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》是我校的專業(yè)特色課程，同時又是一門實踐性很強(qiáng)的課程。為滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證對本科生培養(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)實習(xí)、虛擬仿真實驗、先進(jìn)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(xué)結(jié)果顯示這種方法可大大地提升該門課程的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：專業(yè)認(rèn)證；礦山機(jī)械；理論教學(xué)；實踐教學(xué)；虛擬仿真

一、工程教育專業(yè)認(rèn)證對《礦山機(jī)械》教學(xué)的要求

我國的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了畢業(yè)生在進(jìn)入職業(yè)時具備基本的能力要求，對于大機(jī)械專業(yè)來說，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)計開發(fā)、生產(chǎn)制造、質(zhì)量和管理方面的才能。通過學(xué)習(xí)《礦山機(jī)械》基本知識，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)專業(yè)方向的技術(shù)方法，具備對復(fù)雜礦山工程問題進(jìn)行分析和實證研究的能力；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、運行維護(hù)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(biāo)和制約條件，能夠?qū)ψ约旱脑O(shè)計合理性進(jìn)行分析；能夠針對給定的煤礦工程問題提出經(jīng)濟(jì)、合理的解決方案。在設(shè)計和使用礦山機(jī)械設(shè)備時遵守法律法規(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)識礦山機(jī)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(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(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(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計和使用中，而目前的教學(xué)過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，這樣會造成畢業(yè)的學(xué)生理論知識和實踐脫節(jié)，對現(xiàn)場的先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)缺乏了解和認(rèn)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(xué)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(xué)生只能被動地聽課，知識點抽象、枯燥，腦海里沒有感性認(rèn)識，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)方法來提高該門課程的教學(xué)質(zhì)量。

三、幾種教學(xué)改革方法在整個教學(xué)活動中的應(yīng)用

1.生產(chǎn)實習(xí)—結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場開展教學(xué)活動，加強(qiáng)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。生產(chǎn)實習(xí)的教學(xué)目標(biāo)是一方面通過現(xiàn)場實習(xí)、參觀、聽取報告等形式，使學(xué)生鞏固和深化所學(xué)理論知識，并將理論與實踐相結(jié)合，在實踐中提高學(xué)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(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計打下良好基礎(chǔ)；另一方面使學(xué)生進(jìn)一步接觸社會、認(rèn)識社會，提高社會交往能力、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)生的良好專業(yè)素質(zhì)，為今后從事工程設(shè)計工作打好基礎(chǔ)。大機(jī)械專業(yè)的本科生三年級下學(xué)期舉行為期三周的生產(chǎn)實習(xí)，由富有教學(xué)經(jīng)驗和現(xiàn)場經(jīng)驗的老師帶領(lǐng)學(xué)生深入煤礦和煤礦機(jī)械加工企業(yè)，有針對性地參觀熟悉各種類型的礦山機(jī)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(jī)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(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?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)的安裝調(diào)試過程，皮帶輸送機(jī)的安裝和調(diào)試過程，在其機(jī)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(tuán)田集機(jī)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(xué)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(xí)可以讓學(xué)生對礦山機(jī)械的產(chǎn)品有一個真實的認(rèn)識和了解，為大四開設(shè)《礦山機(jī)械》課程奠定了堅實的實物認(rèn)識基礎(chǔ)。2.虛擬仿真實驗在教學(xué)中的應(yīng)用[3]—產(chǎn)品的動畫演示。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(xué)軟件包和開放式虛擬仿真實驗教學(xué)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(zhǔn)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(jìn)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(xì)介紹。該系統(tǒng)模擬礦井實際生產(chǎn)環(huán)境，在理論教學(xué)階段充分利用該仿真實驗室資源，讓學(xué)生融入課堂，使枯燥的機(jī)械知識點活躍起來，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(jī)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(xué)習(xí)，使學(xué)生對礦山機(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)知識學(xué)習(xí)的同時能正確認(rèn)識礦山機(jī)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(jì)、法律以及文化的影響。3.現(xiàn)場錄像在教學(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(jī)械廠、選煤廠等進(jìn)行實地考察，拍攝了大量的礦山機(jī)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(xué)課件中，使課堂的理論教學(xué)內(nèi)容更加豐富、生動，讓學(xué)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(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)提供的軌道運行；刮板機(jī)負(fù)責(zé)運輸煤炭并且為液壓支架的移架提供支點；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)備并同時為刮板機(jī)的推溜提供支點。主井井筒提升錄像讓學(xué)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(jī)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(jìn)、運輸?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)計環(huán)節(jié)的指導(dǎo)。專業(yè)課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計是機(jī)械專業(yè)的本科教學(xué)的兩項重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是將機(jī)械的理論知識運用到實際礦山機(jī)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(jì)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(xué)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(xiàn)，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(dǎo)和監(jiān)督，老師從布置設(shè)計題目開始全程參與學(xué)生設(shè)計過程，解決學(xué)生遇到的問題，指導(dǎo)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(xì)節(jié)，個別問題單獨輔導(dǎo)，共性問題集中輔導(dǎo)講解，經(jīng)過完整的設(shè)計過程的鍛煉，學(xué)生基本上具備了將所學(xué)的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識應(yīng)用到產(chǎn)品的設(shè)計、管理和維護(hù)的實際應(yīng)用中去的能力，實現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)“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(qiáng)與煤礦科研院所和企業(yè)的合作。為了拓展學(xué)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(xué)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(xué)，每年的生產(chǎn)實習(xí)開始時，學(xué)院都會邀請企業(yè)的工程師來校給學(xué)生們介紹企業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品、最新的產(chǎn)品開發(fā)及研究方向，讓學(xué)生們有針對性地去實習(xí)。

四、教學(xué)效果分析

通過對2014年機(jī)械專業(yè)通過專業(yè)認(rèn)證以來的礦山機(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)到了專業(yè)認(rèn)證對培養(yǎng)目標(biāo)的要求。另外通過對近三年機(jī)械專業(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)械專業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)、設(shè)備維護(hù)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(xué)機(jī)械工程學(xué)院