矿业工程类立体化教材建设与梯队式毕业设计理念的构建

□李治刚，王 飞，郭红光

(太原理工大学矿业工程学院，山西 太原 030024)

矿业工程类立体化教材建设与梯队式毕业设计理念的构建

□李治刚，王 飞，郭红光

(太原理工大学矿业工程学院，山西 太原 030024)

教育信息化时代，随着我国教学改革的深入和现代教育技术的发展，以及社会发展对人才需求质量的不断提高,高等教育的人才培养模式和教学模式正面临着新的机遇和挑战。本文以矿业工程类立体化教材建设为例，通过多样性教学资源的合理分配与多种教学手段的综合应用，获取提高教学质量的有效途径。此外，借助构建博士、硕士、学士梯队式毕业设计团队，为高校教学理念和人才培养计划开辟了新方案和新思路，以实现培养具有综合能力复合型人才的目标。

教学改革；矿业工程；培养模式；教学手段；立体化教材

1 引言

教育信息化发展的新时代，我国高等教育正逐渐从精英教育向大众教育转型，而人才培养的质量与社会发展的需求之间的矛盾越来越突出。一方面，当前学术科研的发展使得越来越多的人才涌入了高校，其教学能力与职业理念还有待提升，而且新老教师之间的更替缺乏交流；另一方面，学生的基础理论知识良莠不齐，有些学生的学习能力与自主性有所欠缺。特别地，相当多的大学生将“60分万岁，多一分浪费”当成一种信念，“选修课必逃，必修课选逃”当成口号，渐渐地对大学的课程没了兴趣和积极性，使得教与学在某种程度上出现了一定的分歧。因此，高校教师必须寻求更为多样化的教学资源与积极有效的教学手段给学生一个优质鲜活的教学课堂。随着计算机的普及与多媒体的推广发生了巨大的变革,传统的教学模式渐渐淡出历史的舞台，个性化、自主式学习已经成为普遍的需求，立体化教材、微课与翻转课堂的兴起正是教育信息化的产物。其中，教学资源的立体化和教学手段的信息化、网络化是其重要的组成部分[1]。

关于立体化教材，国内外有多种说法，“一体化教材”或者“多元化教材”，英文称为“integrated textbook/coursebook”。我国最早在2001年教育部《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》中提出了立体化教材的建设。其真正含义是立足于现代教育理念和计算机网络技术平台，以教学应用的主教材、参考书、学习指导书等传统纸质教学资源为基础，借助电子教案、CAI课件、网络课程、仿真教学系统等多种教学手段与教学工具，并结合学科建设与可持续发展的策略以汇聚多层次更全面的教学内容、教学重点与教学思想，最大限度地满足教师教学需要和学生学习的目的，即媒体呈现的立体化，教学设计的一体化，教学应用的多元化[2,3]。

此外，立体化教材的设计有效地结合了现代建构主义学习理论，教与学不再是单纯的知识传授与接受，而是学习者在已有的知识背景和一定社会文化环境中，自主进行新信息的加工与现实意义的建构和整合。而建构主义教学理论借助多媒介、多形态、多元化的现代信息技术为高等教育提供了创新的教学理念、互动式教学系统，在教学形式和教学内容上有效地协调了教与学的辩证关系，近年来兴起的翻转课堂正是新型立体化教材建设的真实体现。然而，尽管高等教育教学工作中立体化教材建设发展迅速，但仍存在着诸多问题需要进一步改进和完善，以矿业工程类学科的立体化教材建设为例，主要表现在以下几个方面[4,5]：

(1)立体化教材建设数量众多，内容比较繁杂，本质认识尚浅，多媒介、多元化往往只是教材的外在形式，特别是立体化教材设计与教学内容编排匮乏，建构主义学习理论很难有效开展。

(2)立体化教材的内容和形式在编制过程中由于团队或个人制作的差异存在着不同步与不协调，而且新老教学理念的转变使得老教师的教学思想得不到有效的传承。

(3)目前的立体化教材缺乏科学、规范及成熟的评价标准，致使立体化教材的建设质量良莠不齐，矿业工程类学科立体化教材建设和开发规范不统一，针对不同区域有不同的教学方案，通用性较差，学生在理解上容易出现误区。

