礦業(yè)工程類立體化教材建設(shè)

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【摘要】教育信息化時(shí)代，隨著我國教學(xué)改革的深入和現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，以及社會(huì)發(fā)展對(duì)人才需求質(zhì)量的不斷提高，高等教育的人才培養(yǎng)模式和教學(xué)模式正面臨著新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。本文以礦業(yè)工程類立體化教材建設(shè)為例，通過多樣性教學(xué)資源的合理分配與多種教學(xué)手段的綜合應(yīng)用，獲取提高教學(xué)質(zhì)量的有效途徑。此外，借助構(gòu)建博士、碩士、學(xué)士梯隊(duì)式畢業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，為高校教學(xué)理念和人才培養(yǎng)計(jì)劃開辟了新方案和新思路，以實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)具有綜合能力復(fù)合型人才的目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】教學(xué)改革;礦業(yè)工程;培養(yǎng)模式;教學(xué)手段;立體化教材

1引言

教育信息化發(fā)展的新時(shí)代，我國高等教育正逐漸從精英教育向大眾教育轉(zhuǎn)型，而人才培養(yǎng)的質(zhì)量與社會(huì)發(fā)展的需求之間的矛盾越來越突出。一方面，當(dāng)前學(xué)術(shù)科研的發(fā)展使得越來越多的人才涌入了高校，其教學(xué)能力與職業(yè)理念還有待提升，而且新老教師之間的更替缺乏交流;另一方面，學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識(shí)良莠不齊，有些學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與自主性有所欠缺。特別地，相當(dāng)多的大學(xué)生將“60分萬歲，多一分浪費(fèi)”當(dāng)成一種信念，“選修課必逃，必修課選逃”當(dāng)成口號(hào)，漸漸地對(duì)大學(xué)的課程沒了興趣和積極性，使得教與學(xué)在某種程度上出現(xiàn)了一定的分歧。因此，高校教師必須尋求更為多樣化的教學(xué)資源與積極有效的教學(xué)手段給學(xué)生一個(gè)優(yōu)質(zhì)鮮活的教學(xué)課堂。隨著計(jì)算機(jī)的普及與多媒體的推廣發(fā)生了巨大的變革，傳統(tǒng)的教學(xué)模式漸漸淡出歷史的舞臺(tái)，個(gè)性化、自主式學(xué)習(xí)已經(jīng)成為普遍的需求，立體化教材、微課與翻轉(zhuǎn)課堂的興起正是教育信息化的產(chǎn)物。其中，教學(xué)資源的立體化和教學(xué)手段的信息化、網(wǎng)絡(luò)化是其重要的組成部分［1］。關(guān)于立體化教材，國內(nèi)外有多種說法，“一體化教材”或者“多元化教材”，英文稱為“integratedtext-book/coursebook”。我國最早在2001年教育部《關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》中提出了立體化教材的建設(shè)。其真正含義是立足于現(xiàn)代教育理念和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺(tái)，以教學(xué)應(yīng)用的主教材、參考書、學(xué)習(xí)指導(dǎo)書等傳統(tǒng)紙質(zhì)教學(xué)資源為基礎(chǔ)，借助電子教案、CAI課件、網(wǎng)絡(luò)課程、仿真教學(xué)系統(tǒng)等多種教學(xué)手段與教學(xué)工具，并結(jié)合學(xué)科建設(shè)與可持續(xù)發(fā)展的策略以匯聚多層次更全面的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)重點(diǎn)與教學(xué)思想，最大限度地滿足教師教學(xué)需要和學(xué)生學(xué)習(xí)的目的，即媒體呈現(xiàn)的立體化，教學(xué)設(shè)計(jì)的一體化，教學(xué)應(yīng)用的多元化［2，3］。此外，立體化教材的設(shè)計(jì)有效地結(jié)合了現(xiàn)代建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，教與學(xué)不再是單純的知識(shí)傳授與接受，而是學(xué)習(xí)者在已有的知識(shí)背景和一定社會(huì)文化環(huán)境中，自主進(jìn)行新信息的加工與現(xiàn)實(shí)意義的建構(gòu)和整合。而建構(gòu)主義教學(xué)理論借助多媒介、多形態(tài)、多元化的現(xiàn)代信息技術(shù)為高等教育提供了創(chuàng)新的教學(xué)理念、互動(dòng)式教學(xué)系統(tǒng)，在教學(xué)形式和教學(xué)內(nèi)容上有效地協(xié)調(diào)了教與學(xué)的辯證關(guān)系，近年來興起的翻轉(zhuǎn)課堂正是新型立體化教材建設(shè)的真實(shí)體現(xiàn)。