礦業工程類立體化教材建設

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【摘要】教育信息化時代，隨著我國教學改革的深入和現代教育技術的發展，以及社會發展對人才需求質量的不斷提高，高等教育的人才培養模式和教學模式正面臨著新的機遇和挑戰。本文以礦業工程類立體化教材建設為例，通過多樣性教學資源的合理分配與多種教學手段的綜合應用，獲取提高教學質量的有效途徑。此外，借助構建博士、碩士、學士梯隊式畢業設計團隊，為高校教學理念和人才培養計劃開辟了新方案和新思路，以實現培養具有綜合能力復合型人才的目標。

【關鍵詞】教學改革;礦業工程;培養模式;教學手段;立體化教材

1引言

教育信息化發展的新時代，我國高等教育正逐漸從精英教育向大眾教育轉型，而人才培養的質量與社會發展的需求之間的矛盾越來越突出。一方面，當前學術科研的發展使得越來越多的人才涌入了高校，其教學能力與職業理念還有待提升，而且新老教師之間的更替缺乏交流;另一方面，學生的基礎理論知識良莠不齊，有些學生的學習能力與自主性有所欠缺。特別地，相當多的大學生將“60分萬歲，多一分浪費”當成一種信念，“選修課必逃，必修課選逃”當成口號，漸漸地對大學的課程沒了興趣和積極性，使得教與學在某種程度上出現了一定的分歧。因此，高校教師必須尋求更為多樣化的教學資源與積極有效的教學手段給學生一個優質鮮活的教學課堂。隨著計算機的普及與多媒體的推廣發生了巨大的變革，傳統的教學模式漸漸淡出歷史的舞臺，個性化、自主式學習已經成為普遍的需求，立體化教材、微課與翻轉課堂的興起正是教育信息化的產物。其中，教學資源的立體化和教學手段的信息化、網絡化是其重要的組成部分［1］。關于立體化教材，國內外有多種說法，“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《關于加強高等學校本科教學工作提高教學質量的若干意見》中提出了立體化教材的建設。其真正含義是立足于現代教育理念和計算機網絡技術平臺，以教學應用的主教材、參考書、學習指導書等傳統紙質教學資源為基礎，借助電子教案、CAI課件、網絡課程、仿真教學系統等多種教學手段與教學工具，并結合學科建設與可持續發展的策略以匯聚多層次更全面的教學內容、教學重點與教學思想，最大限度地滿足教師教學需要和學生學習的目的，即媒體呈現的立體化，教學設計的一體化，教學應用的多元化［2，3］。此外，立體化教材的設計有效地結合了現代建構主義學習理論，教與學不再是單純的知識傳授與接受，而是學習者在已有的知識背景和一定社會文化環境中，自主進行新信息的加工與現實意義的建構和整合。而建構主義教學理論借助多媒介、多形態、多元化的現代信息技術為高等教育提供了創新的教學理念、互動式教學系統，在教學形式和教學內容上有效地協調了教與學的辯證關系，近年來興起的翻轉課堂正是新型立體化教材建設的真實體現。然而，盡管高等教育教學工作中立體化教材建設發展迅速，但仍存在著諸多問題需要進一步改進和完善，以礦業工程類學科的立體化教材建設為例，主要表現在以下幾個方面［4，5］:(1)立體化教材建設數量眾多，內容比較繁雜，本質認識尚淺，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計與教學內容編排匱乏，建構主義學習理論很難有效開展。(2)立體化教材的內容和形式在編制過程中由于團隊或個人制作的差異存在著不同步與不協調，而且新老教學理念的轉變使得老教師的教學思想得不到有效的傳承。(3)目前的立體化教材缺乏科學、規范及成熟的評價標準，致使立體化教材的建設質量良莠不齊，礦業工程類學科立體化教材建設和開發規范不統一，針對不同區域有不同的教學方案，通用性較差，學生在理解上容易出現誤區。(4)立體化教材建設交互性、互動性不強，沒有支撐理論與實踐結合的平臺，無法滿足學生自主學習的需要;而且，學生能夠接觸的實踐環境非常有限，尤其對女生來說，煤礦領域就是她們的禁區;而偏重理論上的構建，便缺乏具體使用過程和效果的實踐研究。這一方面也是礦業工程類學科的立體化教材建設的難點和重點。這樣，學生們很難掌握課堂中的知識點在實際應用領域中的真正意義，不能很好地滿足教學實際要求。現有的多媒體課件基本上是將文字敘述結合圖片和有限的視頻傳輸信息，使得學生在理論和實踐結合的過程中差異較大，甚至在實踐活動中出現偏差。因此，完善教學資源，強化教學理念，開發出適應教育信息化發展新時代的創新教材，對提高高等教育教學質量和提升大學生專業知識素養具有重要的現實意義，也是本課題研究的重要內容。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，有些課程需要根據教學內容開設相關的課程設計以檢驗學生的實踐活動能力，這往往使得學生們在教師有效的時間內得不到全面的指導，特別是大四本科生面臨的畢業設計。通常情況是教師們既要做好自己的本職工作，又要指導本科生做設計或者論文，而且有的教師還需要時間指導自己帶的博士碩士研究生，很多時候因為精力有限而不能做好本科生設計或者論文的指導者和督導人。結合當前情況，本研究以作者主講的《礦井瓦斯防治技術》課程為例，通過教學資源的多媒介、多層次開發與教學手段系統化、現代化應用，編制出適應教育信息化發展新時代的立體化教材;并結合博士、碩士、學士梯隊式建設的畢業設計理念，通過專業課程設計的互動互學與團隊實踐研究，實現培養具有綜合能力復合型人才的目標。本研究對高校立體化教材建設和畢業設計理念的構建有著一定的指導意義和應用前景。

