提升矿山机械教学质量的方法研究

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摘要：《矿山机械》是我校的专业特色课程，同时又是一门实践性很强的课程。为满足工程教育专业认证对本科生培养目标的要求，让学生更好地掌握矿山机械设备的结构组成和工作原理以及最前沿的先进技术，本文提出改变传统的教学模式，采用生产实习、虚拟仿真实验、先进产品的动画演示以及现场工作录像相结合的方式来诠释书本上的理论知识，教学结果显示这种方法可大大地提升该门课程的教学效果。

关键词：专业认证；矿山机械；理论教学；实践教学；虚拟仿真

一、工程教育专业认证对《矿山机械》教学的要求

我国的认证标准规定了毕业生在进入职业时具备基本的能力要求，对于大机械专业来说，要求毕业生具备创新能力、适应机械行业的快速发展，具有机电产品的设计开发、生产制造、质量和管理方面的才能。通过学习《矿山机械》基本知识，掌握矿山机械相关设备的用途、结构和工作原理，及相关专业方向的技术方法，具备对复杂矿山工程问题进行分析和实证研究的能力；了解并掌握矿山机械设备选型原理与方法，能承担矿山机械设备系统设计、运行维护和管理等工作；能够独立完成设计的全过程，并满足所提出的设计指标和制约条件，能够对自己的设计合理性进行分析；能够针对给定的煤矿工程问题提出经济、合理的解决方案。在设计和使用矿山机械设备时遵守法律法规与相关标准，能够根据相关标准及法规考虑工程实施方案；理解并遵守矿山机械行业相关技术标准、管理和质量标准；能正确认识矿山机械工程实践对于环境和社会可持续发展以及对社会、健康、安全、经济、法律以及文化的影响。

二、传统教学模式的不足以及现有教材的相对滞后

《矿山机械》课程的主要内容涵盖煤矿通用的采掘设备、矿井支护设备以及矿井提升、运输和矿山流体机械等，具体介绍这些设备典型机型的用途、结构、工作原理、使用性能及维护、设计选型方法等内容。矿山机械设备大都属于大型设备，价格昂贵，购买作为教具存在一定的难度[2]。我国煤炭行业经过近几年的快速发展，矿山机械设备也有了日新月异的发展，结构上更加优化，功率逐渐增大，生产效率逐渐提高，自动化程度更高，性能更加完善可靠。智能化、数字化、采掘工作面无人化开采技术与装备等大量新技术不断地运用到新型的矿山机械产品的设计和使用中，而目前的教学过程中使用的教材和教学方法都跟不上发展的需要，一方面是使用的教材中所选用的设备比较老旧，缺乏最新的产品和技术，和现场使用的设备差距较大，远远跟不上矿山机械的发展步伐，这样会造成毕业的学生理论知识和实践脱节，对现场的先进设备和技术缺乏了解和认识，对矿山设备的前沿技术不了解，无法胜任现场的实际工作。另一方面传统的教学方法基本上是教师对着图纸讲授某种设备的结构、工作原理、用途等知识点，学生只能被动地听课，知识点抽象、枯燥，脑海里没有感性认识，这样很难让学生掌握和理解所讲授的内容。因此迫切需要改革教学方法来提高该门课程的教学质量。

