面向湘潭礦山裝備產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的礦山機(jī)械課程教學(xué)探索

沈意平 賓光富 時彧 王佳亮 李學(xué)軍

摘 要： 湘潭礦山裝備產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)呛鲜≈攸c(diǎn)扶持的十大優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)鏈之一，也是我國礦山裝備制造業(yè)的重要基地。礦山機(jī)械課程系統(tǒng)介紹礦物開采與富選中使用的采掘機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械、流體機(jī)械和提升機(jī)械，由于涉及的礦山機(jī)械設(shè)備類型繁多，設(shè)備工作原理抽象且涵蓋機(jī)電液多領(lǐng)域多學(xué)科知識，加上現(xiàn)有教材內(nèi)容陳舊、教學(xué)素材缺乏，教師課程講解和學(xué)生學(xué)習(xí)難度都很大，往往造成理論學(xué)習(xí)與工程實(shí)際脫離，無法滿足產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的高素質(zhì)專業(yè)人才需求。結(jié)合湘潭礦山裝備企業(yè)的先進(jìn)產(chǎn)品特點(diǎn)和相關(guān)科研與技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目，探討礦山機(jī)械課程教學(xué)中普遍存在問題的解決方法，旨在提高課程教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)大學(xué)教育與礦山裝備企業(yè)工作崗位的良好對接。

關(guān)鍵詞： 礦山裝備產(chǎn)業(yè)鏈；礦山機(jī)械；對接；課程教學(xué)

引言

礦山機(jī)械課程是我校機(jī)設(shè)和采礦專業(yè)本科生的一門特色專業(yè)必修課，主要介紹礦物開采與富選中使用的采掘機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械、流體機(jī)械和提升機(jī)械，力求讓學(xué)生對礦山生產(chǎn)“采、掘、支、運(yùn)”環(huán)節(jié)中使用的各類主要設(shè)備有較全面的了解，同時增強(qiáng)學(xué)生安全意識，培養(yǎng)適應(yīng)工作崗位的技術(shù)技能與職業(yè)素養(yǎng)。然而，礦山機(jī)械課程涉及的礦山機(jī)械設(shè)備類型繁多，設(shè)備工作原理抽象且涵蓋機(jī)電液多領(lǐng)域多學(xué)科知識，加上現(xiàn)有教材內(nèi)容陳舊、教學(xué)素材缺乏，教師課程講解和學(xué)生學(xué)習(xí)難度均較大，往往容易造成理論學(xué)習(xí)與工程實(shí)際脫離，難以達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

湘潭礦山裝備產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)呛鲜≈攸c(diǎn)扶持的十大優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)鏈之一，擁有160余家礦山裝備生產(chǎn)企業(yè)，其中湘電集團(tuán)、泰富重工、平安電氣等10多家在國內(nèi)具有較高知名度的龍頭企業(yè)，形成了采掘、提升、通風(fēng)、運(yùn)輸、排水等門類齊全的礦山裝備生產(chǎn)基地。

湖南科技大學(xué)是原煤炭部在江南地區(qū)設(shè)立的唯一一所高等學(xué)校，長期致力于礦山開采技術(shù)與裝備研究。2009年學(xué)校聯(lián)合湘潭地區(qū)礦山裝備重要制造企業(yè)，組建了先進(jìn)礦山裝備教育部工程研究中心，在礦山裝備設(shè)計(jì)、研究與開發(fā)方面承擔(dān)了數(shù)十項(xiàng)國家發(fā)改委項(xiàng)目、國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究、國家自然科學(xué)基金等國家科研項(xiàng)目。

因此，結(jié)合湘潭礦山裝備產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展和教師承擔(dān)礦山裝備領(lǐng)域科研項(xiàng)目內(nèi)容，注重礦山機(jī)械設(shè)備的新技術(shù)、新成果和發(fā)展趨勢，在礦山機(jī)械課程教學(xué)中更新與豐富教學(xué)內(nèi)容，開發(fā)教學(xué)資源，根據(jù)學(xué)情教情采用多樣化教學(xué)手段和啟發(fā)式教學(xué)方法，旨在提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，理論聯(lián)系實(shí)際，實(shí)現(xiàn)大學(xué)教育與礦山裝備企業(yè)工作崗位的良好對接。