然而，盡管高等教育教學(xué)工作中立體化教材建設(shè)發(fā)展迅速，但仍存在著諸多問題需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善，以礦業(yè)工程類學(xué)科的立體化教材建設(shè)為例，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面［4，5］:(1)立體化教材建設(shè)數(shù)量眾多，內(nèi)容比較繁雜，本質(zhì)認(rèn)識(shí)尚淺，多媒介、多元化往往只是教材的外在形式，特別是立體化教材設(shè)計(jì)與教學(xué)內(nèi)容編排匱乏，建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論很難有效開展。(2)立體化教材的內(nèi)容和形式在編制過程中由于團(tuán)隊(duì)或個(gè)人制作的差異存在著不同步與不協(xié)調(diào)，而且新老教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變使得老教師的教學(xué)思想得不到有效的傳承。(3)目前的立體化教材缺乏科學(xué)、規(guī)范及成熟的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，致使立體化教材的建設(shè)質(zhì)量良莠不齊，礦業(yè)工程類學(xué)科立體化教材建設(shè)和開發(fā)規(guī)范不統(tǒng)一，針對(duì)不同區(qū)域有不同的教學(xué)方案，通用性較差，學(xué)生在理解上容易出現(xiàn)誤區(qū)。(4)立體化教材建設(shè)交互性、互動(dòng)性不強(qiáng)，沒有支撐理論與實(shí)踐結(jié)合的平臺(tái)，無法滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)的需要;而且，學(xué)生能夠接觸的實(shí)踐環(huán)境非常有限，尤其對(duì)女生來說，煤礦領(lǐng)域就是她們的禁區(qū);而偏重理論上的構(gòu)建，便缺乏具體使用過程和效果的實(shí)踐研究。這一方面也是礦業(yè)工程類學(xué)科的立體化教材建設(shè)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。這樣，學(xué)生們很難掌握課堂中的知識(shí)點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中的真正意義，不能很好地滿足教學(xué)實(shí)際要求?，F(xiàn)有的多媒體課件基本上是將文字?jǐn)⑹鼋Y(jié)合圖片和有限的視頻傳輸信息，使得學(xué)生在理論和實(shí)踐結(jié)合的過程中差異較大，甚至在實(shí)踐活動(dòng)中出現(xiàn)偏差。因此，完善教學(xué)資源，強(qiáng)化教學(xué)理念，開發(fā)出適應(yīng)教育信息化發(fā)展新時(shí)代的創(chuàng)新教材，對(duì)提高高等教育教學(xué)質(zhì)量和提升大學(xué)生專業(yè)知識(shí)素養(yǎng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，也是本課題研究的重要內(nèi)容。此外，高校生源與教師資源匹配失衡，師生之間的溝通交流匱乏，有些課程需要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容開設(shè)相關(guān)的課程設(shè)計(jì)以檢驗(yàn)學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)能力，這往往使得學(xué)生們?cè)诮處熡行У臅r(shí)間內(nèi)得不到全面的指導(dǎo)，特別是大四本科生面臨的畢業(yè)設(shè)計(jì)。通常情況是教師們既要做好自己的本職工作，又要指導(dǎo)本科生做設(shè)計(jì)或者論文，而且有的教師還需要時(shí)間指導(dǎo)自己帶的博士碩士研究生，很多時(shí)候因?yàn)榫τ邢薅荒茏龊帽究粕O(shè)計(jì)或者論文的指導(dǎo)者和督導(dǎo)人。結(jié)合當(dāng)前情況，本研究以作者主講的《礦井瓦斯防治技術(shù)》課程為例，通過教學(xué)資源的多媒介、多層次開發(fā)與教學(xué)手段系統(tǒng)化、現(xiàn)代化應(yīng)用，編制出適應(yīng)教育信息化發(fā)展新時(shí)代的立體化教材;并結(jié)合博士、碩士、學(xué)士梯隊(duì)式建設(shè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)理念，通過專業(yè)課程設(shè)計(jì)的互動(dòng)互學(xué)與團(tuán)隊(duì)實(shí)踐研究，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)具有綜合能力復(fù)合型人才的目標(biāo)。本研究對(duì)高校立體化教材建設(shè)和畢業(yè)設(shè)計(jì)理念的構(gòu)建有著一定的指導(dǎo)意義和應(yīng)用前景。