三、几种教学改革方法在整个教学活动中的应用

1.生产实习—结合生产现场开展教学活动，加强实践教学环节。生产实习的教学目标是一方面通过现场实习、参观、听取报告等形式，使学生巩固和深化所学理论知识，并将理论与实践相结合，在实践中提高学生观察问题、分析问题以及解决问题的能力，为后续专业课学习、毕业设计打下良好基础；另一方面使学生进一步接触社会、认识社会，提高社会交往能力、学习工人师傅和工程技术人员的优秀品质和敬业精神，培养学生的良好专业素质，为今后从事工程设计工作打好基础。大机械专业的本科生三年级下学期举行为期三周的生产实习，由富有教学经验和现场经验的老师带领学生深入煤矿和煤矿机械加工企业，有针对性地参观熟悉各种类型的矿山机械产品的加工、装配过程；到煤矿生产现场去亲身体验感受各种矿山机械设备在煤矿生产中的作用；到煤矿模拟实验室参观整个煤矿的结构关系。在现场，带队老师或者现场工程技术人员会对一些设备或工艺进行介绍，以便学生更好地了解和掌握所参观的内容。例如在淮南潘一矿可以参观矿井提升系统、压气系统、通风系统等生产环节的实际运行情况；在淮南凯盛重工有限公司的总装车间就能看到各类绞车装配过程，多种型号部分断面掘进机的安装调试过程，皮带输送机的安装和调试过程，在其机加工车间可以参观各种设备零件的加工生产过程；在淮南矿业集团田集机械厂可以看到各种型号的液压支架的装配调试以及其零部件的加工生产过程；淮南职业技术学院的地下仿真采煤工作面实验室展示了煤矿综掘工作面和综采工作面的各种设备及其相互间位置布置关系，如同置身于煤矿井下的综掘和综采现场。通过这些现场的实习可以让学生对矿山机械的产品有一个真实的认识和了解，为大四开设《矿山机械》课程奠定了坚实的实物认识基础。2.虚拟仿真实验在教学中的应用[3]—产品的动画演示。为了提高矿山机械的教学效果，学院建立了矿山机械虚拟实验系统—G-float虚拟现实实验平台、模拟煤矿生产虚拟现实系统教学软件包和开放式虚拟仿真实验教学管理平台。该系统可以实现模型建立，依据各生产系统给定设备的技术参数和型号参数，准确绘制其三维实体模型，可视化立体展示功能；能实现各设备的工作原理演示，并能实现交互操作功能；多人在线协同实现多人在线操作，一个班级可以分成若干个小组进行实验，在交互操作下，可实现模型的多视角的观察。以综采工作面为例，系统可以在综采工作面目录下调出该工作面所有的配套设备，点击每个设备可以将其拉出来，查看该设备的工作原理和工作方式等的详细介绍。该系统模拟矿井实际生产环境，在理论教学阶段充分利用该仿真实验室资源，让学生融入课堂，使枯燥的机械知识点活跃起来，激发学生的学习热情和积极性。学校的能源与安全学院建有现代化矿井仿真模型实验室、采煤工艺模型室、模拟开拓巷道、模拟工作面，模型涵盖了《矿山机械》里的大部分通用设备[4]。通过对这些模型实验室的参观学习，使学生对矿山机械设备在井下的工作环境有了直观的了解，加强基础知识学习的同时能正确认识矿山机械工程实践对于环境和社会可持续发展以及对社会、健康、安全、经济、法律以及文化的影响。3.现场录像在教学中的应用。为了让学生更直观地了解矿山机械设备在工作现场的实际工作环境和工作状况，老师们通过各种渠道收集煤矿生产现场的录像，深入矿山、井下、矿山机械厂、选煤厂等进行实地考察，拍摄了大量的矿山机械设备的真实图片，录制了大量这些设备工作的过程的视频录像，将收集到的这些资料整理插入多媒体教学课件中，使课堂的理论教学内容更加丰富、生动，让学生如临生产现场[5]。例如通过观看综采工作面的现场采煤录像让学一方面了解了工作面恶劣的工作环境，更主要的是综采工作面的“三机配套”布置方式和各自的功能，采煤机完成落煤和装煤并且沿着刮板机提供的轨道运行；刮板机负责运输煤炭并且为液压支架的移架提供支点；液压支架负责采空区的支护，保护采煤机和刮板机等设备并同时为刮板机的推溜提供支点。主井井筒提升录像让学生清晰地了解提升过程中提升容器的运行速度变化规律，提升机启动和制动过程，容器在井底的装载和在井口的卸载过程，其他的还有井下的掘进、运输等系统的视频录像等等。视频教学激起了学生浓厚的学习热情和兴趣，有力地保障了课堂教学质量。4.加强矿山机械设计环节的指导。专业课程设计和毕业设计是机械专业的本科教学的两项重要的实践教学环节，是将机械的理论知识运用到实际矿山机械设备设计中的重要手段。设计题目通常来自矿山生产一线，产品从方案设计到固废处理全过程，其中设计内容包括：方案设计与比较、结构设计、参数设计、经济核算、设计过程中涉及的法律法规；图纸包括绘制所设计的产品的装配总图、主要部件的装配图、主要零件的零件图。学生在设计过程中首先要查阅大量相关产品的参考文献，了解产品的用途、发展现状及未来发展趋势；其次要归纳此次设计过程中要解决的技术问题、设计的时间计划安排。整个过程离不开老师的正确指导和监督，老师从布置设计题目开始全程参与学生设计过程，解决学生遇到的问题，指导设计方案的比较和选取、理论分析和计算、结构的合理设计、图纸绘制软件使用和说明书撰写的相关细节，个别问题单独辅导，共性问题集中辅导讲解，经过完整的设计过程的锻炼，学生基本上具备了将所学的基础知识和专业知识应用到产品的设计、管理和维护的实际应用中去的能力，实现培养目标“具备从事生产设计、解决煤矿现场工程实际问题的能力”。5.加强与煤矿科研院所和企业的合作。为了拓展学生的国际视野，了解国内外最前沿的煤矿产品及设备的发展动态，学院不定期地邀请本行业的专家、企业工程技术人员来院讲学，每年的生产实习开始时，学院都会邀请企业的工程师来校给学生们介绍企业的主导产品、最新的产品开发及研究方向，让学生们有针对性地去实习。

四、教学效果分析

通过对2014年机械专业通过专业认证以来的矿山机械试卷达成度分析，可以看出采取上述教学方法取得了明显的教学效果，每次达成度都在0.8左右，达到了专业认证对培养目标的要求。另外通过对近三年机械专业毕业生的跟踪调查发现，学生能很好地适应矿山机械专业的产品设计研发、设备维护等现场工作。

参考文献：

[1]苗扬,张小军.工程教育专业认证背景下的流体传动与控制课程建设创新体系研究[J].教育教学论坛,2016,37(9):73-74.

[2]官鑫.大型矿山机械设备虚拟仿真系统设计与研发[D].辽宁科技大学,2016.

[3]刘训涛,周广林,孙月华.虚拟现实技术在”矿山机械”教学中的应用[J].黑龙江教育:高教研究与评估,2011,(7):73-74.

[4]苏畅,严灼.《矿山机械》教学与研究[J].教育教学论坛,2016,(45):218-219.

[5]燕碧娟,王志霞,李自贵.仿真教学在矿山机械课程体系中的应用[J].教学研究,2014,37(4):77-79.

作者：尹中会 张安宁 苏畅 单位：安徽理工大学机械工程学院