一、 礦山機(jī)械課程教學(xué)存在的主要問題

（一） 礦山機(jī)械課程涉及的機(jī)械設(shè)備類型繁多，機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作原理抽象，需要熟悉機(jī)、電、液、熱等學(xué)科基礎(chǔ)理論知識，教學(xué)過程中往往通過機(jī)械裝配圖講解設(shè)備主要結(jié)構(gòu)及工作原理，特別對于采礦專業(yè)本科生機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)薄弱的特殊學(xué)情，容易導(dǎo)致教師花費(fèi)大量時間和精力講解，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣索然，難以緊跟教師授課內(nèi)容，教學(xué)效果欠佳。

（二） 目前，大多數(shù)礦山機(jī)械教材中機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)、設(shè)備型號、規(guī)程參數(shù)、特征性能等內(nèi)容陳舊，沒有體現(xiàn)近年來國內(nèi)外新技術(shù)、新成果和發(fā)展趨勢，理論脫離生產(chǎn)實(shí)際，單純教材內(nèi)容學(xué)習(xí)已不能滿足學(xué)生走向工作崗位的知識儲備需求。同時，礦山機(jī)械是一門針對性很強(qiáng)的特色專業(yè)課程，不同于通常的機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)課，缺少豐富的教學(xué)資源，沒有形成系統(tǒng)的教學(xué)素材庫。

（三） 學(xué)生生產(chǎn)實(shí)習(xí)時間較短，大都為走馬觀花似的體驗(yàn)式實(shí)習(xí)，缺乏對礦井生產(chǎn)系統(tǒng)空間布置的感性認(rèn)識，安全意識淡薄。由于學(xué)生缺乏對礦井生產(chǎn)過程的感性認(rèn)識，不具備結(jié)合生產(chǎn)環(huán)境和設(shè)備性能需求來領(lǐng)會礦山機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維護(hù)要點(diǎn)，也不能深刻認(rèn)識到礦山設(shè)備運(yùn)行安全性和可靠性的重要，創(chuàng)新意識薄弱，不能滿足湘潭礦山裝備產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的高素質(zhì)專業(yè)人才需求。

二、 礦山機(jī)械課程教學(xué)探索

結(jié)合湘潭礦山裝備產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展和教師承擔(dān)礦山裝備領(lǐng)域科研項(xiàng)目內(nèi)容，礦山機(jī)械課程可以從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)實(shí)踐等方面著手，探索提高教學(xué)質(zhì)量的教改措施。

（一） 引產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢技術(shù)入課程

結(jié)合湘潭礦山裝備生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)勢，將先進(jìn)的礦山設(shè)備新技術(shù)、新工藝、新成果及發(fā)展趨勢引入教學(xué)內(nèi)容，通過生產(chǎn)實(shí)習(xí)與實(shí)踐詳細(xì)深入地學(xué)習(xí)各類先進(jìn)礦山設(shè)備新技術(shù)、新成果及其發(fā)展趨勢，加深對其設(shè)計(jì)理論、機(jī)械結(jié)構(gòu)與工作原理的認(rèn)識與理解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

舉例來說，湘電重裝是國內(nèi)大型百噸電動輪自卸車、大型礦用機(jī)車的主要生產(chǎn)廠家；平安電氣是國內(nèi)礦用通風(fēng)機(jī)品種規(guī)格最齊全、技術(shù)最先進(jìn)的生產(chǎn)廠家；泰富重工的新型圓管帶式輸送機(jī)、江麓機(jī)電的液壓挖掘機(jī)、遠(yuǎn)通泵業(yè)的渣漿泵、風(fēng)動機(jī)械的鑿巖機(jī)和環(huán)保設(shè)備，在國內(nèi)具有較高的市場美譽(yù)度；韶力電氣、牽引機(jī)車、雙馬電氣是國內(nèi)具有較大影響力的電機(jī)車制造商。

