陳冬冬，謝生榮，吳仁倫，張守寶

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）能源與礦業(yè)學(xué)院 北京 100083）

信息化技術(shù)近年來(lái)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，其在教育教學(xué)當(dāng)中發(fā)揮的作用也日益顯著。《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010―2020 年）》指出：“信息技術(shù)對(duì)教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視”[1]。高等教育是社會(huì)進(jìn)步的重要保障，是國(guó)家發(fā)展和民族振興的基礎(chǔ)工程。黨的十八大以來(lái)，我國(guó)全面深化教育改革，加快推進(jìn)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)，高校作為人才培養(yǎng)基地和科學(xué)研究中心，在新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義事業(yè)中具有不可替代的作用，必須要牢牢把握信息技術(shù)對(duì)當(dāng)今教育教學(xué)的積極影響[2]。采礦工程專業(yè)課程內(nèi)容包含大量地下空間內(nèi)容，如何有效提升采礦工程專業(yè)本科生的專業(yè)認(rèn)知和專業(yè)興趣，從而進(jìn)一步提高本科生的專業(yè)素養(yǎng)，是采礦工程專業(yè)本科教學(xué)的重中之重。然而傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在許多薄弱環(huán)節(jié)，采礦工程專業(yè)教學(xué)模式改革勢(shì)在必行，基于信息化虛擬技術(shù)逐漸發(fā)展的大環(huán)境，“虛實(shí)結(jié)合”的新型教學(xué)模式是當(dāng)前重要發(fā)展方向。

1 傳統(tǒng)教學(xué)模式的局限性

由于采礦行業(yè)的特殊性，尤其是涉及地下開(kāi)采領(lǐng)域，需要學(xué)生在掌握理論知識(shí)之外，還要學(xué)會(huì)處理復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。注重系統(tǒng)科學(xué)知識(shí)培養(yǎng)的傳統(tǒng)教學(xué)模式，不可避免地存在一些問(wèn)題。

1.1 教學(xué)內(nèi)容更新滯后

國(guó)際上采礦專業(yè)出現(xiàn)較早，在西方產(chǎn)業(yè)革命期間已規(guī)模初具，具有悠久的歷史，中國(guó)最早在1909 年于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成立該專業(yè)[3]。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，有關(guān)礦床開(kāi)采的理論已相當(dāng)成熟，但是從理論上派生出來(lái)的相關(guān)技術(shù)飛速發(fā)展，多學(xué)科交叉創(chuàng)新的研究成果不斷涌現(xiàn)。對(duì)于采礦工程專業(yè)本科層次的學(xué)生而言，教材理論知識(shí)與當(dāng)前工程技術(shù)之間存在著時(shí)差，甚至存在采用十年之前傳統(tǒng)教材的情況，勢(shì)必造成教學(xué)內(nèi)容更新滯后的問(wèn)題。盡管部分教師在教學(xué)過(guò)程中適當(dāng)補(bǔ)充最新的技術(shù)發(fā)展成果，但由于未形成系統(tǒng)的教學(xué)模式，容易使學(xué)生對(duì)其理解不夠深刻或產(chǎn)生偏差。

1.2 教學(xué)方式單一保守

傳統(tǒng)教學(xué)方式是以“灌輸式”保守教學(xué)方法為主，輔助以實(shí)驗(yàn)。學(xué)習(xí)過(guò)程中，面對(duì)抽象的采礦空間和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，學(xué)生多處于被動(dòng)接受知識(shí)的狀態(tài)，很難理解理論知識(shí)，特別是以采礦工程為背景的頂板空間結(jié)構(gòu)研究，大多涉及力學(xué)知識(shí)，學(xué)習(xí)起來(lái)枯燥乏味，容易喪失對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣。長(zhǎng)此以往，學(xué)生的主觀能動(dòng)性越來(lái)越差，對(duì)專業(yè)及課程興趣度不高，更不必談創(chuàng)新。此外，多數(shù)院校所能提供的實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)場(chǎng)所及時(shí)間等實(shí)踐條件有限，很難達(dá)到實(shí)踐教學(xué)的實(shí)際需求，使得實(shí)踐教學(xué)的效果得不到有效保障。從實(shí)際情況看，遠(yuǎn)未達(dá)到理想效果。

