何培養(yǎng)采礦專業(yè)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力是近年來各礦業(yè)類高等院校一直在探索的課題，為此各高校積極開展實踐教學(xué)改革，改進(jìn)實踐教學(xué)體系，加強(qiáng)創(chuàng)新性實踐教育，對提高學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力產(chǎn)生了積極影響[1-3]。近年來，太原理工大學(xué)采礦工程專業(yè)改革實踐教學(xué)模式，以培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力為目標(biāo)，采用DIY模型實踐教學(xué)模式，取得了良好的教學(xué)效果。

一、DIY理念與采礦專業(yè)教學(xué)

（一）DIY理念

DIY是英文“Do It Yourself”的縮寫，意思是“自己動手做”?，F(xiàn)在DIY作為一種理念，泛指不通過專家和專業(yè)人士的幫助，自己修理、改造、制造或創(chuàng)造一樣?xùn)|西的過程，DIY理念強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)自己動手的能力和享受自己動手的成果[4]，已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了推廣和應(yīng)用，涉及到生活的各個層面，包括房屋修葺、汽車維修、電腦組裝、服裝設(shè)計、手工制作等。

目前，DIY已經(jīng)作為一種理念融入到教育教學(xué)中，特別是在大學(xué)教育中，DIY教育理念的引入有利于加強(qiáng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，DIY精神與學(xué)生旺盛的求知欲相結(jié)合，符合以學(xué)生為中心和與實踐相結(jié)合的教育理念，促使學(xué)生從知識的消費者轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)造者，促進(jìn)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

（二）采礦專業(yè)教學(xué)特點

采礦專業(yè)屬于實踐性很強(qiáng)的專業(yè)，專業(yè)課程的學(xué)習(xí)需要很強(qiáng)的空間立體想象能力。結(jié)合培養(yǎng)目標(biāo)和市場需求，我校一直比較重視實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的實施。但在近幾年教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的學(xué)生在專業(yè)課程學(xué)習(xí)中空間感較差，想象力不足，普遍存在從書本到書本、動手能力差等問題?？臻g思維能力是采礦人才必備的專業(yè)素質(zhì)，傳統(tǒng)的實踐教學(xué)模式使學(xué)生難以建立采礦方法中各種工程的三維空間概念，無法有效掌握其空間和功能上的相互關(guān)系[5]，不利于學(xué)生創(chuàng)新思維的開發(fā)。分析其原因，主要有以下三個方面。

1.學(xué)習(xí)興趣不高。學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課程的積極性和主動性不高，雖然教師上課也采用多媒體課件和三維動畫等方式，但學(xué)生更多的是被動接受知識，覺得專業(yè)知識枯燥乏味，缺乏學(xué)習(xí)的興趣。

2.實習(xí)質(zhì)量不高。近年來由于許多礦山企業(yè)考慮生產(chǎn)和安全等因素，不愿接受學(xué)生到現(xiàn)場實習(xí)，致使實習(xí)無論是時間還是質(zhì)量都難以滿足要求[6]，影響了學(xué)生對專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和理解。

3.動手能力不足。獲取知識最直接有效的途徑是親身經(jīng)歷或?qū)嵺`操作，對于實踐性要求很高的采礦專業(yè)，參觀模型或現(xiàn)場實習(xí)更多的是走馬觀花，學(xué)生沒有真正的動手機(jī)會，三維空間概念難以建立，由此導(dǎo)致創(chuàng)新意識薄弱。

（三）DIY理念與采礦專業(yè)實踐教學(xué)結(jié)合

鑒于采礦專業(yè)課程學(xué)習(xí)特點，針對學(xué)生動手能力差和空間概念薄弱的現(xiàn)狀，采礦工程專業(yè)在教學(xué)過程中增加學(xué)生DIY模型實踐環(huán)節(jié)，即在講授專業(yè)課程時，布置課外作業(yè)，讓學(xué)生自行分組，自己動手設(shè)計、選材、制作專業(yè)模型。將DIY精神融入到采礦專業(yè)教學(xué)中，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)他們探索知識的興趣。通過制作模型，加深學(xué)生對專業(yè)知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力，促進(jìn)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

二、采礦專業(yè)DIY模型實踐教學(xué)

（一）采礦專業(yè)DIY模型類型

DIY模型應(yīng)與采礦專業(yè)相關(guān)。傳統(tǒng)意義上的采礦模型一般是指物理模型，隨著計算技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代采礦模型除了物理模型，還包括數(shù)字模型、數(shù)學(xué)模型和學(xué)習(xí)模型等。

1.物理模型。物理模型是使用木材、塑料、泡沫、機(jī)械部件、電子元件、裝飾件等材料制作成展現(xiàn)礦體開采空間或生產(chǎn)過程的仿真模型，如礦井生產(chǎn)系統(tǒng)模型、采煤方法模型、井底車場模型、回采工藝模型、采掘機(jī)械模型等，物理模型可以直觀表達(dá)認(rèn)識對象的特征，主要用于觀察和理解。