通過了解這些企業(yè)的先進(jìn)產(chǎn)品，學(xué)生能夠感受到新技術(shù)對產(chǎn)品性能提升的重要影響，提高學(xué)生學(xué)習(xí)動力。授課過程中采用情境教學(xué)，借助視頻、動畫、仿真等多媒體手段與啟發(fā)式教學(xué)方法，新舊產(chǎn)品型號對比講解，從產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)及工作原理上豐富課程教學(xué)內(nèi)容。

多樣化的教學(xué)形式與教學(xué)手段相互結(jié)合使學(xué)生更易于理解和消化授課內(nèi)容。課程教學(xué)實(shí)踐中積極鼓勵學(xué)生查找資料，調(diào)研國外新型礦山機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品，掌握國內(nèi)外同類產(chǎn)品的發(fā)展趨勢。

（二） 引科研成果入課程

結(jié)合我校先進(jìn)礦山裝備教育部工程研究中心承擔(dān)的科研項(xiàng)目研究內(nèi)容和取得的研究成果，引科研入課程，引導(dǎo)學(xué)生思考礦山裝備安全可靠運(yùn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)方面的關(guān)鍵技術(shù)問題，促使學(xué)生形成適應(yīng)井下惡劣極端生產(chǎn)環(huán)境的礦山設(shè)備設(shè)計(jì)理念，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性。

我校近年來在礦山裝備安全可靠性技術(shù)與健康維護(hù)、礦山運(yùn)輸設(shè)備先進(jìn)傳動與控制技術(shù)、高效低噪礦山通風(fēng)與除塵裝備和礦井降溫技術(shù)與裝備等方面積累了系統(tǒng)研究成果，并與湘潭礦山裝備生產(chǎn)企業(yè)和鄭煤、長沙礦業(yè)集團(tuán)等礦井生產(chǎn)單位合作進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)與技術(shù)推廣。

舉例來說，針對礦用水泵葉片表面的沖蝕、空化磨損難題，研制出耐磨膠粘有機(jī)復(fù)合彈性涂層材料、Ekonol—石墨—PTFE自潤滑耐磨復(fù)合材料表面防護(hù)措施，應(yīng)用于礦用水泵的密封且取得了良好的經(jīng)濟(jì)社會效益；針對礦用運(yùn)輸車輛與其他傳動設(shè)備具有運(yùn)行工況復(fù)雜、工作環(huán)境惡劣、低速大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，開發(fā)了基于矢量控制技術(shù)的一種全新的控制策略，取得了突破性進(jìn)展；針對圓管帶式輸送機(jī)多電機(jī)平衡驅(qū)動控制及模糊控制算法，開發(fā)了超長距離輸送的智能控制與可視化狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

教師通過引導(dǎo)文或者項(xiàng)目實(shí)施任務(wù)書將科研內(nèi)容與科研成果引入課堂，授課過程中采用啟發(fā)式教學(xué)方法或“翻轉(zhuǎn)式”課堂，讓學(xué)生查閱信息收集資料解決問題，成為課堂主體，避免傳統(tǒng)教學(xué)以教師為主體的“填鴨式”教學(xué)方法的乏味與興趣素然，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際礦井生產(chǎn)技術(shù)問題的能力，進(jìn)而提高創(chuàng)新意識。

（三） 引工況實(shí)境入課程

考慮到學(xué)生缺乏對礦井生產(chǎn)過程的感性認(rèn)識，授課過程中，可以播放礦井生產(chǎn)系統(tǒng)動畫或錄像短片，案例教學(xué)與“情景化”表現(xiàn)工況環(huán)境，幫助學(xué)生掌握各類礦山設(shè)備的空間布局及動態(tài)工作環(huán)境，增強(qiáng)學(xué)生對礦井生產(chǎn)的感性認(rèn)識。

礦山機(jī)械涉及的采掘、提升、運(yùn)輸和液體機(jī)械設(shè)備，可以通過日常生活中熟悉常見的同類設(shè)備進(jìn)行類比教學(xué)，降低學(xué)生初次接觸復(fù)雜裝備的陌生感和直觀認(rèn)知障礙，迅速在腦海中形成各類設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)、性能特性和工作原理等總體概念。

