時國慶 秦波濤

摘要：《礦井通風(fēng)與安全》是安全工程、采礦工程等專業(yè)的一門必修課程，具有內(nèi)容涵蓋范圍廣、知識點多、既有一定的理論深度實踐性又強等特點，對于本科生而言，許多的知識點不易理解和掌握。筆者著眼于《礦井通風(fēng)與安全》課程的特點，圍繞如何提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)符合社會需求技術(shù)人才的目標(biāo)，從探討課程教學(xué)過程中面臨的一些主要問題出發(fā)，提出了利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、加強實踐教學(xué)、充分利用案例教學(xué)等主要教學(xué)手段、方法來改進(jìn)教學(xué)活動，教改措施的實施在一定程度上提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，改善了教學(xué)效果，證明是一種有益的嘗試。

關(guān)鍵詞：礦井通風(fēng)與安全；教學(xué)實踐；虛擬現(xiàn)實；案例教學(xué)

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）37-0119-03

一、引言

《礦井通風(fēng)與安全》是人們在與礦井自然災(zāi)害作斗爭的過程中，不斷積累經(jīng)驗、吸取教訓(xùn)，總結(jié)規(guī)律，建立理論、完善技術(shù)措施而逐漸形成的一門學(xué)科，它是采礦工程和安全工程等專業(yè)必不可少的一門專業(yè)課程。同時，《礦井通風(fēng)與安全》是一門很有特色的專業(yè)課，是中國礦業(yè)大學(xué)安全工程專業(yè)傳統(tǒng)優(yōu)勢課程，也是煤礦工程技術(shù)人員的必修課。該課程集中了煤礦安全工程專業(yè)的絕大部分專業(yè)知識點，主要包含礦井通風(fēng)和礦井安全專題兩部分內(nèi)容，其中在礦井通風(fēng)部分主要包括：礦內(nèi)氣候、礦井空氣動力學(xué)基礎(chǔ)，礦井通風(fēng)阻力，礦井通風(fēng)動力，礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計等主要章節(jié)；安全專題部分主要包含礦井瓦斯、礦井火災(zāi)和礦井粉塵等幾部分安全專題內(nèi)容。該課程教學(xué)的主要目標(biāo)是通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生在礦井通風(fēng)及礦山安全工程的相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)和知識得到很大的提高[1，2]。

二、課程的特點與教學(xué)活動中存在的問題

1.內(nèi)容多，涵蓋面廣，課時有限?！兜V井通風(fēng)與安全》課程涉及的理論知識點和專項技術(shù)等較多，如涉及到流體力學(xué)，燃燒學(xué)，化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、傳熱傳質(zhì)、巖石力學(xué)等多個基礎(chǔ)知識理論體系，而教學(xué)的課時為56學(xué)時，其中包含課堂實驗6學(xué)時，相比其他的一些課程而言雖然課時已屬于較多的主干課程，但相比與自身知識點多、復(fù)雜的實際情況，課時還是略顯不足。

2.課程實踐性強，受學(xué)時和實驗條件限制，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)相對薄弱?！兜V井通風(fēng)與安全》是一門實踐性特別強的課程。比如，第一章的礦內(nèi)空氣中部分內(nèi)容介紹了礦井大氣參數(shù)的測量方法，其中就涉及到許多的操作技巧，若不親自操作則難以體會其中的要點。另外關(guān)于通風(fēng)阻力的測定，風(fēng)機的構(gòu)造與性能測試，自燃三帶的測試，瓦斯壓力的測定等一些知識點實踐性同樣非常的強，僅靠書本知識的講授，很難讓學(xué)生充分的了解一些內(nèi)容的細(xì)節(jié)和難點；而另一方面，由于課時有限，加之難以在實驗室模擬現(xiàn)場的操作環(huán)境，因而實踐教學(xué)環(huán)節(jié)相對薄弱，制約教學(xué)效果的提升。

3.課程面向大四學(xué)生，教學(xué)活動受考研、找工作等影響嚴(yán)重。大四是學(xué)生人生中重要的轉(zhuǎn)折點，這個階段學(xué)生們都在忙于思索自己人生的走向，思想處于波動期。就業(yè)的壓力使他們轉(zhuǎn)戰(zhàn)南北，忙于應(yīng)聘，有些同學(xué)想繼續(xù)深造，加入考研大軍，甚至在專業(yè)課程的課堂上忙著看英語、背政治，找工作、考研等看似合理的活動嚴(yán)重阻礙了大四的正常教學(xué)。筆者所任教的《礦井通風(fēng)與安全》課程就一度安排在采礦工程大四年紀(jì)的上半學(xué)年，面對學(xué)生受制于找工作，考研等影響課程教學(xué)效果不理想的情況，教研組的課程任課教師無不感受到較大的壓力。

