提升礦山機械教學質(zhì)量的方法研究
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摘要：《礦山機械》是我校的專業(yè)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(yè)認證對本科生培養(yǎng)目標的要求，讓學生更好地掌握礦山機械設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成和工作原理以及最前沿的先進技術(shù)，本文提出改變傳統(tǒng)的教學模式，采用生產(chǎn)實習、虛擬仿真實驗、先進產(chǎn)品的動畫演示以及現(xiàn)場工作錄像相結(jié)合的方式來詮釋書本上的理論知識，教學結(jié)果顯示這種方法可大大地提升該門課程的教學效果。
關(guān)鍵詞：專業(yè)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(yè)認證對《礦山機械》教學的要求
我國的認證標準規(guī)定了畢業(yè)生在進入職業(yè)時具備基本的能力要求，對于大機械專業(yè)來說，要求畢業(yè)生具備創(chuàng)新能力、適應機械行業(yè)的快速發(fā)展，具有機電產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)、生產(chǎn)制造、質(zhì)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(guān)設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)和工作原理，及相關(guān)專業(yè)方向的技術(shù)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(shè)備選型原理與方法，能承擔礦山機械設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計、運行維護和管理等工作；能夠獨立完成設(shè)計的全過程，并滿足所提出的設(shè)計指標和制約條件，能夠?qū)ψ约旱脑O(shè)計合理性進行分析；能夠針對給定的煤礦工程問題提出經(jīng)濟、合理的解決方案。在設(shè)計和使用礦山機械設(shè)備時遵守法律法規(guī)與相關(guān)標準，能夠根據(jù)相關(guān)標準及法規(guī)考慮工程實施方案；理解并遵守礦山機械行業(yè)相關(guān)技術(shù)標準、管理和質(zhì)量標準；能正確認識礦山機械工程實踐對于環(huán)境和社會可持續(xù)發(fā)展以及對社會、健康、安全、經(jīng)濟、法律以及文化的影響。
二、傳統(tǒng)教學模式的不足以及現(xiàn)有教材的相對滯后
《礦山機械》課程的主要內(nèi)容涵蓋煤礦通用的采掘設(shè)備、礦井支護設(shè)備以及礦井提升、運輸和礦山流體機械等，具體介紹這些設(shè)備典型機型的用途、結(jié)構(gòu)、工作原理、使用性能及維護、設(shè)計選型方法等內(nèi)容。礦山機械設(shè)備大都屬于大型設(shè)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(yè)經(jīng)過近幾年的快速發(fā)展，礦山機械設(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、采掘工作面無人化開采技術(shù)與裝備等大量新技術(shù)不斷地運用到新型的礦山機械產(chǎn)品的設(shè)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(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)場使用的設(shè)備差距較大，遠遠跟不上礦山機械的發(fā)展步伐，這樣會造成畢業(yè)的學生理論知識和實踐脫節(jié)，對現(xiàn)場的先進設(shè)備和技術(shù)缺乏了解和認識，對礦山設(shè)備的前沿技術(shù)不了解，無法勝任現(xiàn)場的實際工作。另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的教學方法基本上是教師對著圖紙講授某種設(shè)備的結(jié)構(gòu)、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(nèi)容。因此迫切需要改革教學方法來提高該門課程的教學質(zhì)量。
三、幾種教學改革方法在整個教學活動中的應用
1.生產(chǎn)實習—結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場開展教學活動，加強實踐教學環(huán)節(jié)。生產(chǎn)實習的教學目標是一方面通過現(xiàn)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(jié)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(xù)專業(yè)課學習、畢業(yè)設(shè)計打下良好基礎(chǔ)；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(shù)人員的優(yōu)秀品質(zhì)和敬業(yè)精神，培養(yǎng)學生的良好專業(yè)素質(zhì)，為今后從事工程設(shè)計工作打好基礎(chǔ)。大機械專業(yè)的本科生三年級下學期舉行為期三周的生產(chǎn)實習，由富有教學經(jīng)驗和現(xiàn)場經(jīng)驗的老師帶領(lǐng)學生深入煤礦和煤礦機械加工企業(yè)，有針對性地參觀熟悉各種類型的礦山機械產(chǎn)品的加工、裝配過程；到煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場去親身體驗感受各種礦山機械設(shè)備在煤礦生產(chǎn)中的作用；到煤礦模擬實驗室參觀整個煤礦的結(jié)構(gòu)關(guān)系。在現(xiàn)場，帶隊老師或者現(xiàn)場工程技術(shù)人員會對一些設(shè)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(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)、通風系統(tǒng)等生產(chǎn)環(huán)節(jié)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(diào)試過程，皮帶輸送機的安裝和調(diào)試過程，在其機加工車間可以參觀各種設(shè)備零件的加工生產(chǎn)過程；在淮南礦業(yè)集團田集機械廠可以看到各種型號的液壓支架的裝配調(diào)試以及其零部件的加工生產(chǎn)過程；淮南職業(yè)技術(shù)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(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。