1.3 實(shí)踐教學(xué)渠道受限

采礦工程是一門知識(shí)復(fù)雜、專業(yè)性強(qiáng)的專業(yè)，其知識(shí)體系囊括采礦、礦壓、瓦斯、安全、測(cè)繪等內(nèi)容，盡管教學(xué)內(nèi)容已形成系統(tǒng)，但在實(shí)踐內(nèi)容上顯然有所欠缺。采礦行業(yè)新技術(shù)不斷革新，對(duì)實(shí)習(xí)基地提出了較高的要求，需投入更大規(guī)模的實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地與實(shí)訓(xùn)設(shè)備，但目前大多數(shù)院校沒(méi)有建設(shè)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室或?qū)嵱?xùn)室，不能滿足教學(xué)需求；施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變、建設(shè)過(guò)程存在一次性不可逆的特點(diǎn)，加之施工周期長(zhǎng)，工種多，致使學(xué)生在課程學(xué)習(xí)時(shí)出現(xiàn)理論難理解、與實(shí)際聯(lián)系不夠緊密的問(wèn)題；同時(shí)隨著社會(huì)需求變化以及大學(xué)生就業(yè)形勢(shì)嚴(yán)峻，對(duì)畢業(yè)生提出了更高要求，但部分畢業(yè)生出現(xiàn)實(shí)習(xí)時(shí)間短、任務(wù)重，學(xué)生難以將所學(xué)專業(yè)知識(shí)運(yùn)用于生產(chǎn)實(shí)踐，導(dǎo)致畢業(yè)后無(wú)法適應(yīng)用人單位需要。

2 虛實(shí)結(jié)合教學(xué)模式的優(yōu)越性

虛實(shí)結(jié)合教學(xué)模式的關(guān)鍵在于打破傳統(tǒng)教學(xué)模式的課程設(shè)置方式，致力于運(yùn)用信息化虛擬技術(shù)和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，升級(jí)課堂教學(xué)內(nèi)容和效果，促進(jìn)學(xué)生全面成長(zhǎng)成才，提升大學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)和先進(jìn)采礦知識(shí)的了解度及掌握度，以培養(yǎng)實(shí)踐性采礦人才為目標(biāo)的教學(xué)體系。該教學(xué)模式已經(jīng)在基礎(chǔ)教育、展覽教育、培訓(xùn)教育等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[4]。

2.1 教學(xué)資源開(kāi)放共享

信息化虛擬技術(shù)作為互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，它具有互聯(lián)網(wǎng)共享性和開(kāi)放性等特點(diǎn)[5]。信息化技術(shù)條件下，教學(xué)課件能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行發(fā)布與傳播，教學(xué)過(guò)程中教師和學(xué)生都可借助于網(wǎng)絡(luò)查找相關(guān)的教學(xué)及學(xué)習(xí)的資料，教學(xué)課件也可供師生重復(fù)使用，避免出現(xiàn)學(xué)生因上課跑神錯(cuò)過(guò)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。在網(wǎng)絡(luò)渠道的幫助下，老師們還可以實(shí)現(xiàn)信息的交流和共享，同時(shí)學(xué)生也能及時(shí)獲得老師對(duì)自己學(xué)習(xí)情況的反饋與評(píng)價(jià)，進(jìn)一步促進(jìn)教學(xué)水平和質(zhì)量的提升。充分利用信息開(kāi)放共享的優(yōu)勢(shì)，跨學(xué)科多學(xué)科交叉學(xué)習(xí)，不斷融合其他專業(yè)的知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用多學(xué)科的視角解決復(fù)雜現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力，滲透創(chuàng)新思維。

2.2 教學(xué)模式科學(xué)高效

緊隨時(shí)代發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)逐漸成熟，虛擬教學(xué)是利用信息化虛擬技術(shù)模擬實(shí)際實(shí)踐教學(xué)環(huán)境，形式類似動(dòng)畫，但更具互動(dòng)性和真實(shí)感。利用3D、VR 等現(xiàn)代化技術(shù)創(chuàng)造出的采礦虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以直觀模擬礦山現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及其作業(yè)過(guò)程，結(jié)合課堂虛擬演示與實(shí)際設(shè)備操作，有效調(diào)動(dòng)學(xué)生多種感官，讓學(xué)生身臨其境，創(chuàng)造想象空間，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生主體優(yōu)勢(shì)，使課堂更加生動(dòng)有趣。通過(guò)理論學(xué)習(xí)與實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，幫助學(xué)生理解理論教學(xué)知識(shí)，強(qiáng)化理論知識(shí)和實(shí)際操作能力，達(dá)到更理想的教學(xué)效果。

