《矿井通风与安全》实验课程的改革与实践

程卫民

摘要：《矿井通风与安全》是采矿工程和安全工程专业的必修课程，通风安全课内实验是该课程的重要教学内容，实验教学与课堂教学相辅相成。本文在分析和总结以往《矿井通风与安全》实验课存在问题的基础上，依托国家重点实验室进行实验课程改革，在实验课的硬件条件、课程内容、教学方法、成绩考核办法和学生的课外延拓等方面进行了改革和实践，新的实验教学方案实施4个学期后，学生实验操作能力和创新能力有明显提升，在参与国家级创新竞赛等方面取得了显著成效。

关键词：矿井通风与安全；实验课程；教学改革

中图分类号：G420 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）51-0260-03

英国著名学者李约瑟在其编著的《中国科学技术》中发问：“尽管古代中国对人类科学技术的进步与发展做出了很多卓越的贡献，为什么近代工业革命没有在中国发生”。后人将此称之为“李约瑟难题”。与此一脉相承的是中国科学泰斗钱学森提出的“钱学森之问”，即“为什么我们的高校老是培养不出杰出的人才”。“钱学森之问”是关乎中国教育事业发展的艰深命题，学校缺少培养创造型、发明型人才模式是其中包含的一个层面。教育部长袁贵仁提出，改革是新时期教育事业发展的强大动力，要通过教學模式改革提高人才的创新能力[1，2]。高等教育是人才培养的重要阶段，对高素质、创新型高层次人才的培养具有至关重要的作用，在新时期进行的课程改革是国家教育事业发展和人才培养的时代要求。

《矿井通风与安全》是安全工程专业的一门重要专业课，通过实验课程的教学环节，使学生通过实际操作深入理解矿井通风的基本理论，熟悉通风安全所用主要仪器仪表装置的构造以及操作使用方法，掌握矿井通风设计和计算能力。然而，传统的矿井通风实验有些教学内容已落后于实际生产，也存在演示实验走马观花、综合实验缺少创新等缺陷，学生参与实验的积极性不高。因此，在新时期教育领域综合改革的大背景下推行的《矿井通风与安全》实验课程改革，具有时代意义和历史使命。为此，从实验室管理、教学内容、教学方法、考核方式、学生创新能力培养等方面入手，基于通过实验课教学培养创新型、实践型人才的目标，强化实践、突出工程，采取了一系列改革措施，并于2013年9月至2015年6月期间，在两个年级本科生的实验教学中推行改革方案。一方面继续着重提高学生的实验操作和分析能力，一方面纠正学生长期以来形成的不良学风和实验态度，对调动学生的学习积极性，提高基本操作技能和综合运用知识的能力以及培养创新意识等都能起到积极作用。

一、原有通风实验课程存在的问题

1.实验内容落后于实际生产，产学结合不紧密。《矿井通风与安全》是一门囊括理论、实践、设计的重要安全专业课程，也是一门较其他课程难度大、对教学要求更高的课程，开展学习实验教学有助于理解并掌握矿井通风网络中的风量分配与调节、矿井通风设计、矿井空气调节等核心内容。随着矿井通风技术的发展，原有的《矿井通风与安全》实验课程在技能训练、人才培养等方面的缺陷日益凸显，主要体现在两个方面。（1）实验中依附于课堂理论教学的验证性实验比重过大，实验课过分迁就对理论教学的补充，忽视了本应发挥的实践作用。（2）部分重点操作和技能已落后于生产实际水平，不能反映科技前沿水平，一些测定方法和使用仪器已不在实际生产中广泛应用。

2.接受式教学方法，学生被动参与。传统实验教学过于倚重于接受学习，学生陷入了实验课就是“老师讲一步、学生做一步，看一眼实验手册，动一下实验仪器”的怪圈。这种教学方式极大地打击了学生思想的活跃性，导致在操作过程中学生不必去思考为什么要这样做，只需按部就班完成即可，即使没有参与实验，也可以把别人的实验报告稍作修改，作为自己的实验报告。学生的创新意识得不到培养，在以后的工作学习中不能将课本上学到的理论知识和现场实践经验有机结合起来。