2立體化教材建設(shè)與梯隊(duì)式畢業(yè)設(shè)計(jì)理念構(gòu)建

2．1立體化教材建設(shè)內(nèi)容及表現(xiàn)形式

礦井瓦斯防治課程主要介紹礦井瓦斯噴出及防治、煤與瓦斯突出機(jī)理、特征和分布規(guī)律、煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)與防治技術(shù)、礦井瓦斯爆炸災(zāi)害及其預(yù)防、礦井瓦斯抽采技術(shù)等。隨著國家安全監(jiān)管總局對(duì)礦井瓦斯防治工作的強(qiáng)化和能源危機(jī)與環(huán)境污染的日益加劇，礦井瓦斯的防治與開發(fā)利用顯得尤為重要。因此，安全工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)要順應(yīng)當(dāng)前社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展需要，培養(yǎng)出能夠運(yùn)用自然科學(xué)基礎(chǔ)理論和安全科學(xué)、安全技術(shù)及工程等專業(yè)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)安全分析、安全設(shè)計(jì)、安全評(píng)價(jià)，并能夠解決生產(chǎn)、管理、事故處理等現(xiàn)場(chǎng)中復(fù)雜的安全工程問題，成為具備安全工程師素養(yǎng)，能從事安全工程技術(shù)和安全工程管理的應(yīng)用型高級(jí)工程技術(shù)人才。進(jìn)而，安全工程專業(yè)課程教學(xué)需要理論知識(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)實(shí)踐研究及相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)以更全面的教學(xué)手段提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，推動(dòng)高等教育的教學(xué)改革［6］。本課程在選用國家高等教育規(guī)劃教材的基礎(chǔ)上，參考其他高校礦業(yè)工程類學(xué)科教材，以現(xiàn)代教育思想指導(dǎo)課程的改革，從認(rèn)知規(guī)律入手，編排教學(xué)內(nèi)容;并通過實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度;進(jìn)一步開設(shè)瓦斯等級(jí)鑒定與瓦斯抽采設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)工程實(shí)際應(yīng)用的理解;特別地，應(yīng)用煤礦仿真模擬教學(xué)系統(tǒng)以獨(dú)特的三維仿真技術(shù)將煤礦井下環(huán)境完整地呈現(xiàn)，全新的三維仿真交互操作突破了以往傳統(tǒng)的教學(xué)方式，讓學(xué)生能夠以多種視角對(duì)井下環(huán)境進(jìn)行多維度的學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)。首先，結(jié)合建構(gòu)主義教學(xué)理論進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)與教學(xué)手段的選取，即主教材、參考書、指導(dǎo)書、學(xué)術(shù)前沿與學(xué)科發(fā)展資料庫、試題庫等教學(xué)資源的編排與電子教案、CAI課件、網(wǎng)絡(luò)課程、仿真教學(xué)系統(tǒng)等多種教學(xué)手段的應(yīng)用，以適應(yīng)礦業(yè)工程類不同學(xué)科立體化教材建設(shè)。具體來說，1)根據(jù)培養(yǎng)計(jì)劃制定課程方案:礦井瓦斯防治技術(shù)學(xué)習(xí)導(dǎo)言、教學(xué)提示、學(xué)習(xí)提示等。2)以章為單位設(shè)置教學(xué)綱要:教學(xué)基本要求，知識(shí)點(diǎn)、要點(diǎn)歸納，要點(diǎn)、難點(diǎn)剖析，典型案例系統(tǒng)分析。3)多媒體教學(xué)方案:彌補(bǔ)現(xiàn)有電子教案的不足，及時(shí)更新礦井瓦斯防治技術(shù)的研究背景;運(yùn)用文字、聲音、圖像、動(dòng)畫效果相結(jié)合的教學(xué)手段，多角度、多方位配合學(xué)生的認(rèn)識(shí)規(guī)律和思維過程;并根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)要求，適當(dāng)增加師生互動(dòng)環(huán)節(jié)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與自主性，強(qiáng)化學(xué)生在實(shí)踐研究中的理論基礎(chǔ)知識(shí)。