采礦工程專業(yè)實(shí)踐課程信息化教學(xué)模式探索

謝生榮，陳冬冬，吳仁倫，張守寶

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 能源與礦業(yè)學(xué)院，北京 100083）

前言

隨著我國(guó)綜合國(guó)力和國(guó)際地位的提高，與其他國(guó)家之間的競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈。國(guó)家之間的競(jìng)爭(zhēng)，歸根結(jié)底是人才的競(jìng)爭(zhēng)，是教育體系的競(jìng)爭(zhēng)。受新冠疫情的影響，全國(guó)各大高校均面臨無法正常進(jìn)行傳統(tǒng)線下教學(xué)的問題，紛紛采取線上教學(xué)模式，這極大地推進(jìn)了信息化教學(xué)模式的應(yīng)用與發(fā)展[1]。采礦工程專業(yè)作為傳統(tǒng)的工科專業(yè)，在培養(yǎng)科學(xué)技術(shù)人才的同時(shí)也承擔(dān)著為行業(yè)輸送人才的責(zé)任。采礦工程專業(yè)在學(xué)生培養(yǎng)過程中有多次專業(yè)實(shí)踐課程，而傳統(tǒng)的線下現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)模式有很大的不足，更需要緊跟時(shí)代的步伐，充分利用網(wǎng)絡(luò)課程和虛擬仿真技術(shù)的生動(dòng)性、虛擬性、開放性和方便性等特征，使采礦工程專業(yè)實(shí)踐課程信息化，加快信息技術(shù)與專業(yè)實(shí)踐課程教學(xué)的融合，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性和專業(yè)實(shí)踐課程的教學(xué)質(zhì)量。

1 采礦工程專業(yè)實(shí)踐課程教學(xué)存在的問題

實(shí)踐課程是學(xué)生培養(yǎng)過程中尤為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，是檢驗(yàn)和鞏固學(xué)生專業(yè)知識(shí)的一種有效方法，同時(shí)也是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能和能力的一種重要手段。傳統(tǒng)的實(shí)踐課程教學(xué)模式是在專業(yè)課程講授完成后，老師帶隊(duì)到各個(gè)礦山，由礦方專業(yè)人員帶領(lǐng)學(xué)生參觀學(xué)習(xí)。該教學(xué)模式能夠使學(xué)生親臨現(xiàn)場(chǎng)，具有真實(shí)直觀等優(yōu)點(diǎn)，但是不可避免地也會(huì)存在一些問題。

1.1 課本—現(xiàn)場(chǎng)跨度大

傳統(tǒng)的采礦工程專業(yè)知識(shí)與技能的獲得主要來源于課堂上老師的講授和課本，來源比較單一，且不夠生動(dòng)形象，內(nèi)容上也是分模塊進(jìn)行講授，缺乏系統(tǒng)的掌握[2]。學(xué)習(xí)過程中對(duì)如礦井開采、井田開拓等難理解的抽象專業(yè)知識(shí)不能很好地掌握，常常是只知其一，不知其二。同時(shí)課本更新慢，很多課本知識(shí)都已經(jīng)過時(shí)，有的知識(shí)甚至還停留在十多年之前的采煤水平[3]，從課本到現(xiàn)場(chǎng)過渡較大，導(dǎo)致學(xué)生在進(jìn)行實(shí)踐課程時(shí)不能很好地聯(lián)系已學(xué)習(xí)的知識(shí)，相當(dāng)于重新學(xué)習(xí)了課本知識(shí)，不利于提高學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力。

1.2 教學(xué)資源相對(duì)匱乏

產(chǎn)能過剩給煤炭行業(yè)造成了不小的沖擊。2017 年國(guó)家政策提出各地要加快淘汰退出落后產(chǎn)能步伐，隨著去產(chǎn)能政策的執(zhí)行，煤炭行業(yè)得到一定好轉(zhuǎn)，但是仍然面臨著經(jīng)營(yíng)困難等問題。在煤礦行業(yè)不景氣的形勢(shì)下，部分合作礦山企業(yè)在接收學(xué)生方面有一定難度，導(dǎo)致實(shí)踐教學(xué)出現(xiàn)一定困難。另一方面，由于井下環(huán)境復(fù)雜、保障學(xué)生安全所需的人力物力等方面資源相對(duì)匱乏等原因，導(dǎo)致實(shí)踐教學(xué)過程中學(xué)生下井次數(shù)不足，不利于學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，影響了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