3.考核方法单一。验证实验中，学生为符合公式和定理、得出好的实验结果而篡改、编造数据。抄袭固有实验报告模板，课后思考少，实验报告内容理论过多，自己的设计和思考太少。教师批改实验报告时，仅将书写工整、数据符合定理规律作为评分标准，造成学生形成实验课就“是写报告、写报告就是抄模板”的错误的学习习惯。

二、实验教学改革措施

上述问题表明，《矿井通风与安全》实验课程的改革已迫在眉睫，本文在学科科技前沿、实验室硬件条件、课时安排、学生建议征询等方面做了调研和研究，最终在实验室条件、课程内容、教学方法、成绩考评、学生课外延拓等5方面进行了改革，改革思路如图1。

1.升级实验室仪器设备等硬件条件，更新综合性实验内容，提高实验的生产实践性。根据学科发展和实际生产的需求，调整实验内容和体系，实验课程内容如表1所示。实验教学仍保留6个课时，删除原有的设计实验“通风阻力测定”、综合实验“风机性能测定”，改为“瓦斯抽放作业模拟实验”、“矿井安全生产监测监控系统实操实验”、“瓦斯、煤尘仿真爆炸综合实验”。配合实验教学改革，实验室购置了瓦斯抽放作业模拟实训系统装置、水环式瓦斯抽放泵、矿井安全生产监测监控系统实操系统、智能瓦斯（煤尘）爆炸试验装置等一批综合性设备，用于学生教学。

新增加的综合性实验贴近实际生产，要求学生全部独立完成操作，涉及的基础理论知识广泛而全面。以“瓦斯抽放作业模拟实验”为例，学生在基础课堂上掌握了实验中主要使用的瓦斯抽放作业模拟实训系统装置和水环式瓦斯抽放泵两种设备后，自主设置瓦斯抽放孔的位置、钻孔倾角、风机风量等参数，获得不同的瓦斯抽放、风机效率等结果。通过此实验，学生可了解并掌握瓦斯抽放作业的步骤、设备配置、瓦斯抽放作业的空间概念，加深理解通风机的风量、风压、功率与效率的变化关系，提高学生井下瓦斯抽放作业的工程实践能力。

增加综合性试验和设计实验的比重，必然增加其课时，然而可利用的课时有限，这就要求学生在验证实验课堂上充分熟悉并掌握基本实验仪器的种类和操作方法，在课前做好实验预习，带着问题进课堂，培养学生主动学习、自主学习的习惯。

2.改革教學方法，设置实验室开放课堂，进行小班教学，强化课堂教学的基础作用。课程改革后，实验课的基础教学由普通授课教室转移到实验室，课堂由封闭式改为开放式，由几个班级的大班授课变为一个班级的小班集中演练，教学方式由教师单一的照本宣科变为学生参与的双向互动式。

调整课程内容和结构，减少了演示实验和验证试验的课时，增加了瓦斯抽放作业模拟实验、矿井安全生产监测监控系统实操实验、瓦斯及煤尘仿真爆炸等综合实验的课时。压缩课时不等于删除课时，教师要求学生做好课前预习，教师对基本实验原理、实验室现有实验仪器和设备等硬件条件、实验仪器的基本操作方法及注意事项进行讲解后，学生便可自由演练，将教师原本做实验演示的时间留给学生操作练习。这种开放课堂、小班授课的方式保证学生能充分利用实验室资源，与教师进行广泛的交流，使学生既能弄懂吃透矿井通风的计算设计、测定分析等专业知识和技能，又可熟悉通风实验相关的装置、矿用通风机等仪器设备的原理、构造及使用方法，学生动手操作的积极性和自主性大大增强。