通過這些現(xiàn)場的實習可以讓學生對礦山機械的產(chǎn)品有一個真實的認識和了解，為大四開設(shè)《礦山機械》課程奠定了堅實的實物認識基礎(chǔ)。2.虛擬仿真實驗在教學中的應用[3]—產(chǎn)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(tǒng)—G-float虛擬現(xiàn)實實驗平臺、模擬煤礦生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)教學軟件包和開放式虛擬仿真實驗教學管理平臺。該系統(tǒng)可以實現(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)和型號參數(shù)，準確繪制其三維實體模型，可視化立體展示功能；能實現(xiàn)各設(shè)備的工作原理演示，并能實現(xiàn)交互操作功能；多人在線協(xié)同實現(xiàn)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(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，點擊每個設(shè)備可以將其拉出來，查看該設(shè)備的工作原理和工作方式等的詳細介紹。該系統(tǒng)模擬礦井實際生產(chǎn)環(huán)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(fā)學生的學習熱情和積極性。學校的能源與安全學院建有現(xiàn)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(shè)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(shè)備在井下的工作環(huán)境有了直觀的了解，加強基礎(chǔ)知識學習的同時能正確認識礦山機械工程實踐對于環(huán)境和社會可持續(xù)發(fā)展以及對社會、健康、安全、經(jīng)濟、法律以及文化的影響。3.現(xiàn)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(shè)備在工作現(xiàn)場的實際工作環(huán)境和工作狀況，老師們通過各種渠道收集煤礦生產(chǎn)現(xiàn)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(shè)備的真實圖片，錄制了大量這些設(shè)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(nèi)容更加豐富、生動，讓學生如臨生產(chǎn)現(xiàn)場[5]。例如通過觀看綜采工作面的現(xiàn)場采煤錄像讓學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(qū)的支護，保護采煤機和刮板機等設(shè)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(guī)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?shù)认到y(tǒng)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(zhì)量。4.加強礦山機械設(shè)計環(huán)節(jié)的指導。專業(yè)課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計是機械專業(yè)的本科教學的兩項重要的實踐教學環(huán)節(jié)，是將機械的理論知識運用到實際礦山機械設(shè)備設(shè)計中的重要手段。設(shè)計題目通常來自礦山生產(chǎn)一線，產(chǎn)品從方案設(shè)計到固廢處理全過程，其中設(shè)計內(nèi)容包括：方案設(shè)計與比較、結(jié)構(gòu)設(shè)計、參數(shù)設(shè)計、經(jīng)濟核算、設(shè)計過程中涉及的法律法規(guī)；圖紙包括繪制所設(shè)計的產(chǎn)品的裝配總圖、主要部件的裝配圖、主要零件的零件圖。學生在設(shè)計過程中首先要查閱大量相關(guān)產(chǎn)品的參考文獻，了解產(chǎn)品的用途、發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢；其次要歸納此次設(shè)計過程中要解決的技術(shù)問題、設(shè)計的時間計劃安排。整個過程離不開老師的正確指導和監(jiān)督，老師從布置設(shè)計題目開始全程參與學生設(shè)計過程，解決學生遇到的問題，指導設(shè)計方案的比較和選取、理論分析和計算、結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計、圖紙繪制軟件使用和說明書撰寫的相關(guān)細節(jié)，個別問題單獨輔導，共性問題集中輔導講解，經(jīng)過完整的設(shè)計過程的鍛煉，學生基本上具備了將所學的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識應用到產(chǎn)品的設(shè)計、管理和維護的實際應用中去的能力，實現(xiàn)培養(yǎng)目標“具備從事生產(chǎn)設(shè)計、解決煤礦現(xiàn)場工程實際問題的能力”。5.加強與煤礦科研院所和企業(yè)的合作。為了拓展學生的國際視野，了解國內(nèi)外最前沿的煤礦產(chǎn)品及設(shè)備的發(fā)展動態(tài)，學院不定期地邀請本行業(yè)的專家、企業(yè)工程技術(shù)人員來院講學，每年的生產(chǎn)實習開始時，學院都會邀請企業(yè)的工程師來校給學生們介紹企業(yè)的主導產(chǎn)品、最新的產(chǎn)品開發(fā)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(yè)通過專業(yè)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(yè)認證對培養(yǎng)目標的要求。另外通過對近三年機械專業(yè)畢業(yè)生的跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學生能很好地適應礦山機械專業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)、設(shè)備維護等現(xiàn)場工作。
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作者：尹中會 張安寧 蘇暢 單位：安徽理工大學機械工程學院