4)礦井仿真模擬教學(xué)系統(tǒng):學(xué)生能夠親身感受到礦井瓦斯災(zāi)害防治中的各種場(chǎng)景，打開了女生們不能跨越的煤礦領(lǐng)域的禁區(qū)，有效地帶動(dòng)學(xué)生們學(xué)習(xí)和研究的積極性，為提高教學(xué)質(zhì)量、突破教學(xué)難點(diǎn)、增強(qiáng)教學(xué)效率奠定了基礎(chǔ)。5)學(xué)術(shù)前沿與學(xué)科發(fā)展等教學(xué)素材資料庫:緊隨網(wǎng)絡(luò)信息化時(shí)代的發(fā)展，搜集整理當(dāng)前學(xué)術(shù)前沿與學(xué)科發(fā)展的最新教學(xué)資源，以實(shí)現(xiàn)教學(xué)型大學(xué)向教學(xué)科研型大學(xué)的轉(zhuǎn)變。包括:瓦斯災(zāi)害防治技術(shù)在煤與瓦斯突出大、中、小不同類別礦區(qū)的教學(xué)案例、防突措施、瓦斯抽采技術(shù)、煤層開采的主要技術(shù)與煤層注水、水力沖孔、水力壓裂、水力割縫等輔助性措施，以及應(yīng)用與實(shí)踐案例庫。最后，根據(jù)考核要求選擇考試題型，含選擇題、填空題、計(jì)算題、綜合論述題等。其次，在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)中，安排布置相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:1)了解煤層瓦斯含量快速測(cè)定原理，掌握利用WHK－I型煤層瓦斯含量快速測(cè)定裝置測(cè)定煤層瓦斯含量的步驟、方法，能夠在煤礦現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行煤層瓦斯含量測(cè)定。2)掌握落錘法測(cè)定煤的堅(jiān)固性系數(shù)f的方法、步驟，了解堅(jiān)固性系數(shù)f值在煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)中的應(yīng)用。3)明確煤的瓦斯放散初速度指標(biāo)(ΔP)的物理意義及其瓦斯?jié)B透和流動(dòng)規(guī)律;了解WT－1型瓦斯擴(kuò)斯速度測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)和工作原理;分析掌握煤的堅(jiān)固性系數(shù)與煤的瓦斯放散初速度的關(guān)系。4)通過煤礦瓦斯爆炸實(shí)驗(yàn)了解煤礦井下瓦斯爆炸的主要特征參數(shù)和基本特性。最后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)試分析以及學(xué)生的互動(dòng)交流等。接著，開設(shè)瓦斯等級(jí)鑒定與瓦斯抽采設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)中，根據(jù)安全工程專業(yè)教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃的要求，學(xué)生在學(xué)習(xí)完礦井瓦斯防治課程后，進(jìn)行該課程的實(shí)踐環(huán)節(jié):1)礦井瓦斯等級(jí)鑒定工作，以礦井瓦斯防治課程的基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論為基礎(chǔ)，掌握有關(guān)等級(jí)鑒定測(cè)點(diǎn)布置、測(cè)定路線以及相關(guān)數(shù)值計(jì)算方法和技能。主要目的是使學(xué)生深入理解礦井正常生產(chǎn)情況下，依據(jù)測(cè)點(diǎn)布置原則、測(cè)定路線，計(jì)算相應(yīng)的絕對(duì)和相對(duì)瓦斯涌出量進(jìn)而判定礦井瓦斯等級(jí)。2)礦井瓦斯抽采設(shè)計(jì)工作，根據(jù)課程設(shè)計(jì)大綱的要求，完成某綜采工作面本煤層抽采設(shè)計(jì)，編寫出設(shè)計(jì)說明書并繪出抽采鉆孔布置平面圖和剖面圖、工作面瓦斯抽放系統(tǒng)圖。其目的是通過課程設(shè)計(jì)加深對(duì)礦井瓦斯防治和相關(guān)課程專業(yè)理論知識(shí)的理解。綜合應(yīng)用理論解決實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算、繪圖和設(shè)計(jì)的能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。最后，通過煤礦仿真模擬教學(xué)系統(tǒng)的順序模式或者自由模式，實(shí)現(xiàn)全新的三維仿真交互操作模式。即要么根據(jù)煤礦安全生產(chǎn)的工序流程與提示進(jìn)行學(xué)習(xí)與操作;要么按照學(xué)生自身需求有針對(duì)性的深入學(xué)習(xí)。學(xué)生通過了解與完成在虛擬的井下環(huán)境中的相關(guān)任務(wù)流程后，發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)解決，以便于深入了解瓦斯防治技術(shù)在煤礦開采中的應(yīng)用。