1.3 授課方式受外界影響大

傳統(tǒng)的實(shí)踐課程教學(xué)模式要求學(xué)生親身到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，如遇突發(fā)事件，則會(huì)導(dǎo)致課程延期或者無法進(jìn)行，授課方式受外界影響大。比如受此次新冠疫情的影響，全國(guó)學(xué)生需在家線上學(xué)習(xí)，這就導(dǎo)致需現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的專業(yè)實(shí)踐課程無法進(jìn)行。同時(shí)，由于煤礦企業(yè)需要維持正常生產(chǎn)以保障全國(guó)能源的供應(yīng)，為了保障礦井的相對(duì)封閉性，減少外來風(fēng)險(xiǎn)，煤礦企業(yè)采取了比其他一些行業(yè)更為嚴(yán)格的管理方式，即使全國(guó)開始恢復(fù)正常生產(chǎn)、全國(guó)學(xué)生正常上課、人流開始流動(dòng)旅行等，一些煤礦企業(yè)仍然采取禁止外來人員進(jìn)入的管理方式，這就導(dǎo)致了無法接收學(xué)生進(jìn)行專業(yè)實(shí)踐課程教學(xué)問題的出現(xiàn)。

2 實(shí)踐課程信息化的必要性

受新冠疫情影響，2020 年全國(guó)各高校不能如期開學(xué)，教育部發(fā)布了“停課不停學(xué)”的號(hào)召，為了保證教學(xué)任務(wù)的正常進(jìn)行，各高校紛紛采取線上教學(xué)，取得了良好的效果，這充分顯示了信息化教學(xué)的優(yōu)越性，并大大推動(dòng)了教育信息化的發(fā)展。采礦工程專業(yè)實(shí)踐課程作為培養(yǎng)學(xué)生的重要組成部分，有必要實(shí)現(xiàn)信息化教學(xué)來提高教學(xué)質(zhì)量。

2.1 提升教育資源的多元化

信息化教學(xué)可充分利用圖像、影音、虛擬仿真等教學(xué)工具，改變傳統(tǒng)的知識(shí)傳授方式，形成多元化教學(xué)方式。特別是影音和虛擬仿真技術(shù)，能夠?qū)⒄Z言上抽象的專業(yè)知識(shí)生動(dòng)形象地展示出來，然后再由老師進(jìn)行講解，可以加快學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)的速度，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和獲得感。同時(shí)可以通過影音和虛擬仿真技術(shù)在上課過程中向?qū)W生展示書本上沒有的先進(jìn)的專業(yè)知識(shí)，如智能采礦等，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

2.2 銜接課本與現(xiàn)場(chǎng)

將采礦工程專業(yè)知識(shí)信息化后的影音、虛擬仿真能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)情況較為真實(shí)地給學(xué)生展現(xiàn)出來。如巷道布置情況、工作面生產(chǎn)過程等，使學(xué)生在課堂上就能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的情況有一些了解，達(dá)到初步與現(xiàn)場(chǎng)相結(jié)合的目的，從而使學(xué)生在上專業(yè)實(shí)踐課程時(shí)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)有一個(gè)總體的初步認(rèn)識(shí)，不會(huì)在實(shí)踐過程中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的知識(shí)感到陌生，比如開始實(shí)習(xí)時(shí)，出現(xiàn)只知道專業(yè)名詞，而不知道現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物的情況。通過采礦工程專業(yè)知識(shí)信息化將學(xué)生所學(xué)知識(shí)與現(xiàn)場(chǎng)銜接起來，起到溝通和橋梁的作用，能夠使學(xué)生快速進(jìn)入實(shí)踐教學(xué)狀態(tài)，提升學(xué)生的體驗(yàn)感。