2.數(shù)字模型。數(shù)字模型是借助商業(yè)軟件，以三維的手法進(jìn)行建模，模擬出一個三維實體或場景，可自由觀察、漫游甚至操作。如利用Surpac、3Dmine、Minecraft、AutoCAD等軟件建立的地下開采三維模型，利用虛擬現(xiàn)實軟件制作的數(shù)字礦山模型等。數(shù)字模型充分利用計算機(jī)和多媒體技術(shù)，能夠更方便地觀察礦山三維空間關(guān)系，甚至親自操作虛擬設(shè)備，不僅可用于觀察和理解，還可學(xué)習(xí)操作性和實踐經(jīng)驗，是采礦類模型制作的發(fā)展趨勢。

3.數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型是通過數(shù)學(xué)方法、理論或?qū)嶒灲⒌母鞣N表達(dá)采礦問題的模型，如露天礦排土場容量計算模型、巷道穩(wěn)定性分析模型、采煤方法選擇模型、礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型等。數(shù)學(xué)模型的建立需要扎實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，對專業(yè)知識要有較深刻的理解，還必須具備一定的實踐經(jīng)驗，對本科生來說具有一定的難度。

4.學(xué)習(xí)模型。學(xué)習(xí)模型是主要用于學(xué)習(xí)、交流、演示與采礦專業(yè)有關(guān)的模型，如VCR視頻、動畫、課件、學(xué)習(xí)網(wǎng)站、手機(jī)APP等。學(xué)習(xí)模型的主要功能就是學(xué)習(xí)，形式多樣，題材廣泛，便于制作。

（二）DIY模型實踐教學(xué)方法

1.采礦專業(yè)DIY模型教學(xué)模式。按照辯證唯物主義認(rèn)識論“實踐—認(rèn)識—再實踐—再認(rèn)識”的認(rèn)識規(guī)律，借鑒DIY理念，以學(xué)生為中心，與實踐相結(jié)合，在采礦專業(yè)課程教學(xué)過程中，建立“課堂模型實踐—課內(nèi)學(xué)習(xí)—課外DIY模型—課后講評”的DIY模型實踐教學(xué)模式，即學(xué)生先通過課堂上觀看教學(xué)模型初步實踐，教師講解專業(yè)知識，學(xué)生學(xué)習(xí)達(dá)到認(rèn)知，再通過學(xué)生課外DIY模型進(jìn)行再實踐，最后經(jīng)過DIY模型講評，學(xué)生認(rèn)識水平提高。

DIY模型教學(xué)模式與傳統(tǒng)的教學(xué)模式不同的是增加了學(xué)生DIY模型實踐教學(xué)環(huán)節(jié)和DIY模型講評環(huán)節(jié)，學(xué)生通過自己動手設(shè)計制作模型，有了從認(rèn)識到實踐的機(jī)會，再經(jīng)過講評環(huán)節(jié)，進(jìn)一步認(rèn)識采礦三維空間關(guān)系，促進(jìn)對專業(yè)知識的深刻理解。

2.DIY模型教學(xué)過程。教師在教學(xué)過程中，如在講授《采礦學(xué)》專業(yè)課程時，首先，在課堂上讓學(xué)生觀察采礦平面圖、剖面圖、三維教學(xué)模型等，再經(jīng)過講解，在學(xué)生頭腦中建立煤礦工程三維空間和生產(chǎn)工藝的基本概念；其次，在授課期間，教師布置DIY模型作業(yè)，作為課程考核的內(nèi)容之一，模型制作周期為課程授課期；學(xué)生以班級為單位，自行組合DIY小組，負(fù)責(zé)模型的選題、設(shè)計、選材、制作等，教師負(fù)責(zé)指導(dǎo)；最后，在學(xué)生制作完成模型后，設(shè)置模型講評環(huán)節(jié)，要求學(xué)生介紹模型創(chuàng)意、模型功能、DIY模型過程等，教師根據(jù)各小組完成情況評定成績。

（三）DIY模型實踐教學(xué)運行

1.DIY模型制作說明。在布置DIY模型作業(yè)時，需要制定以下原則，作為學(xué)生制作模型的依據(jù)：（1）圍繞采礦專業(yè)問題建模，不局限于書本已有教學(xué)模型；（2）模型類型不限，主要類型包括物理模型、數(shù)字模型、數(shù)學(xué)模型和學(xué)習(xí)模型，可根據(jù)小組成員的能力和興趣自由選擇；（3）自由組合DIY小組，每組成員3—4名，小組內(nèi)需分工明確；（4）模型制作需要考慮經(jīng)濟(jì)成本，盡量選擇低碳綠色環(huán)保材料；（5）指導(dǎo)教師根據(jù)模型的創(chuàng)新性、理論性、完整性、可觀性等特點評定成績；（6）推薦優(yōu)秀作品參加全國高等學(xué)校采礦工程專業(yè)學(xué)生實踐作品大賽。