(4)立体化教材建设交互性、互动性不强，没有支撑理论与实践结合的平台，无法满足学生自主学习的需要；而且，学生能够接触的实践环境非常有限，尤其对女生来说，煤矿领域就是她们的禁区；而偏重理论上的构建，便缺乏具体使用过程和效果的实践研究。

这一方面也是矿业工程类学科的立体化教材建设的难点和重点。这样，学生们很难掌握课堂中的知识点在实际应用领域中的真正意义，不能很好地满足教学实际要求。现有的多媒体课件基本上是将文字叙述结合图片和有限的视频传输信息，使得学生在理论和实践结合的过程中差异较大，甚至在实践活动中出现偏差。因此，完善教学资源，强化教学理念，开发出适应教育信息化发展新时代的创新教材，对提高高等教育教学质量和提升大学生专业知识素养具有重要的现实意义，也是本课题研究的重要内容。

此外，高校生源与教师资源匹配失衡，师生之间的沟通交流匮乏，有些课程需要根据教学内容开设相关的课程设计以检验学生的实践活动能力，这往往使得学生们在教师有效的时间内得不到全面的指导，特别是大四本科生面临的毕业设计。通常情况是教师们既要做好自己的本职工作，又要指导本科生做设计或者论文，而且有的教师还需要时间指导自己带的博士硕士研究生，很多时候因为精力有限而不能做好本科生设计或者论文的指导者和督导人。结合当前情况，本研究以作者主讲的《矿井瓦斯防治技术》课程为例，通过教学资源的多媒介、多层次开发与教学手段系统化、现代化应用，编制出适应教育信息化发展新时代的立体化教材；并结合博士、硕士、学士梯队式建设的毕业设计理念，通过专业课程设计的互动互学与团队实践研究，实现培养具有综合能力复合型人才的目标。本研究对高校立体化教材建设和毕业设计理念的构建有着一定的指导意义和应用前景。

2 立体化教材建设与梯队式毕业设计理念构建

2.1 立体化教材建设内容及表现形式

矿井瓦斯防治课程主要介绍矿井瓦斯喷出及防治、煤与瓦斯突出机理、特征和分布规律、煤与瓦斯突出预测与防治技术、矿井瓦斯爆炸灾害及其预防、矿井瓦斯抽采技术等。随着国家安全监管总局对矿井瓦斯防治工作的强化和能源危机与环境污染的日益加剧，矿井瓦斯的防治与开发利用显得尤为重要。因此，安全工程专业培养目标要顺应当前社会、经济和科学技术发展需要，培养出能够运用自然科学基础理论和安全科学、安全技术及工程等专业知识进行系统安全分析、安全设计、安全评价，并能够解决生产、管理、事故处理等现场中复杂的安全工程问题，成为具备安全工程师素养，能从事安全工程技术和安全工程管理的应用型高级工程技术人才。进而，安全工程专业课程教学需要理论知识结合实验实践研究及相应的课程设计以更全面的教学手段提高教学质量和教学效果，推动高等教育的教学改革[6]。

本课程在选用国家高等教育规划教材的基础上，参考其他高校矿业工程类学科教材，以现代教育思想指导课程的改革，从认知规律入手，编排教学内容；并通过实验实践内容检验学生对知识的掌握程度；进一步开设瓦斯等级鉴定与瓦斯抽采设计的课程设计环节以加强学生对工程实际应用的理解；特别地，应用煤矿仿真模拟教学系统以独特的三维仿真技术将煤矿井下环境完整地呈现，全新的三维仿真交互操作突破了以往传统的教学方式，让学生能够以多种视角对井下环境进行多维度的学习和认识。