2.3 緩解實(shí)踐教學(xué)資源匱乏

虛擬仿真技術(shù)，可以利用計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢(shì)將采礦工程中的專業(yè)知識(shí)模擬出來，如巷道掘進(jìn)過程、工作面采煤機(jī)割煤過程等。學(xué)生除了能夠在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室觀看這些過程外，還能夠根據(jù)系統(tǒng)提示，讓學(xué)生通過手柄“親自”操作，體驗(yàn)設(shè)備等的使用過程，讓現(xiàn)場(chǎng)不可能進(jìn)行的實(shí)踐教學(xué)變成現(xiàn)實(shí)。同時(shí)，虛擬仿真教學(xué)的各種操作是室內(nèi)進(jìn)行的、可重復(fù)的，不僅大大節(jié)約了教育教學(xué)資源，而且保障了學(xué)生的安全。目前，我國(guó)東北大學(xué)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)等高等院校在采礦工程專業(yè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面作出了很好的示范[4-5]，在緩解實(shí)踐教學(xué)資源匱乏方面起到了一定的作用。

2.4 授課方式靈活多變

實(shí)踐課程信息化后，能夠有效地改變和彌補(bǔ)傳統(tǒng)授課方式不夠靈活、受外界環(huán)境影響大的缺點(diǎn)。信息化教學(xué)模擬，既可以將學(xué)生集中到一起進(jìn)行學(xué)習(xí)，也可以通過給學(xué)生提供教學(xué)資料，進(jìn)行線上教學(xué)，使學(xué)生無論在家還是在校均能獲得良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，同時(shí)授課時(shí)間也可以更加自由，不用像線下現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐教學(xué)那樣需要有固定的時(shí)間，一旦錯(cuò)過實(shí)習(xí)時(shí)間，在短期內(nèi)便沒有機(jī)會(huì)再次參加。即使遇到類似新冠疫情這種全國(guó)性突發(fā)事件導(dǎo)致的不能正常線下教學(xué)的情況，仍能保障專業(yè)實(shí)踐課程的順利進(jìn)行，為保證學(xué)生培養(yǎng)方案的全部完成提供了一定的助力，提高了學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

3 采礦工程專業(yè)實(shí)踐課程信息化教學(xué)體系建設(shè)

實(shí)踐課程信息化雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但是并不意味著我們要擯棄傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐教學(xué)，它是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐教學(xué)的一些補(bǔ)充。同時(shí)，要想充分發(fā)揮實(shí)踐課程信息化的優(yōu)點(diǎn)，就要有體系、正確地使用信息化教學(xué)，否則可能會(huì)起到相反的作用。因此，對(duì)高校及教師使用信息化教學(xué)提出如下幾點(diǎn)建議：

3.1 傳統(tǒng)教學(xué)方式與信息化教學(xué)方式相結(jié)合

傳統(tǒng)教學(xué)方式雖然有不足之處，但是其優(yōu)點(diǎn)是教師和學(xué)生能夠現(xiàn)場(chǎng)溝通，教師起到引導(dǎo)和講解作用，具有很強(qiáng)的直觀性和體驗(yàn)性，雖然虛擬仿真等信息化技術(shù)也具有直觀性，但是目前這點(diǎn)與現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)是無法比擬的?？梢栽趥鹘y(tǒng)的教學(xué)方式中加入信息化教學(xué)，如講到抽象的、晦澀難懂的專業(yè)知識(shí)時(shí)，教師可以先將知識(shí)講解一遍，然后使用影音等技術(shù)將要講解的知識(shí)展示出來，同時(shí)再次結(jié)合影音等進(jìn)行講解，展示、講解、引導(dǎo)相結(jié)合，使學(xué)生達(dá)到醍醐灌頂?shù)男Ч?。在上課過程中切忌完全拋棄傳統(tǒng)教學(xué)方式，全程使用影音、虛擬仿真等信息化教學(xué)方式，只展示，不講解，如此即使能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣也只是暫時(shí)的，最終學(xué)生會(huì)因不能充分理解新知識(shí)而失去學(xué)習(xí)興趣。