2.DIY模型教學(xué)實踐。太原理工大學(xué)已在采礦專業(yè)四屆學(xué)生中實行DIY模型實踐教學(xué)模式，模型從最初簡單的物理實物模型到現(xiàn)在復(fù)雜的大型煤礦三維立體場景、可控制的綜采工作面生產(chǎn)系統(tǒng)、礦井煤炭運輸演示系統(tǒng)、采礦專業(yè)學(xué)習(xí)交流網(wǎng)站等，涉及到的知識不僅包括采礦專業(yè)，還包括機(jī)械、電氣、計算機(jī)、美術(shù)等專業(yè)。

在學(xué)生DIY模型之前，教師要在課堂上講授模型制作的基本原則和基本方法、制作各類模型所需要的知識和技能儲備、介紹制作過程中所需要的材料和工具以及注意事項，對學(xué)生作適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)。

在模型講評環(huán)節(jié)中，學(xué)生走上講臺講解、展示自己的作品，并介紹模型的制作過程和分工合作情況，根據(jù)模型的完成情況，教師和學(xué)生共同點評。

在學(xué)生完成DIY模型作業(yè)后，選拔動手能力強(qiáng)、專業(yè)知識學(xué)習(xí)扎實、計算機(jī)水平高的同學(xué)組隊參加全國高等學(xué)校采礦工程專業(yè)學(xué)生實踐作品大賽。近年來，我校多次組隊參加該項賽事，取得了優(yōu)異成績。

經(jīng)過幾年的教學(xué)實踐，DIY模型實踐教學(xué)模式已經(jīng)在采礦專業(yè)教學(xué)中形成良性循環(huán)，有力地促進(jìn)了課程改革、實踐教學(xué)體系建設(shè)、科技創(chuàng)新活動和學(xué)科競賽的開展，得到教師和學(xué)生們的普遍認(rèn)可。

三、DIY模型實踐教學(xué)對學(xué)生能力的培養(yǎng)

（一）主動學(xué)習(xí)和解決問題能力

創(chuàng)新人才培養(yǎng)需要學(xué)生學(xué)會主動思考、主動學(xué)習(xí)和主動實踐[7]，DIY模型實踐教學(xué)模式就是以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為目標(biāo)。學(xué)生DIY模型時需要主動思考制作模型的每一個環(huán)節(jié)，在此過程中，主動學(xué)習(xí)制作模型所涉及到的各種知識，主動發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，探索知識，加深對知識的理解和綜合運用，培養(yǎng)空間理解和想象能力，提高了主動學(xué)習(xí)和解決問題的能力。

（二）實踐操作和創(chuàng)新能力

DIY模型實踐教學(xué)立足于理論與實踐相結(jié)合，突出教學(xué)過程的實踐環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)在實踐中學(xué)習(xí)，實踐教學(xué)的真正內(nèi)涵就是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、科研能力、適應(yīng)能力和創(chuàng)新能力為代表的綜合素質(zhì)[8]。這種教學(xué)模式給學(xué)生提供了理論聯(lián)系實際和自己動手的機(jī)會，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新潛能，學(xué)生制作模型不是簡單的模仿，而是包含著自己的思想，如有的學(xué)生利用針管制作液壓支架的油缸，彩色墨水作為液壓油，自行設(shè)計液壓系統(tǒng)，實現(xiàn)了液壓支架的升降動作。DIY模型實踐教學(xué)模式提高了學(xué)生的動手能力，增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識，使實踐與創(chuàng)新相結(jié)合，突出創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)。

（三）交流和團(tuán)結(jié)合作能力

DIY模型是由小組成員共同完成的，小組內(nèi)有的同學(xué)觀察能力強(qiáng)，有的同學(xué)動手能力強(qiáng)，有的同學(xué)組織能力強(qiáng)，制作模型需要根據(jù)各個組員的特點，分工合作，發(fā)揮每個組員的長處。DIY小組在合作過程中需要充分的交流和溝通，相互促進(jìn)，要有團(tuán)隊精神，團(tuán)隊精神是大局意識、協(xié)作精神和奉獻(xiàn)精神的集中體現(xiàn)[9]，只有團(tuán)結(jié)合作，各盡所長，相互促進(jìn)，才能出色完成DIY模型任務(wù)。

四、結(jié)束語

加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識和實踐能力培養(yǎng)，是當(dāng)前高等教育教學(xué)改革的重要內(nèi)容之一，采礦專業(yè)采用DIY模型實踐教學(xué)模式，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識的熱情，為學(xué)生提供了動手實踐的機(jī)會，使實踐與創(chuàng)新相結(jié)合，培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、解決問題能力、綜合運用知識能力、空間想象能力、創(chuàng)新能力、動手能力和團(tuán)隊合作能力等。經(jīng)過幾年的教學(xué)實踐，DIY模型實踐教學(xué)模式深得老師和學(xué)生們的認(rèn)同，促進(jìn)了采礦專業(yè)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，取得了良好的教學(xué)效果。

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