提升礦山機械教學質量的方法研究

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摘要：《礦山機械》是我校的專業特色課程，同時又是一門實踐性很強的課程。為滿足工程教育專業認證對本科生培養目標的要求，讓學生更好地掌握礦山機械設備的結構組成和工作原理以及最前沿的先進技術，本文提出改變傳統的教學模式，采用生產實習、虛擬仿真實驗、先進產品的動畫演示以及現場工作錄像相結合的方式來詮釋書本上的理論知識，教學結果顯示這種方法可大大地提升該門課程的教學效果。

關鍵詞：專業認證；礦山機械；理論教學；實踐教學；虛擬仿真

一、工程教育專業認證對《礦山機械》教學的要求

我國的認證標準規定了畢業生在進入職業時具備基本的能力要求，對于大機械專業來說，要求畢業生具備創新能力、適應機械行業的快速發展，具有機電產品的設計開發、生產制造、質量和管理方面的才能。通過學習《礦山機械》基本知識，掌握礦山機械相關設備的用途、結構和工作原理，及相關專業方向的技術方法，具備對復雜礦山工程問題進行分析和實證研究的能力；了解并掌握礦山機械設備選型原理與方法，能承擔礦山機械設備系統設計、運行維護和管理等工作；能夠獨立完成設計的全過程，并滿足所提出的設計指標和制約條件，能夠對自己的設計合理性進行分析；能夠針對給定的煤礦工程問題提出經濟、合理的解決方案。在設計和使用礦山機械設備時遵守法律法規與相關標準，能夠根據相關標準及法規考慮工程實施方案；理解并遵守礦山機械行業相關技術標準、管理和質量標準；能正確認識礦山機械工程實踐對于環境和社會可持續發展以及對社會、健康、安全、經濟、法律以及文化的影響。

二、傳統教學模式的不足以及現有教材的相對滯后

《礦山機械》課程的主要內容涵蓋煤礦通用的采掘設備、礦井支護設備以及礦井提升、運輸和礦山流體機械等，具體介紹這些設備典型機型的用途、結構、工作原理、使用性能及維護、設計選型方法等內容。礦山機械設備大都屬于大型設備，價格昂貴，購買作為教具存在一定的難度[2]。我國煤炭行業經過近幾年的快速發展，礦山機械設備也有了日新月異的發展，結構上更加優化，功率逐漸增大，生產效率逐漸提高，自動化程度更高，性能更加完善可靠。智能化、數字化、采掘工作面無人化開采技術與裝備等大量新技術不斷地運用到新型的礦山機械產品的設計和使用中，而目前的教學過程中使用的教材和教學方法都跟不上發展的需要，一方面是使用的教材中所選用的設備比較老舊，缺乏最新的產品和技術，和現場使用的設備差距較大，遠遠跟不上礦山機械的發展步伐，這樣會造成畢業的學生理論知識和實踐脫節，對現場的先進設備和技術缺乏了解和認識，對礦山設備的前沿技術不了解，無法勝任現場的實際工作。另一方面傳統的教學方法基本上是教師對著圖紙講授某種設備的結構、工作原理、用途等知識點，學生只能被動地聽課，知識點抽象、枯燥，腦海里沒有感性認識，這樣很難讓學生掌握和理解所講授的內容。因此迫切需要改革教學方法來提高該門課程的教學質量。