3.2 建立信息化教學(xué)平臺(tái)

信息化教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建可以充分發(fā)揮線上線下教學(xué)相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)。學(xué)?；?qū)W院將信息化后的課程上傳到構(gòu)建的信息化教學(xué)平臺(tái)上，如若學(xué)生有課上聽不懂的情況，可以在課后通過信息化教學(xué)平臺(tái)找到相關(guān)課程進(jìn)行復(fù)習(xí)。同時(shí)學(xué)生也可以根據(jù)自己的興趣或?qū)W習(xí)進(jìn)度在信息化教學(xué)平臺(tái)上自主學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和自主學(xué)習(xí)能力，也可以方便學(xué)生在進(jìn)行專業(yè)實(shí)踐課程時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)開啟前后學(xué)習(xí)與實(shí)踐課程相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，將現(xiàn)場(chǎng)學(xué)到的與課上學(xué)到的進(jìn)行對(duì)照，使學(xué)生達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的目的，使學(xué)生快速掌握專業(yè)知識(shí)技能。

3.3 充分開放虛擬仿真等資源

信息化的一大優(yōu)點(diǎn)就是方便。要將建成的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室等教學(xué)資源充分對(duì)學(xué)生開放，充分發(fā)揮信息化教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)。比如學(xué)生可以以班或宿舍為單位隨時(shí)提出申請(qǐng)進(jìn)入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行學(xué)習(xí)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，而不是單純地開設(shè)一節(jié)課程，集中學(xué)習(xí)之后便將實(shí)驗(yàn)室關(guān)閉，這就違背了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)目的，不能完全發(fā)揮其效果。同時(shí)學(xué)?；?qū)W院可以構(gòu)建線上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生可以通過學(xué)號(hào)和密碼或其他方式隨時(shí)登錄進(jìn)入學(xué)習(xí)，以達(dá)到充分利用教學(xué)資源和充分發(fā)揮信息化教學(xué)優(yōu)點(diǎn)的目的。

3.4 建立考核反饋體系

為了使學(xué)生能夠檢驗(yàn)自己的學(xué)習(xí)情況，線上信息化教學(xué)平臺(tái)和線上虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以建立考核反饋體系，即學(xué)生在線上所有環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)或操作完成以后，可以打開考核反饋體系，系統(tǒng)會(huì)圍繞學(xué)生學(xué)習(xí)和操作內(nèi)容隨機(jī)出題，學(xué)生可以在線上對(duì)習(xí)題進(jìn)行作答，當(dāng)學(xué)生提交習(xí)題答案后系統(tǒng)能夠自動(dòng)評(píng)判學(xué)生所答內(nèi)容的對(duì)錯(cuò)，并給出詳細(xì)的答案解析，以便學(xué)生能夠自行檢查所學(xué)成果，找到自己學(xué)習(xí)的不足之處，達(dá)到查漏補(bǔ)缺的目的，有助于學(xué)生的下一步學(xué)習(xí)和提高。

4 結(jié)語

隨著科技的發(fā)展，信息化技術(shù)越來越普遍，在生活中的應(yīng)用也越來越多。高校的教育教學(xué)承擔(dān)著為國(guó)家培養(yǎng)科技人才和為相關(guān)行業(yè)輸送專業(yè)技能人才的目的，要順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，將信息化技術(shù)應(yīng)用到教育教學(xué)當(dāng)中，改善和彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)方式的不足。采礦工程作為傳統(tǒng)的工科專業(yè)，其專業(yè)實(shí)踐課程的教學(xué)非常適合信息化教學(xué)方式，相關(guān)專業(yè)類高校應(yīng)將傳統(tǒng)教學(xué)模式與信息化教學(xué)模式相結(jié)合，建立完善的信息化教學(xué)體系，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)點(diǎn)，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、自主性，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。