三、提升教學(xué)效果的措施

1.教學(xué)內(nèi)容上力求知識精簡，重點突出?！暗V井通風(fēng)”與安全課程中的礦井通風(fēng)部分內(nèi)容主要涉及流體力學(xué)、燃燒學(xué)、傳熱傳質(zhì)等多個基礎(chǔ)學(xué)科，具有較多的知識點，并且比較繁雜。在教學(xué)過程中必須注意做到重點突出，不能均衡用力。針對這部分內(nèi)容，作者主要以《礦井通風(fēng)系統(tǒng)》課程設(shè)計為主線來開展教學(xué)活動，課程設(shè)計實際上就是對《礦井通風(fēng)與安全》課程中各章節(jié)內(nèi)容的一個融會貫通，在此筆者主要圍繞設(shè)計的目的、設(shè)計的流程、步驟，設(shè)計的依據(jù)等主要環(huán)節(jié)將該礦井通風(fēng)各部分的主要知識點串聯(lián)起來，這樣一方面可以增強教學(xué)內(nèi)容的邏輯性，另一方面也可以突出重要的知識點，以此做到教學(xué)重點突出，學(xué)習(xí)者心中有數(shù)。而在安全專題部分緊抓火災(zāi)和瓦斯兩個與通風(fēng)密切相關(guān)安全專題教學(xué)，注重煤層自燃過程及機理，煤層自燃關(guān)鍵防治技術(shù)、瓦斯流動理論，瓦斯突出和爆炸機理與防治技術(shù)的教學(xué)。

2.教學(xué)方法上加強案例教學(xué)。案例教學(xué)過程，實質(zhì)上是一種師生共同適應(yīng)、共同發(fā)展的交流過程。一方面，案例教學(xué)有助于提高學(xué)生的應(yīng)用能力和辨別能力，特別是通過教師的正確引導(dǎo)，可以有針對性地提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力；另一方面，通過回答其他學(xué)生的提問和質(zhì)疑，對于不一致的觀點，可以進(jìn)行激烈的辯論，這一過程不僅可以鍛煉學(xué)生的思維、應(yīng)變和表達(dá)能力，還可以提高他們的溝通能力和協(xié)調(diào)能力[3，4]。筆者在《礦井通風(fēng)與安全》的教學(xué)活動中，廣泛搜集各級安監(jiān)部門制作的煤礦典型安全事故調(diào)查視頻或調(diào)查報告，并通過多媒體教學(xué)設(shè)備向?qū)W生展示，之后再引導(dǎo)同學(xué)針對事故發(fā)生的原因、事故發(fā)生特點和事故預(yù)防技術(shù)進(jìn)行深入的探討。這種教學(xué)方法形象化，便于學(xué)生的理解，同時又有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，提高學(xué)生的學(xué)生興趣，幫助同學(xué)們理解課本上的知識，也有助于培養(yǎng)學(xué)生的對安全事故分析的能力。筆者發(fā)現(xiàn)，每當(dāng)進(jìn)行案例教學(xué)時學(xué)生的出勤率明顯提高，無早退現(xiàn)象，并且課堂氣氛活躍，杜絕了課堂上的瞌睡不專心等現(xiàn)象。教學(xué)實踐證明，案例教學(xué)對于《礦井通風(fēng)與安全》這樣一門實踐性較強課程來說是一種有效的教學(xué)方法。