三、幾種教學改革方法在整個教學活動中的應用

1.生產實習—結合生產現場開展教學活動，加強實踐教學環節。生產實習的教學目標是一方面通過現場實習、參觀、聽取報告等形式，使學生鞏固和深化所學理論知識，并將理論與實踐相結合，在實踐中提高學生觀察問題、分析問題以及解決問題的能力，為后續專業課學習、畢業設計打下良好基礎；另一方面使學生進一步接觸社會、認識社會，提高社會交往能力、學習工人師傅和工程技術人員的優秀品質和敬業精神，培養學生的良好專業素質，為今后從事工程設計工作打好基礎。大機械專業的本科生三年級下學期舉行為期三周的生產實習，由富有教學經驗和現場經驗的老師帶領學生深入煤礦和煤礦機械加工企業，有針對性地參觀熟悉各種類型的礦山機械產品的加工、裝配過程；到煤礦生產現場去親身體驗感受各種礦山機械設備在煤礦生產中的作用；到煤礦模擬實驗室參觀整個煤礦的結構關系。在現場，帶隊老師或者現場工程技術人員會對一些設備或工藝進行介紹，以便學生更好地了解和掌握所參觀的內容。例如在淮南潘一礦可以參觀礦井提升系統、壓氣系統、通風系統等生產環節的實際運行情況；在淮南凱盛重工有限公司的總裝車間就能看到各類絞車裝配過程，多種型號部分斷面掘進機的安裝調試過程，皮帶輸送機的安裝和調試過程，在其機加工車間可以參觀各種設備零件的加工生產過程；在淮南礦業集團田集機械廠可以看到各種型號的液壓支架的裝配調試以及其零部件的加工生產過程；淮南職業技術學院的地下仿真采煤工作面實驗室展示了煤礦綜掘工作面和綜采工作面的各種設備及其相互間位置布置關系，如同置身于煤礦井下的綜掘和綜采現場。通過這些現場的實習可以讓學生對礦山機械的產品有一個真實的認識和了解，為大四開設《礦山機械》課程奠定了堅實的實物認識基礎。2.虛擬仿真實驗在教學中的應用[3]—產品的動畫演示。為了提高礦山機械的教學效果，學院建立了礦山機械虛擬實驗系統—G-float虛擬現實實驗平臺、模擬煤礦生產虛擬現實系統教學軟件包和開放式虛擬仿真實驗教學管理平臺。該系統可以實現模型建立，依據各生產系統給定設備的技術參數和型號參數，準確繪制其三維實體模型，可視化立體展示功能；能實現各設備的工作原理演示，并能實現交互操作功能；多人在線協同實現多人在線操作，一個班級可以分成若干個小組進行實驗，在交互操作下，可實現模型的多視角的觀察。以綜采工作面為例，系統可以在綜采工作面目錄下調出該工作面所有的配套設備，點擊每個設備可以將其拉出來，查看該設備的工作原理和工作方式等的詳細介紹。該系統模擬礦井實際生產環境，在理論教學階段充分利用該仿真實驗室資源，讓學生融入課堂，使枯燥的機械知識點活躍起來，激發學生的學習熱情和積極性。學校的能源與安全學院建有現代化礦井仿真模型實驗室、采煤工藝模型室、模擬開拓巷道、模擬工作面，模型涵蓋了《礦山機械》里的大部分通用設備[4]。通過對這些模型實驗室的參觀學習，使學生對礦山機械設備在井下的工作環境有了直觀的了解，加強基礎知識學習的同時能正確認識礦山機械工程實踐對于環境和社會可持續發展以及對社會、健康、安全、經濟、法律以及文化的影響。3.現場錄像在教學中的應用。為了讓學生更直觀地了解礦山機械設備在工作現場的實際工作環境和工作狀況，老師們通過各種渠道收集煤礦生產現場的錄像，深入礦山、井下、礦山機械廠、選煤廠等進行實地考察，拍攝了大量的礦山機械設備的真實圖片，錄制了大量這些設備工作的過程的視頻錄像，將收集到的這些資料整理插入多媒體教學課件中，使課堂的理論教學內容更加豐富、生動，讓學生如臨生產現場[5]。例如通過觀看綜采工作面的現場采煤錄像讓學一方面了解了工作面惡劣的工作環境，更主要的是綜采工作面的“三機配套”布置方式和各自的功能，采煤機完成落煤和裝煤并且沿著刮板機提供的軌道運行；刮板機負責運輸煤炭并且為液壓支架的移架提供支點；液壓支架負責采空區的支護，保護采煤機和刮板機等設備并同時為刮板機的推溜提供支點。主井井筒提升錄像讓學生清晰地了解提升過程中提升容器的運行速度變化規律，提升機啟動和制動過程，容器在井底的裝載和在井口的卸載過程，其他的還有井下的掘進、運輸等系統的視頻錄像等等。視頻教學激起了學生濃厚的學習熱情和興趣，有力地保障了課堂教學質量。4.加強礦山機械設計環節的指導。專業課程設計和畢業設計是機械專業的本科教學的兩項重要的實踐教學環節，是將機械的理論知識運用到實際礦山機械設備設計中的重要手段。設計題目通常來自礦山生產一線，產品從方案設計到固廢處理全過程，其中設計內容包括：方案設計與比較、結構設計、參數設計、經濟核算、設計過程中涉及的法律法規；圖紙包括繪制所設計的產品的裝配總圖、主要部件的裝配圖、主要零件的零件圖。學生在設計過程中首先要查閱大量相關產品的參考文獻，了解產品的用途、發展現狀及未來發展趨勢；其次要歸納此次設計過程中要解決的技術問題、設計的時間計劃安排。整個過程離不開老師的正確指導和監督，老師從布置設計題目開始全程參與學生設計過程，解決學生遇到的問題，指導設計方案的比較和選取、理論分析和計算、結構的合理設計、圖紙繪制軟件使用和說明書撰寫的相關細節，個別問題單獨輔導，共性問題集中輔導講解，經過完整的設計過程的鍛煉，學生基本上具備了將所學的基礎知識和專業知識應用到產品的設計、管理和維護的實際應用中去的能力，實現培養目標“具備從事生產設計、解決煤礦現場工程實際問題的能力”。5.加強與煤礦科研院所和企業的合作。為了拓展學生的國際視野，了解國內外最前沿的煤礦產品及設備的發展動態，學院不定期地邀請本行業的專家、企業工程技術人員來院講學，每年的生產實習開始時，學院都會邀請企業的工程師來校給學生們介紹企業的主導產品、最新的產品開發及研究方向，讓學生們有針對性地去實習。

四、教學效果分析

通過對2014年機械專業通過專業認證以來的礦山機械試卷達成度分析，可以看出采取上述教學方法取得了明顯的教學效果，每次達成度都在0.8左右，達到了專業認證對培養目標的要求。另外通過對近三年機械專業畢業生的跟蹤調查發現，學生能很好地適應礦山機械專業的產品設計研發、設備維護等現場工作。

參考文獻：

[1]苗揚,張小軍.工程教育專業認證背景下的流體傳動與控制課程建設創新體系研究[J].教育教學論壇,2016,37(9):73-74.

[2]官鑫.大型礦山機械設備虛擬仿真系統設計與研發[D].遼寧科技大學,2016.

[3]劉訓濤,周廣林,孫月華.虛擬現實技術在”礦山機械”教學中的應用[J].黑龍江教育:高教研究與評估,2011,(7):73-74.

[4]蘇暢,嚴灼.《礦山機械》教學與研究[J].教育教學論壇,2016,(45):218-219.

[5]燕碧娟,王志霞,李自貴.仿真教學在礦山機械課程體系中的應用[J].教學研究,2014,37(4):77-79.

作者：尹中會 張安寧 蘇暢 單位：安徽理工大學機械工程學院