提升礦山機(jī)械教學(xué)質(zhì)量的方法研究
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摘要：《礦山機(jī)械》是我校的專(zhuān)業(yè)特色課程，同時(shí)又是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。為滿足工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證對(duì)本科生培養(yǎng)目標(biāo)的要求，讓學(xué)生更好地掌握礦山機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成和工作原理以及最前沿的先進(jìn)技術(shù)，本文提出改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，采用生產(chǎn)實(shí)習(xí)、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、先進(jìn)產(chǎn)品的動(dòng)畫(huà)演示以及現(xiàn)場(chǎng)工作錄像相結(jié)合的方式來(lái)詮釋書(shū)本上的理論知識(shí)，教學(xué)結(jié)果顯示這種方法可大大地提升該門(mén)課程的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：專(zhuān)業(yè)認(rèn)證；礦山機(jī)械；理論教學(xué)；實(shí)踐教學(xué)；虛擬仿真
一、工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證對(duì)《礦山機(jī)械》教學(xué)的要求
我國(guó)的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了畢業(yè)生在進(jìn)入職業(yè)時(shí)具備基本的能力要求，對(duì)于大機(jī)械專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō)，要求畢業(yè)生具備創(chuàng)新能力、適應(yīng)機(jī)械行業(yè)的快速發(fā)展，具有機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)制造、質(zhì)量和管理方面的才能。通過(guò)學(xué)習(xí)《礦山機(jī)械》基本知識(shí)，掌握礦山機(jī)械相關(guān)設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)和工作原理，及相關(guān)專(zhuān)業(yè)方向的技術(shù)方法，具備對(duì)復(fù)雜礦山工程問(wèn)題進(jìn)行分析和實(shí)證研究的能力；了解并掌握礦山機(jī)械設(shè)備選型原理與方法，能承擔(dān)礦山機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)和管理等工作；能夠獨(dú)立完成設(shè)計(jì)的全過(guò)程，并滿足所提出的設(shè)計(jì)指標(biāo)和制約條件，能夠?qū)ψ约旱脑O(shè)計(jì)合理性進(jìn)行分析；能夠針對(duì)給定的煤礦工程問(wèn)題提出經(jīng)濟(jì)、合理的解決方案。在設(shè)計(jì)和使用礦山機(jī)械設(shè)備時(shí)遵守法律法規(guī)與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，能夠根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)考慮工程實(shí)施方案；理解并遵守礦山機(jī)械行業(yè)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；能正確認(rèn)識(shí)礦山機(jī)械工程實(shí)踐對(duì)于環(huán)境和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展以及對(duì)社會(huì)、健康、安全、經(jīng)濟(jì)、法律以及文化的影響。
二、傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足以及現(xiàn)有教材的相對(duì)滯后
《礦山機(jī)械》課程的主要內(nèi)容涵蓋煤礦通用的采掘設(shè)備、礦井支護(hù)設(shè)備以及礦井提升、運(yùn)輸和礦山流體機(jī)械等，具體介紹這些設(shè)備典型機(jī)型的用途、結(jié)構(gòu)、工作原理、使用性能及維護(hù)、設(shè)計(jì)選型方法等內(nèi)容。礦山機(jī)械設(shè)備大都屬于大型設(shè)備，價(jià)格昂貴，購(gòu)買(mǎi)作為教具存在一定的難度[2]。我國(guó)煤炭行業(yè)經(jīng)過(guò)近幾年的快速發(fā)展，礦山機(jī)械設(shè)備也有了日新月異的發(fā)展，結(jié)構(gòu)上更加優(yōu)化，功率逐漸增大，生產(chǎn)效率逐漸提高，自動(dòng)化程度更高，性能更加完善可靠。