2立體化教材建設與梯隊式畢業設計理念構建

2．1立體化教材建設內容及表現形式

礦井瓦斯防治課程主要介紹礦井瓦斯噴出及防治、煤與瓦斯突出機理、特征和分布規律、煤與瓦斯突出預測與防治技術、礦井瓦斯爆炸災害及其預防、礦井瓦斯抽采技術等。隨著國家安全監管總局對礦井瓦斯防治工作的強化和能源危機與環境污染的日益加劇，礦井瓦斯的防治與開發利用顯得尤為重要。因此，安全工程專業培養目標要順應當前社會、經濟和科學技術發展需要，培養出能夠運用自然科學基礎理論和安全科學、安全技術及工程等專業知識進行系統安全分析、安全設計、安全評價，并能夠解決生產、管理、事故處理等現場中復雜的安全工程問題，成為具備安全工程師素養，能從事安全工程技術和安全工程管理的應用型高級工程技術人才。進而，安全工程專業課程教學需要理論知識結合實驗實踐研究及相應的課程設計以更全面的教學手段提高教學質量和教學效果，推動高等教育的教學改革［6］。本課程在選用國家高等教育規劃教材的基礎上，參考其他高校礦業工程類學科教材，以現代教育思想指導課程的改革，從認知規律入手，編排教學內容;并通過實驗實踐內容檢驗學生對知識的掌握程度;進一步開設瓦斯等級鑒定與瓦斯抽采設計的課程設計環節以加強學生對工程實際應用的理解;特別地，應用煤礦仿真模擬教學系統以獨特的三維仿真技術將煤礦井下環境完整地呈現，全新的三維仿真交互操作突破了以往傳統的教學方式，讓學生能夠以多種視角對井下環境進行多維度的學習和認識。首先，結合建構主義教學理論進行教學內容的設計與教學手段的選取，即主教材、參考書、指導書、學術前沿與學科發展資料庫、試題庫等教學資源的編排與電子教案、CAI課件、網絡課程、仿真教學系統等多種教學手段的應用，以適應礦業工程類不同學科立體化教材建設。具體來說，1)根據培養計劃制定課程方案:礦井瓦斯防治技術學習導言、教學提示、學習提示等。2)以章為單位設置教學綱要:教學基本要求，知識點、要點歸納，要點、難點剖析，典型案例系統分析。3)多媒體教學方案:彌補現有電子教案的不足，及時更新礦井瓦斯防治技術的研究背景;運用文字、聲音、圖像、動畫效果相結合的教學手段，多角度、多方位配合學生的認識規律和思維過程;并根據培養目標和教學要求，適當增加師生互動環節，充分調動學生學習的積極性與自主性，強化學生在實踐研究中的理論基礎知識。4)礦井仿真模擬教學系統:學生能夠親身感受到礦井瓦斯災害防治中的各種場景，打開了女生們不能跨越的煤礦領域的禁區，有效地帶動學生們學習和研究的積極性，為提高教學質量、突破教學難點、增強教學效率奠定了基礎。5)學術前沿與學科發展等教學素材資料庫:緊隨網絡信息化時代的發展，搜集整理當前學術前沿與學科發展的最新教學資源，以實現教學型大學向教學科研型大學的轉變。包括:瓦斯災害防治技術在煤與瓦斯突出大、中、小不同類別礦區的教學案例、防突措施、瓦斯抽采技術、煤層開采的主要技術與煤層注水、水力沖孔、水力壓裂、水力割縫等輔助性措施，以及應用與實踐案例庫。最后，根據考核要求選擇考試題型，含選擇題、填空題、計算題、綜合論述題等。其次，在實驗實踐環節中，安排布置相關的實驗內容:1)了解煤層瓦斯含量快速測定原理，掌握利用WHK－I型煤層瓦斯含量快速測定裝置測定煤層瓦斯含量的步驟、方法，能夠在煤礦現場進行煤層瓦斯含量測定。2)掌握落錘法測定煤的堅固性系數f的方法、步驟，了解堅固性系數f值在煤與瓦斯突出危險性預測中的應用。3)明確煤的瓦斯放散初速度指標(ΔP)的物理意義及其瓦斯滲透和流動規律;了解WT－1型瓦斯擴斯速度測試儀的結構和工作原理;分析掌握煤的堅固性系數與煤的瓦斯放散初速度的關系。4)通過煤礦瓦斯爆炸實驗了解煤礦井下瓦斯爆炸的主要特征參數和基本特性。最后，進行實驗室相關數據的測試分析以及學生的互動交流等。接著，開設瓦斯等級鑒定與瓦斯抽采設計的課程設計中，根據安全工程專業教學培養計劃的要求，學生在學習完礦井瓦斯防治課程后，進行該課程的實踐環節:1)礦井瓦斯等級鑒定工作，以礦井瓦斯防治課程的基礎知識和基本理論為基礎，掌握有關等級鑒定測點布置、測定路線以及相關數值計算方法和技能。主要目的是使學生深入理解礦井正常生產情況下，依據測點布置原則、測定路線，計算相應的絕對和相對瓦斯涌出量進而判定礦井瓦斯等級。2)礦井瓦斯抽采設計工作，根據課程設計大綱的要求，完成某綜采工作面本煤層抽采設計，編寫出設計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圖。其目的是通過課程設計加深對礦井瓦斯防治和相關課程專業理論知識的理解。綜合應用理論解決實際問題，培養學生計算、繪圖和設計的能力，為畢業設計奠定基礎。最后，通過煤礦仿真模擬教學系統的順序模式或者自由模式，實現全新的三維仿真交互操作模式。即要么根據煤礦安全生產的工序流程與提示進行學習與操作;要么按照學生自身需求有針對性的深入學習。學生通過了解與完成在虛擬的井下環境中的相關任務流程后，發現問題并及時解決，以便于深入了解瓦斯防治技術在煤礦開采中的應用。