例如，礦井提升設(shè)備章節(jié)學(xué)習(xí)時，可以從高層建筑電梯工作原理出發(fā)，讓學(xué)生從乘坐電梯的安全技術(shù)問題過渡到提升設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)理論、手動與控制、防墜保護(hù)裝備等主要學(xué)習(xí)內(nèi)容；排水設(shè)備章節(jié)學(xué)習(xí)時，可以從城市排水系統(tǒng)出發(fā)，讓學(xué)生對排水水泵和管路工作特性曲線有直觀概念，加深對運(yùn)轉(zhuǎn)工況點(diǎn)、水泵串/并聯(lián)工作及性能參數(shù)調(diào)節(jié)的理解。授課過程中，不斷播放礦井實(shí)際生產(chǎn)錄像或影音視頻，強(qiáng)化礦井生產(chǎn)系統(tǒng)空間概率，培養(yǎng)學(xué)生礦井安全生產(chǎn)意識。

（四） 引工程實(shí)踐入課程

實(shí)踐教學(xué)是工科教學(xué)必不可少的環(huán)節(jié)，是理論指導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)踐驗(yàn)證理論的辯證過程，培養(yǎng)學(xué)生動手動腦能力、全面發(fā)展的過程。

礦山機(jī)械課程的實(shí)施過程中，加強(qiáng)了配套實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，實(shí)驗(yàn)室配備了采礦機(jī)械、支護(hù)設(shè)備、掘進(jìn)機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械、提升設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、壓氣設(shè)備和排水設(shè)備等模型，同時配備了常見型號的礦用水泵、礦井空氣壓縮機(jī)、離心式通風(fēng)機(jī)等小型的礦山機(jī)械的樣機(jī)。

通過模型與樣機(jī)的拆裝，深入剖析機(jī)械設(shè)備零部件結(jié)構(gòu)、功能、工作原理及保養(yǎng)與維護(hù)方法。例如，對礦井通風(fēng)機(jī)的講解，可以組織學(xué)生現(xiàn)場拆裝、觀摩FBCDZ軸流式風(fēng)機(jī)，講解風(fēng)機(jī)集流器、一級葉輪、二級葉輪、擴(kuò)散器、擴(kuò)散塔等的結(jié)構(gòu)特征及其設(shè)計(jì)原理。通過實(shí)驗(yàn)室將工程實(shí)踐引入課程，提高學(xué)生專業(yè)實(shí)踐認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，動手動腦相結(jié)合的工程應(yīng)用能力。

三、 小結(jié)

礦山機(jī)械是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的特色專業(yè)基礎(chǔ)課程，本文從湘潭礦山裝備產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展出發(fā)，提出引產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢技術(shù)入課程，通過教學(xué)與實(shí)習(xí)了解礦山裝備生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢產(chǎn)品，豐富教學(xué)內(nèi)容，掌握礦山機(jī)械新技術(shù)、新成果及發(fā)展趨勢；提出引科研成果入課程，結(jié)合教師承擔(dān)的科研項(xiàng)目，采用“啟發(fā)式”和“翻轉(zhuǎn)式”教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生思考礦山機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)理論，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維；提出引工況實(shí)境入課程，結(jié)合多樣化的教學(xué)手段與多媒體技術(shù)，將抽象內(nèi)容具體化，礦井生產(chǎn)環(huán)境情景化，提升學(xué)生工況環(huán)境的感性認(rèn)識，培養(yǎng)安全生產(chǎn)意識。

提出引工程實(shí)踐入課程，通過實(shí)驗(yàn)室將工程實(shí)踐引入課程，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，動手動腦相結(jié)合的工程應(yīng)用能力。教學(xué)實(shí)踐表明：這些措施將有利于提高大學(xué)生教育質(zhì)量，培養(yǎng)湘潭礦山裝備產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展所需高素質(zhì)、創(chuàng)新性專業(yè)人才，實(shí)現(xiàn)大學(xué)教育與礦山裝備企業(yè)工作崗位的良好對接。

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作者簡介：

沈意平，湖南省湘潭市，湖南科技大學(xué)先進(jìn)礦山裝備教育部工程研究中心；

賓光富，時彧，王佳亮，湖南省湘潭市，湖南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院；

李學(xué)軍，湖南省湘潭市，湖南科技大學(xué)先進(jìn)礦山裝備教育部工程研究中心。