智能化、數(shù)字化、采掘工作面無(wú)人化開(kāi)采技術(shù)與裝備等大量新技術(shù)不斷地運(yùn)用到新型的礦山機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和使用中，而目前的教學(xué)過(guò)程中使用的教材和教學(xué)方法都跟不上發(fā)展的需要，一方面是使用的教材中所選用的設(shè)備比較老舊，缺乏最新的產(chǎn)品和技術(shù)，和現(xiàn)場(chǎng)使用的設(shè)備差距較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上礦山機(jī)械的發(fā)展步伐，這樣會(huì)造成畢業(yè)的學(xué)生理論知識(shí)和實(shí)踐脫節(jié)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)缺乏了解和認(rèn)識(shí)，對(duì)礦山設(shè)備的前沿技術(shù)不了解，無(wú)法勝任現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工作。另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的教學(xué)方法基本上是教師對(duì)著圖紙講授某種設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理、用途等知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生只能被動(dòng)地聽(tīng)課，知識(shí)點(diǎn)抽象、枯燥，腦海里沒(méi)有感性認(rèn)識(shí)，這樣很難讓學(xué)生掌握和理解所講授的內(nèi)容。因此迫切需要改革教學(xué)方法來(lái)提高該門(mén)課程的教學(xué)質(zhì)量。
三、幾種教學(xué)改革方法在整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中的應(yīng)用
1.生產(chǎn)實(shí)習(xí)—結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。生產(chǎn)實(shí)習(xí)的教學(xué)目標(biāo)是一方面通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)、參觀、聽(tīng)取報(bào)告等形式，使學(xué)生鞏固和深化所學(xué)理論知識(shí)，并將理論與實(shí)踐相結(jié)合，在實(shí)踐中提高學(xué)生觀察問(wèn)題、分析問(wèn)題以及解決問(wèn)題的能力，為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)打下良好基礎(chǔ)；另一方面使學(xué)生進(jìn)一步接觸社會(huì)、認(rèn)識(shí)社會(huì)，提高社會(huì)交往能力、學(xué)習(xí)工人師傅和工程技術(shù)人員的優(yōu)秀品質(zhì)和敬業(yè)精神，培養(yǎng)學(xué)生的良好專(zhuān)業(yè)素質(zhì)，為今后從事工程設(shè)計(jì)工作打好基礎(chǔ)。大機(jī)械專(zhuān)業(yè)的本科生三年級(jí)下學(xué)期舉行為期三周的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，由富有教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的老師帶領(lǐng)學(xué)生深入煤礦和煤礦機(jī)械加工企業(yè)，有針對(duì)性地參觀熟悉各種類(lèi)型的礦山機(jī)械產(chǎn)品的加工、裝配過(guò)程；到煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)去親身體驗(yàn)感受各種礦山機(jī)械設(shè)備在煤礦生產(chǎn)中的作用；到煤礦模擬實(shí)驗(yàn)室參觀整個(gè)煤礦的結(jié)構(gòu)關(guān)系。在現(xiàn)場(chǎng)，帶隊(duì)老師或者現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員會(huì)對(duì)一些設(shè)備或工藝進(jìn)行介紹，以便學(xué)生更好地了解和掌握所參觀的內(nèi)容。例如在淮南潘一礦可以參觀礦井提升系統(tǒng)、壓氣系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的實(shí)際運(yùn)行情況；在淮南凱盛重工有限公司的總裝車(chē)間就能看到各類(lèi)絞車(chē)裝配過(guò)程，多種型號(hào)部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)的安裝調(diào)試過(guò)程，皮帶輸送機(jī)的安裝和調(diào)試過(guò)程，在其機(jī)加工車(chē)間可以參觀各種設(shè)備零件的加工生產(chǎn)過(guò)程；在淮南礦業(yè)集團(tuán)田集機(jī)械廠可以看到各種型號(hào)的液壓支架的裝配調(diào)試以及其零部件的加工生產(chǎn)過(guò)程；淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院的地下仿真采煤工作面實(shí)驗(yàn)室展示了煤礦綜掘工作面和綜采工作面的各種設(shè)備及其相互間位置布置關(guān)系，如同置身于煤礦井下的綜掘和綜采現(xiàn)場(chǎng)。通過(guò)這些現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)習(xí)可以讓學(xué)生對(duì)礦山機(jī)械的產(chǎn)品有一個(gè)真實(shí)的認(rèn)識(shí)和了解，為大四開(kāi)設(shè)《礦山機(jī)械》課程奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)物認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)。