3.充分利用實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，結(jié)合認(rèn)識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)開展《礦井通風(fēng)與安全》的課程教學(xué)活動。在工科學(xué)生的本科階段一般至少會安排認(rèn)識、生產(chǎn)和畢業(yè)實習(xí)等實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，《礦井通風(fēng)與安全》的教學(xué)活動我們也可以充分的利用這些實踐環(huán)節(jié)。比如，安全和采礦專業(yè)的實習(xí)基地一般是建在煤炭企業(yè)，3—4周的認(rèn)識實習(xí)和生產(chǎn)實習(xí)，帶隊老師和實習(xí)學(xué)生都是在煤礦度過，這樣我們可以充分利用好為數(shù)不多的實踐教學(xué)活動開展《礦井通風(fēng)與安全》的教學(xué)工作。比如，在2013年夏天認(rèn)識實習(xí)活動，整個認(rèn)識實習(xí)期間安排有許多活動和我們的《礦井通風(fēng)與安全》課程中的教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)。在參觀礦井主要通風(fēng)機房時，適時的開展了礦井主要通風(fēng)機的類型、特點和性能測定等方面的教學(xué)工作；在帶隊參觀井下掘進(jìn)工作面時，筆者結(jié)合掘進(jìn)面的布局，向同學(xué)們介紹了局部通風(fēng)的通風(fēng)方式、通風(fēng)方法，局部風(fēng)機和風(fēng)筒的安放位置、局部通風(fēng)的安全管理等一些知識點；在生產(chǎn)實習(xí)時，指導(dǎo)老師和煤礦生產(chǎn)技術(shù)人員一起向?qū)W生介紹了礦井大氣參數(shù)的測定方法，尤其是測定井下風(fēng)速，同學(xué)們親自動手測量，很快就理解了測風(fēng)的原理和方法。結(jié)合實習(xí)實踐活動而開展的課程教學(xué)可以使學(xué)生們身臨其境，實戰(zhàn)化操作，他們的感受會更加具體，對知識點的理解和記憶更為深刻，這對學(xué)生學(xué)習(xí)《礦井通風(fēng)與安全》這門專業(yè)課程幫助極大。

4.發(fā)揮虛擬現(xiàn)實技術(shù)優(yōu)勢，彌補實踐教學(xué)條件薄弱的缺點。在充分利用多媒體教學(xué)課件提升教學(xué)質(zhì)量的同時，還注重對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用使同學(xué)們對知識點的理解更加的形象具體，以彌補實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的不足。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)實際是計算機圖形學(xué)、人機接口技術(shù)、傳感器技術(shù)以及人工智能技術(shù)等交叉與綜合的結(jié)果[5]。在《礦井通風(fēng)與安全》課程的教學(xué)中，我們利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)向?qū)W生展示一些實踐性強而又因為條件的限制難以開展實踐活動的內(nèi)容，它的應(yīng)用主要有以下幾種形式：一是利用計算機可視化技術(shù)靜態(tài)的展現(xiàn)煤礦安全相關(guān)的一些裝備、安全技術(shù)工藝等，為學(xué)生提供生動、逼真的感性學(xué)習(xí)材料，幫助學(xué)生解決學(xué)習(xí)中的知識難點。比如，在學(xué)習(xí)一些安全技術(shù)裝備（如局部風(fēng)機、滅火設(shè)備、瓦斯抽放設(shè)備等）和操作流程時，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，把學(xué)生帶到虛擬的煤礦井下的工作環(huán)境中去，再利用交互式的菜單完成井下安全裝備應(yīng)用工藝和安全環(huán)境變化的演示，增加學(xué)生對抽象的傳統(tǒng)教學(xué)方法難以展示的一些內(nèi)容的理解能力。在近年的《礦井通風(fēng)與安全》課程教學(xué)活動中，我們教研室利用動畫制作軟件3dmax制作了防滅火泡沫滅火設(shè)備和系統(tǒng)（如圖1所示），瓦斯抽采系統(tǒng)的三維演示模型，向同學(xué)們形象的展示了這些裝備技術(shù)的特點與使用方法，學(xué)生對這些通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)展示出來的內(nèi)容印象深刻，便于理解記憶，教學(xué)的效果達(dá)到了事半功倍。另一方面，我們通過環(huán)境建模，人員建模還可以形成煤礦生產(chǎn)的虛擬場景，再通過在場景中引入動態(tài)攝像機，通過攝像機視角來實現(xiàn)對生產(chǎn)環(huán)境的漫游，這樣可以有助于學(xué)生對煤礦生產(chǎn)環(huán)境的了解。此外，還可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)向同學(xué)們再現(xiàn)一些煤礦安全事故發(fā)生的經(jīng)過，便于學(xué)生對安全事故發(fā)生的原因，事故的特點等進(jìn)行深入分析。