首先，结合建构主义教学理论进行教学内容的设计与教学手段的选取，即主教材、参考书、指导书、学术前沿与学科发展资料库、试题库等教学资源的编排与电子教案、CAI课件、网络课程、仿真教学系统等多种教学手段的应用，以适应矿业工程类不同学科立体化教材建设。具体来说，1)根据培养计划制定课程方案：矿井瓦斯防治技术学习导言、教学提示、学习提示等。2)以章为单位设置教学纲要：教学基本要求，知识点、要点归纳，要点、难点剖析，典型案例系统分析。3)多媒体教学方案：弥补现有电子教案的不足，及时更新矿井瓦斯防治技术的研究背景；运用文字、声音、图像、动画效果相结合的教学手段，多角度、多方位配合学生的认识规律和思维过程；并根据培养目标和教学要求，适当增加师生互动环节，充分调动学生学习的积极性与自主性，强化学生在实践研究中的理论基础知识。4)矿井仿真模拟教学系统：学生能够亲身感受到矿井瓦斯灾害防治中的各种场景，打开了女生们不能跨越的煤矿领域的禁区，有效地带动学生们学习和研究的积极性，为提高教学质量、突破教学难点、增强教学效率奠定了基础。5)学术前沿与学科发展等教学素材资料库：紧随网络信息化时代的发展，搜集整理当前学术前沿与学科发展的最新教学资源，以实现教学型大学向教学科研型大学的转变。包括：瓦斯灾害防治技术在煤与瓦斯突出大、中、小不同类别矿区的教学案例、防突措施、瓦斯抽采技术、煤层开采的主要技术与煤层注水、水力冲孔、水力压裂、水力割缝等辅助性措施，以及应用与实践案例库。最后，根据考核要求选择考试题型，含选择题、填空题、计算题、综合论述题等。

其次，在实验实践环节中，安排布置相关的实验内容:1)了解煤层瓦斯含量快速测定原理，掌握利用WHK-I型煤层瓦斯含量快速测定装置测定煤层瓦斯含量的步骤、方法，能够在煤矿现场进行煤层瓦斯含量测定。2)掌握落锤法测定煤的坚固性系数f的方法、步骤，了解坚固性系数f值在煤与瓦斯突出危险性预测中的应用。3)明确煤的瓦斯放散初速度指标(ΔP)的物理意义及其瓦斯渗透和流动规律；了解WT-1型瓦斯扩斯速度测试仪的结构和工作原理；分析掌握煤的坚固性系数与煤的瓦斯放散初速度的关系。4)通过煤矿瓦斯爆炸实验了解煤矿井下瓦斯爆炸的主要特征参数和基本特性。最后，进行实验室相关数据的测试分析以及学生的互动交流等。

接着，开设瓦斯等级鉴定与瓦斯抽采设计的课程设计中，根据安全工程专业教学培养计划的要求，学生在学习完矿井瓦斯防治课程后，进行该课程的实践环节：1)矿井瓦斯等级鉴定工作，以矿井瓦斯防治课程的基础知识和基本理论为基础，掌握有关等级鉴定测点布置、测定路线以及相关数值计算方法和技能。主要目的是使学生深入理解矿井正常生产情况下，依据测点布置原则、测定路线，计算相应的绝对和相对瓦斯涌出量进而判定矿井瓦斯等级。2)矿井瓦斯抽采设计工作，根据课程设计大纲的要求，完成某综采工作面本煤层抽采设计，编写出设计说明书并绘出抽采钻孔布置平面图和剖面图、工作面瓦斯抽放系统图。其目的是通过课程设计加深对矿井瓦斯防治和相关课程专业理论知识的理解。综合应用理论解决实际问题，培养学生计算、绘图和设计的能力，为毕业设计奠定基础。

最后，通过煤矿仿真模拟教学系统的顺序模式或者自由模式，实现全新的三维仿真交互操作模式。即要么根据煤矿安全生产的工序流程与提示进行学习与操作；要么按照学生自身需求有针对性的深入学习。学生通过了解与完成在虚拟的井下环境中的相关任务流程后，发现问题并及时解决，以便于深入了解瓦斯防治技术在煤矿开采中的应用。