2.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用[3]—產(chǎn)品的動(dòng)畫(huà)演示。為了提高礦山機(jī)械的教學(xué)效果，學(xué)院建立了礦山機(jī)械虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)—G-float虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、模擬煤礦生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)教學(xué)軟件包和開(kāi)放式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)模型建立，依據(jù)各生產(chǎn)系統(tǒng)給定設(shè)備的技術(shù)參數(shù)和型號(hào)參數(shù)，準(zhǔn)確繪制其三維實(shí)體模型，可視化立體展示功能；能實(shí)現(xiàn)各設(shè)備的工作原理演示，并能實(shí)現(xiàn)交互操作功能；多人在線協(xié)同實(shí)現(xiàn)多人在線操作，一個(gè)班級(jí)可以分成若干個(gè)小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在交互操作下，可實(shí)現(xiàn)模型的多視角的觀察。以綜采工作面為例，系統(tǒng)可以在綜采工作面目錄下調(diào)出該工作面所有的配套設(shè)備，點(diǎn)擊每個(gè)設(shè)備可以將其拉出來(lái)，查看該設(shè)備的工作原理和工作方式等的詳細(xì)介紹。該系統(tǒng)模擬礦井實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境，在理論教學(xué)階段充分利用該仿真實(shí)驗(yàn)室資源，讓學(xué)生融入課堂，使枯燥的機(jī)械知識(shí)點(diǎn)活躍起來(lái)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性。學(xué)校的能源與安全學(xué)院建有現(xiàn)代化礦井仿真模型實(shí)驗(yàn)室、采煤工藝模型室、模擬開(kāi)拓巷道、模擬工作面，模型涵蓋了《礦山機(jī)械》里的大部分通用設(shè)備[4]。通過(guò)對(duì)這些模型實(shí)驗(yàn)室的參觀學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)礦山機(jī)械設(shè)備在井下的工作環(huán)境有了直觀的了解，加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)的同時(shí)能正確認(rèn)識(shí)礦山機(jī)械工程實(shí)踐對(duì)于環(huán)境和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展以及對(duì)社會(huì)、健康、安全、經(jīng)濟(jì)、法律以及文化的影響。3.現(xiàn)場(chǎng)錄像在教學(xué)中的應(yīng)用。為了讓學(xué)生更直觀地了解礦山機(jī)械設(shè)備在工作現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工作環(huán)境和工作狀況，老師們通過(guò)各種渠道收集煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的錄像，深入礦山、井下、礦山機(jī)械廠、選煤廠等進(jìn)行實(shí)地考察，拍攝了大量的礦山機(jī)械設(shè)備的真實(shí)圖片，錄制了大量這些設(shè)備工作的過(guò)程的視頻錄像，將收集到的這些資料整理插入多媒體教學(xué)課件中，使課堂的理論教學(xué)內(nèi)容更加豐富、生動(dòng)，讓學(xué)生如臨生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)[5]。例如通過(guò)觀看綜采工作面的現(xiàn)場(chǎng)采煤錄像讓學(xué)一方面了解了工作面惡劣的工作環(huán)境，更主要的是綜采工作面的“三機(jī)配套”布置方式和各自的功能，采煤機(jī)完成落煤和裝煤并且沿著刮板機(jī)提供的軌道運(yùn)行；刮板機(jī)負(fù)責(zé)運(yùn)輸煤炭并且為液壓支架的移架提供支點(diǎn)；液壓支架負(fù)責(zé)采空區(qū)的支護(hù)，保護(hù)采煤機(jī)和刮板機(jī)等設(shè)備并同時(shí)為刮板機(jī)的推溜提供支點(diǎn)。主井井筒提升錄像讓學(xué)生清晰地了解提升過(guò)程中提升容器的運(yùn)行速度變化規(guī)律，提升機(jī)啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程，容器在井底的裝載和在井口的卸載過(guò)程，其他的還有井下的掘進(jìn)、運(yùn)輸?shù)认到y(tǒng)的視頻錄像等等。視頻教學(xué)激起了學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)熱情和興趣，有力地保障了課堂教學(xué)質(zhì)量。4.加強(qiáng)礦山機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的指導(dǎo)。