2．2梯隊(duì)式畢業(yè)設(shè)計(jì)理念構(gòu)建

如果說立體化教材建設(shè)是學(xué)校軟環(huán)境建設(shè)的第一要素，是提高教學(xué)質(zhì)量的根本保障，那么，學(xué)生的實(shí)踐研究能力就是檢驗(yàn)應(yīng)用型工程技術(shù)人才的重要標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)高校生源與教師資源匹配關(guān)系的問題，本研究提出了梯隊(duì)式畢業(yè)設(shè)計(jì)模式。其理念的構(gòu)建是基于大四本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)而提供的學(xué)習(xí)平臺(tái)。該平臺(tái)是以相同的研究課題為基礎(chǔ)，以博士研究生的工作為主導(dǎo)，碩士研究生的工作為重要支柱，本科生的研究工作為輔助和分支，建立一個(gè)梯隊(duì)式的研究合作團(tuán)隊(duì)。梯隊(duì)式畢業(yè)設(shè)計(jì)模式通過博士和碩士研究生的工作帶動(dòng)本科生的研究工作的積極性與能動(dòng)性，并作為本科生研究工作的直接指導(dǎo)者和督導(dǎo)人;而本科生的研究工作最終目的是為研究生的工作提供研究素材和成果，本碩博融為一體，相輔相成。這樣，一方面，通過梯隊(duì)式研究團(tuán)隊(duì)的合作，帶動(dòng)了學(xué)生們互動(dòng)互學(xué)的積極性，而且研究生的學(xué)習(xí)和研究經(jīng)驗(yàn)可以為本科生的研究工作借鑒，本科生的研究成果可以為研究生的工作服務(wù);另一方面，梯隊(duì)式的研究模式可以避免學(xué)生因?yàn)榉N種不便不能及時(shí)和指導(dǎo)教師溝通交流，得不到有效的指導(dǎo)與幫助，而且指導(dǎo)教師也可以緩解由于指導(dǎo)學(xué)生過多帶來的工作壓力。更重要的一點(diǎn)是，梯隊(duì)式的研究模式在課題組研究工作合理的任務(wù)分工下，可以有效地提高課題組研究工作的效率。通過構(gòu)建梯隊(duì)式畢業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，使我們的教學(xué)理念和人才培養(yǎng)計(jì)劃開辟了新方案和新思路，為我校軟環(huán)境建設(shè)和教學(xué)科研型大學(xué)發(fā)展探索出一條嶄新的道路。

3結(jié)束語

立體化教材建設(shè)數(shù)量眾多，內(nèi)容比較繁雜，本質(zhì)認(rèn)識(shí)尚淺，多種教學(xué)手段與教學(xué)工具往往只是教材的外在形式。因此，本課題研究結(jié)合了建構(gòu)主義教學(xué)理念進(jìn)行立體化教學(xué)資源的開發(fā)與多元化應(yīng)用，最大限度地提高高等教育的教學(xué)質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)學(xué)生的全面發(fā)展;此外，結(jié)合博士、碩士、學(xué)士梯隊(duì)式畢業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的構(gòu)建，取得專業(yè)課程設(shè)計(jì)的互動(dòng)互學(xué)與團(tuán)隊(duì)實(shí)踐研究，以滿足適應(yīng)教育信息化新時(shí)代人才的培養(yǎng)需要。

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作者：李治剛 王飛 郭紅光 單位：太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院