2.2 梯队式毕业设计理念构建

如果说立体化教材建设是学校软环境建设的第一要素，是提高教学质量的根本保障，那么，学生的实践研究能力就是检验应用型工程技术人才的重要标准。针对高校生源与教师资源匹配关系的问题，本研究提出了梯队式毕业设计模式。其理念的构建是基于大四本科生毕业设计而提供的学习平台。该平台是以相同的研究课题为基础，以博士研究生的工作为主导，硕士研究生的工作为重要支柱，本科生的研究工作为辅助和分支，建立一个梯队式的研究合作团队。

梯队式毕业设计模式通过博士和硕士研究生的工作带动本科生的研究工作的积极性与能动性，并作为本科生研究工作的直接指导者和督导人；而本科生的研究工作最终目的是为研究生的工作提供研究素材和成果，本硕博融为一体，相辅相成。这样，一方面，通过梯队式研究团队的合作，带动了学生们互动互学的积极性，而且研究生的学习和研究经验可以为本科生的研究工作借鉴，本科生的研究成果可以为研究生的工作服务；另一方面，梯队式的研究模式可以避免学生因为种种不便不能及时和指导教师沟通交流，得不到有效的指导与帮助，而且指导教师也可以缓解由于指导学生过多带来的工作压力。更重要的一点是，梯队式的研究模式在课题组研究工作合理的任务分工下，可以有效地提高课题组研究工作的效率。通过构建梯队式毕业设计团队，使我们的教学理念和人才培养计划开辟了新方案和新思路，为我校软环境建设和教学科研型大学发展探索出一条崭新的道路。

3 结束语

立体化教材建设数量众多，内容比较繁杂，本质认识尚浅，多种教学手段与教学工具往往只是教材的外在形式。因此，本课题研究结合了建构主义教学理念进行立体化教学资源的开发与多元化应用，最大限度地提高高等教育的教学质量和实现学生的全面发展；此外，结合博士、硕士、学士梯队式毕业设计团队的构建，取得专业课程设计的互动互学与团队实践研究，以满足适应教育信息化新时代人才的培养需要。

[1] 魏江江.立体化教材建设的思考与实践[J].科技与出版，2011(9)：30-32.

[2] 杜炫杰，李丽萍.《大学计算机应用基础》立体化教材的设计、开发与应用[J].现代教育技术，2009(7):141-144.

[3] 周玉泉.对高职教育立体化教材建设的探索[J].职教论坛，2011(11):6-8.

[4] 杜世强.浅谈高师院校立体化教材建设[J].吉林师范大学学报，2009(9)：107-108.

[5] 刘 敏，张景生.立体化教材发展现状综述[J].内江科技，2011(3):66-67.

[6] 郭红光，王 飞.安全人机工程学教学改革的探索与研究[J].山西经济管理干部学院学报，2014(4):93-95.

[责任编辑：郝晓梅]

Construction of Three-Dimensional TextBooks and Building of Echelon Graduation Design Idea for Mining Engineering

LI Zhi-gang, WANG Fei, GUO Hong-guang

(CollegeofMiningEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

In the age of education informatization, with the deepening of teaching reform and the development of modern educational technology, and the continuous improvement of the quality of human resources demanded by social development, the talent cultivation mode and teaching mode of higher education are facing new opportunities and challenges. This paper takes the construction of three-dimensional textbooks for mining engineering as an example, obtains an effective way of improving teaching quality through the rational distribution of the diversity of teaching resources and the comprehensive application of various teaching means. In addition, new scheme and new idea is proposed for teaching concept and talent training plan of colleges and universities with the help of the construction of echelon graduation design team of Doctor, Master and Bachelor, which will realize the objective of cultivating compound talents with comprehensive ability.

teaching reform; mining engineering; training mode; teaching method; three-dimensional textbooks

2016-09-01

李治刚(1972-),男,辽宁大连人,博士,规工作于太原理工大学矿业工程学院安全科学与工程系，讲师，研究方向：煤矿安全； 王 飞(1972-)，男，内蒙古巴彦淖尔人，博士，现工作于太原理工大学矿业工程学院安全科学工程系，副教授，研究方向：煤矿安全； 郭红光(1984-)，男，山西原平人，博士，现工作于太原理工大学矿业工程学院安全科学与工程系，副教授，研究方向：煤矿安全。

G642.0

A

1008-9101(2016)04-0092-04