專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)是機(jī)械專(zhuān)業(yè)的本科教學(xué)的兩項(xiàng)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是將機(jī)械的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際礦山機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)中的重要手段。設(shè)計(jì)題目通常來(lái)自礦山生產(chǎn)一線，產(chǎn)品從方案設(shè)計(jì)到固廢處理全過(guò)程，其中設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：方案設(shè)計(jì)與比較、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)核算、設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及的法律法規(guī)；圖紙包括繪制所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的裝配總圖、主要部件的裝配圖、主要零件的零件圖。學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中首先要查閱大量相關(guān)產(chǎn)品的參考文獻(xiàn)，了解產(chǎn)品的用途、發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)；其次要?dú)w納此次設(shè)計(jì)過(guò)程中要解決的技術(shù)問(wèn)題、設(shè)計(jì)的時(shí)間計(jì)劃安排。整個(gè)過(guò)程離不開(kāi)老師的正確指導(dǎo)和監(jiān)督，老師從布置設(shè)計(jì)題目開(kāi)始全程參與學(xué)生設(shè)計(jì)過(guò)程，解決學(xué)生遇到的問(wèn)題，指導(dǎo)設(shè)計(jì)方案的比較和選取、理論分析和計(jì)算、結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)、圖紙繪制軟件使用和說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)的相關(guān)細(xì)節(jié)，個(gè)別問(wèn)題單獨(dú)輔導(dǎo)，共性問(wèn)題集中輔導(dǎo)講解，經(jīng)過(guò)完整的設(shè)計(jì)過(guò)程的鍛煉，學(xué)生基本上具備了將所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)應(yīng)用到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、管理和維護(hù)的實(shí)際應(yīng)用中去的能力，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)“具備從事生產(chǎn)設(shè)計(jì)、解決煤礦現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)際問(wèn)題的能力”。5.加強(qiáng)與煤礦科研院所和企業(yè)的合作。為了拓展學(xué)生的國(guó)際視野，了解國(guó)內(nèi)外最前沿的煤礦產(chǎn)品及設(shè)備的發(fā)展動(dòng)態(tài)，學(xué)院不定期地邀請(qǐng)本行業(yè)的專(zhuān)家、企業(yè)工程技術(shù)人員來(lái)院講學(xué)，每年的生產(chǎn)實(shí)習(xí)開(kāi)始時(shí)，學(xué)院都會(huì)邀請(qǐng)企業(yè)的工程師來(lái)校給學(xué)生們介紹企業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品、最新的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及研究方向，讓學(xué)生們有針對(duì)性地去實(shí)習(xí)。
四、教學(xué)效果分析
通過(guò)對(duì)2014年機(jī)械專(zhuān)業(yè)通過(guò)專(zhuān)業(yè)認(rèn)證以來(lái)的礦山機(jī)械試卷達(dá)成度分析，可以看出采取上述教學(xué)方法取得了明顯的教學(xué)效果，每次達(dá)成度都在0.8左右，達(dá)到了專(zhuān)業(yè)認(rèn)證對(duì)培養(yǎng)目標(biāo)的要求。另外通過(guò)對(duì)近三年機(jī)械專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生的跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生能很好地適應(yīng)礦山機(jī)械專(zhuān)業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)、設(shè)備維護(hù)等現(xiàn)場(chǎng)工作。
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作者：尹中會(huì) 張安寧 蘇暢 單位：安徽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院