2.3 拓寬實(shí)踐教學(xué)渠道

采礦工程專業(yè)因其特殊性決定了其人才培養(yǎng)過(guò)程中要著重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力，特別是實(shí)踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)。虛擬仿真系統(tǒng)能夠真實(shí)再現(xiàn)礦山生產(chǎn)全流程，包括開(kāi)拓、采準(zhǔn)、切割和回采等。在此基礎(chǔ)上，可通過(guò)計(jì)算機(jī)重現(xiàn)礦井生產(chǎn)系統(tǒng)及裝備、礦井開(kāi)采方法及工藝、設(shè)備工作原理及使用過(guò)程、災(zāi)害演變過(guò)程、礦壓觀測(cè)原理與測(cè)試技術(shù)等。學(xué)生僅需一臺(tái)計(jì)算機(jī)，安裝相應(yīng)軟件就可在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)上自行學(xué)習(xí)與自主操作，方便快捷，大大減少購(gòu)買大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備的費(fèi)用，還能做到及時(shí)更新，解決因?qū)嵺`條件不足帶來(lái)的困難，同時(shí)還避免復(fù)雜實(shí)習(xí)環(huán)境中存在的不安全因素。將信息化虛擬技術(shù)融入采礦工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中，拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的廣度和深度、延伸實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)間和空間，對(duì)完善當(dāng)前實(shí)踐教學(xué)方法具有較大意義。

3 采礦工程專業(yè)課程虛實(shí)結(jié)合教學(xué)體系建設(shè)

虛實(shí)結(jié)合教學(xué)模式以發(fā)展學(xué)生學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐與創(chuàng)新能力為基本導(dǎo)向，促進(jìn)學(xué)生積極探索，增強(qiáng)其主動(dòng)思考、分析和解決問(wèn)題的能力。該教學(xué)模式對(duì)于提高學(xué)生興趣，增強(qiáng)課堂效果，強(qiáng)化學(xué)生素質(zhì)教育等方面都具有積極意義，因此在采礦工程專業(yè)課程中構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)體系，是推進(jìn)教學(xué)改革的重要任務(wù)。

3.1 搭建教學(xué)平臺(tái)

搭建教學(xué)平臺(tái)，是實(shí)施虛實(shí)結(jié)合教學(xué)的基本保障。充分發(fā)揮本學(xué)科特色，以采礦工程專業(yè)核心課程知識(shí)體系為理論基礎(chǔ)，擴(kuò)展至學(xué)科前沿和行業(yè)發(fā)展最新研究成果，利用“三維仿真”“網(wǎng)絡(luò)信息化”作為技術(shù)手段，構(gòu)建線上線下相結(jié)合的虛擬教學(xué)平臺(tái)。將信息化技術(shù)運(yùn)用于線上平臺(tái)，開(kāi)發(fā)信息化教學(xué)系統(tǒng)，并在線下環(huán)節(jié)引入虛擬仿真技術(shù)，建立虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室。線上平臺(tái)可構(gòu)建PC 端和移動(dòng)端2個(gè)端口，通過(guò)授權(quán)范圍內(nèi)的個(gè)人賬號(hào)和密碼便可進(jìn)入學(xué)習(xí)，用戶可隨時(shí)隨地調(diào)用其中的內(nèi)容，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)教師、學(xué)生之間在線交流學(xué)習(xí)。線下環(huán)節(jié)則更注重實(shí)踐實(shí)操，打造一個(gè)真實(shí)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和安全的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

3.2 建立教學(xué)資源庫(kù)