2．2梯隊式畢業設計理念構建

如果說立體化教材建設是學校軟環境建設的第一要素，是提高教學質量的根本保障，那么，學生的實踐研究能力就是檢驗應用型工程技術人才的重要標準。針對高校生源與教師資源匹配關系的問題，本研究提出了梯隊式畢業設計模式。其理念的構建是基于大四本科生畢業設計而提供的學習平臺。該平臺是以相同的研究課題為基礎，以博士研究生的工作為主導，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，建立一個梯隊式的研究合作團隊。梯隊式畢業設計模式通過博士和碩士研究生的工作帶動本科生的研究工作的積極性與能動性，并作為本科生研究工作的直接指導者和督導人;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，通過梯隊式研究團隊的合作，帶動了學生們互動互學的積極性，而且研究生的學習和研究經驗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;另一方面，梯隊式的研究模式可以避免學生因為種種不便不能及時和指導教師溝通交流，得不到有效的指導與幫助，而且指導教師也可以緩解由于指導學生過多帶來的工作壓力。更重要的一點是，梯隊式的研究模式在課題組研究工作合理的任務分工下，可以有效地提高課題組研究工作的效率。通過構建梯隊式畢業設計團隊，使我們的教學理念和人才培養計劃開辟了新方案和新思路，為我校軟環境建設和教學科研型大學發展探索出一條嶄新的道路。

3結束語

立體化教材建設數量眾多，內容比較繁雜，本質認識尚淺，多種教學手段與教學工具往往只是教材的外在形式。因此，本課題研究結合了建構主義教學理念進行立體化教學資源的開發與多元化應用，最大限度地提高高等教育的教學質量和實現學生的全面發展;此外，結合博士、碩士、學士梯隊式畢業設計團隊的構建，取得專業課程設計的互動互學與團隊實踐研究，以滿足適應教育信息化新時代人才的培養需要。

參考文獻:

［1］魏江江．立體化教材建設的思考與實踐［J］．科技與出版，2011(9):30－32．

［2］杜炫杰，李麗萍．《大學計算機應用基礎》立體化教材的設計、開發與應用［J］．現代教育技術，2009(7):141－144．

［3］周玉泉．對高職教育立體化教材建設的探索［J］．職教論壇，2011(11):6－8．

［4］杜世強．淺談高師院校立體化教材建設［J］．吉林師范大學學報，2009(9):107－108．

［5］劉敏，張景生．立體化教材發展現狀綜述［J］．內江科技，2011(3):66－67．

［6］郭紅光，王飛．安全人機工程學教學改革的探索與研究［J］．山西經濟管理干部學院學報，2014(4):93－95．

作者：李治剛 王飛 郭紅光 單位：太原理工大學礦業工程學院