5.依托網(wǎng)絡(luò)通訊平臺，創(chuàng)新教學(xué)互動模式，做到實時教學(xué)。在課程開課伊始，任課教師主動將手機號、微信號碼，電子郵箱等溝通途徑告訴班級同學(xué)，這些溝通方式能夠克服時間和空間的限制，為教師和學(xué)生進(jìn)行交流提供了有效的平臺。另外，為了便于向同學(xué)們發(fā)放一些和課程相關(guān)的電子資料（如課程設(shè)計所需的各種風(fēng)機性能曲線、礦井概況、課外作業(yè)等）還建立了公共郵箱，任課教師可以將電子資料、課堂作業(yè)等發(fā)至公共郵箱，同學(xué)們登錄郵箱下載所需資料，提高了教學(xué)的效率。此外，還利用QQ即時通訊工具創(chuàng)建了課程學(xué)習(xí)交流群，同學(xué)加入該群后可以相互交流，也可以和任課教師共同探討學(xué)習(xí)中的問題，由于這些傳播消息的手段方便快捷，極大的增強了學(xué)生和老師之間的交流互動，有利于學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)。

6.針對大四生重就業(yè)（考研）輕課堂的現(xiàn)象，做到針對性教學(xué)提升學(xué)生課堂學(xué)習(xí)主動性性。首先針對不同群體，豐富教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)大四學(xué)生的心理狀況，大致可以把大四學(xué)生歸為兩個類別：第一類為就業(yè)群體、第二類為考研、保研群體。其中第一個群體的比例較大，主要包括迫于就業(yè)壓力，把大部分時間和精力用于找工作和參加招聘會的學(xué)生；第二個群體是指準(zhǔn)備考研的學(xué)生以及己被確定為保送研究生的學(xué)生。為了能夠做到激發(fā)兩個群體學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，針對就業(yè)群體，在課堂上要合理引導(dǎo)，樹其就業(yè)信心，同時在課程的講授過程中，筆者注重結(jié)合自己在煤炭企業(yè)現(xiàn)場從事科研和生產(chǎn)實踐活動的經(jīng)驗講解一些現(xiàn)場安全生產(chǎn)工作方面得技術(shù)和管理經(jīng)驗，用來吸引學(xué)生的注意力，引導(dǎo)他們加入到教學(xué)討論環(huán)節(jié)。針對考研和保研的同學(xué)，筆者在教學(xué)工程中注重結(jié)合自身的科研工作經(jīng)歷，依據(jù)講授內(nèi)容適時的向同學(xué)們介紹當(dāng)前的相關(guān)問題的研究背景和研究的熱點，這種做法在提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時，也能在一定程度上使考研或保研學(xué)生們盡快接觸研究生階段的工作，為以后的課程學(xué)習(xí)和科學(xué)研究生涯做好知識儲備。例如在講解礦井瓦斯防治章節(jié)的知識點時，重點介紹了目前世界范圍內(nèi)瓦斯影響礦井安全的典型案例，分析了我國面臨的瓦斯治理的主要問題以及目前礦井瓦斯防治領(lǐng)域的主要研究熱點，如瓦斯抽放，瓦斯突出的預(yù)測與治理技術(shù)等都是瓦斯防治領(lǐng)域的研究熱點，針對這些問題的研究進(jìn)展以及研究瓶頸等也都向?qū)W生們進(jìn)行了介紹，準(zhǔn)備讀研的學(xué)生對這樣的一些內(nèi)容就表現(xiàn)出極強的興趣；此外，針對一些學(xué)生缺課的現(xiàn)象，在采取上述措施努力提高其學(xué)習(xí)興趣的同時，還建立了不定時的點名或簽到制度，做到從制度上對他們進(jìn)行約束。

四、結(jié)語

針對《礦井通風(fēng)與安全》課程的特點以及教學(xué)過程中面臨的實際問題，本文采用案例教學(xué)、充分利用實踐活動輔助教學(xué)、將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入課堂以及關(guān)注學(xué)生興趣點有針對性的進(jìn)行課程延伸等教學(xué)等手段、方法來開展《礦井通風(fēng)與安全》課程的教學(xué)工作，教學(xué)效果在一定程度上有所改進(jìn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效率均得到了提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]王德明.礦井通風(fēng)與安全[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2010.

[2]張國樞.礦井通風(fēng)與安全[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.

[3]尹子民，張彩虹.案例教學(xué)方法的探討與應(yīng)用[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008，（10）5：93-96.

[4]張蓉.案例教學(xué)在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中作用的發(fā)揮[J].教育與職業(yè)，2004，（11）：97-98.

[5]喬木.基于OPENGL的虛擬場景建模技術(shù)的研究與實踐[D].鄭州大學(xué)，2008.