數(shù)字化教學(xué)資源能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力的有效途徑。建設(shè)的重點(diǎn)可劃分為網(wǎng)絡(luò)課程、名師課堂、案例庫(kù)等幾方面。網(wǎng)絡(luò)課程是在網(wǎng)絡(luò)條件下圍繞整體的教學(xué)單元對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)性的安排。名師課堂則是通過(guò)流媒體技術(shù)對(duì)名師豐富的授課經(jīng)驗(yàn)以及深厚的學(xué)術(shù)底蘊(yùn)進(jìn)行實(shí)時(shí)直播、錄制，制作出完整的多媒體課件并上傳至線上教學(xué)系統(tǒng)，再根據(jù)不同的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行整理分類。實(shí)現(xiàn)資源共享、教育機(jī)會(huì)均等的同時(shí)還為年輕教師提供了權(quán)威示范教學(xué)教材。可將國(guó)家重大科研項(xiàng)目加入案例庫(kù)中并向本科教學(xué)開(kāi)放，另外還需要加強(qiáng)和企業(yè)的合作，把生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題引入教學(xué)中，這對(duì)培養(yǎng)綜合性人才具有重要意義。

3.3 營(yíng)造實(shí)訓(xùn)環(huán)境

為培養(yǎng)學(xué)生的安全意識(shí)，提高動(dòng)手能力，應(yīng)注重實(shí)踐環(huán)節(jié)，一個(gè)優(yōu)良的實(shí)訓(xùn)環(huán)境十分必要。從學(xué)科特色出發(fā)，綜合借助環(huán)境建模、立體聲合成、立體顯示和觸覺(jué)反饋等技術(shù)模擬生成可交互的三維動(dòng)態(tài)環(huán)境，在此環(huán)境下，學(xué)生能夠接觸到視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等多種感官的沉浸式體驗(yàn)，能獲得身臨其境的感受。多創(chuàng)建以觸摸屏為學(xué)習(xí)終端的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，可以全天向?qū)W生開(kāi)放；加強(qiáng)校企合作，聘請(qǐng)企業(yè)教師共同參與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)；開(kāi)展啟發(fā)式、討論式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生正確觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，正確分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)技巧；引入任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式，創(chuàng)設(shè)情景，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，主動(dòng)學(xué)習(xí)。

3.4 完善考核體系

學(xué)業(yè)考核是整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程必不可少的環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)教學(xué)中單一考試方式不能有效的衡量學(xué)生綜合能力的提升情況，多維度開(kāi)展學(xué)業(yè)考核，需完善與線上線下融合的教學(xué)模式相適應(yīng)的考核體系，主要由過(guò)程性考核機(jī)制與信息化評(píng)價(jià)體系兩部分組成。以教學(xué)平臺(tái)為依托，教師可事先共享課件及相關(guān)資料，在課堂上引入點(diǎn)名、搶答等環(huán)節(jié)，課后可立刻展開(kāi)線上小測(cè)驗(yàn)，將考核安排在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中。此外通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)展開(kāi)師生之間、生生之間的互動(dòng)和討論環(huán)節(jié)，解答學(xué)生遇到的問(wèn)題。運(yùn)用信息化技術(shù)，對(duì)提出的問(wèn)題和學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)收集并分析，理清教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題以及改進(jìn)方向，及時(shí)調(diào)整教學(xué)活動(dòng)計(jì)劃，進(jìn)而提升教學(xué)效果。

4 總結(jié)

在教學(xué)中引進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)和現(xiàn)代教育技術(shù)，結(jié)合實(shí)物教學(xué)與虛擬技術(shù)是教學(xué)改革的有效手段。虛實(shí)結(jié)合教學(xué)模式具有虛實(shí)并存、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì)，能夠克服傳統(tǒng)教學(xué)模式的薄弱之處，實(shí)現(xiàn)資源跨空間、跨時(shí)間共享，創(chuàng)造逼真的學(xué)習(xí)情境，節(jié)省教學(xué)成本、時(shí)間成本，虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程更凸顯真實(shí)性、互動(dòng)性和趣味性，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。各高校應(yīng)緊隨時(shí)代，開(kāi)展虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)改革，這必然會(huì)推動(dòng)高等教育課程教學(xué)邁上新臺(tái)階，也必將促進(jìn)高等教育人才培養(yǎng)綜合素質(zhì)的不斷提升。