3.改革成绩考核方法，学生自主设计实验步骤，重视实验的合理性。完成1课时的课堂授课后，学生自己组成学习小组，选择本组的两个实验主题。小组成员被要求在一周内合作学习、共同设计实验内容。学生在课余时间完善实验设计，在最终向老师展示实验操作前，同一实验主题的几个小组联系考评教师对该实验主题进行1个课时的技能辅导和实验预演。学生可在实验室反复操作并多次获得实验数据，分析比较测定结果并对实验设置和操作进行改良。剩余的2个课时用于学生2个主题的综合性实验的考核，学生展示实验最终设计内容，提交实验数据，在课后撰写实验报告。教师根据实验设计的科学性、学生操作的规范性、实验报告和实验数据的真实性及合理性打分。

实验要求学生自主设计实验并不是放任不管，教师通过考前辅导课可把握设计实验的科学性和正确性，指导学生正确操作，避免学生受伤或仪器损坏，防止危险和意外的发生。自主设计实验是学生把所学知识融会贯通的过程，学生通过自己动手证明了理论课中的知识、定理，解决自己关心的一些问题，提高了学生主动思考、主动设计实验能力。

实验课是对理论课的知识拓展和实践运用，更加注重对学生动手能力、理论与实践结合能力的培养，因此评价考核体系也应与理论课不同。《矿井通风与安全》实验课对学生的考核分为平时成绩和实验成绩，分别占实验课程总成绩的30%、70%，主要考核内容如表2。

4.鼓励学生选择课题继续研究，积极参加全国性技能比赛。通过学习《矿井通风与安全》的基础知识课程和实验课程，学生具备了基本的矿井通风系统设计、测定和优化的技能，可参与到专业课教师的科研课题中，学生的研究成果可参加全国高校采矿工程专业学生实践作品大赛、大学生安全工程技能比赛、“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛等国家级比赛。如2010级学生的作品《压入式通风中风流点压力的测定》、《二氧化碳爆破筒-煤层致裂爆破增透技术》、《真三轴流-固耦合煤体渗流试验装置》在第四届、第五届全国高校采矿工程专业学生实践作品大赛中获得优秀名次。

三、结语

《矿井通风与安全》兼具理论性和实践性，是矿山安全生产类从业人员必备的知识技能，不仅要求学生掌握基本的矿山通风学理论知识，还要求学生掌握规范的操作技术，更重要的是，引导学生学会运用已知的理论和技术解决实际生产问题，所以，这门课成为培养拔尖创新型人才的重要平台。《矿井通风与安全》实验课程的改革，依托矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地的建设，从筹备到试点实施，共经历了3年时间，完成了实验室硬件升级、教学体系更新、教学方法变革、学生成绩考核办法修改等内容，鼓励学生自主创新，积极参加专业相关的国家级比赛。2013年9月至2015年6月期间，该方案在学院安全工程专业两个年级本科生的实验教学中推行，不仅明显提高了学生的基本操作技能，而且培养了学生的综合素质和创新意识，在安全工程专业实验教学中具有推广价值。

参考文献：

[1]袁贵仁.深化教育领域综合改革[EB/OL].http：//www.gov.cn/gzdt/2013-11/21/content_2531611.htm，2013-11-21.

[2]魏香，李英姿，张贵友.人体及动物生理学实验课程教学改革与拔尖创新人才的培养[J].实践教学，4（04），2014.12：48-52.

[3]陆靖，吴性良，姚子鹏.以能力培养为核心、技术要素为主线建立化学实验课程新体系[J].高等理科教育，2000，（06）：55-59.

[4]江丙友，施书磊.安全工程专业《燃烧学》课程教学改革研究[J].教改研究，2015，（67）：14

The Reform and Practice of the Laboratory Course about "Mine Ventilation and Safety"

CHENG Wei-min1，2

（1.State Key Laboratory of Mining Disaster Prevention and Control Co-founded by Shandong Province and the Ministry of Science and Technology，Shandong University of Science and Technology，Qingdao，Shandong 266590，China；

2. Shandong University of Science and Technology，College of Mining and Safety Engineering，Qingdao，Shandong 266590，China）

Abstract："Mine Ventilation and Safety"is a compulsory course of Mining Engineering and Safety Engineering，in which the classroom teaching cant exist effectively without the laboratory course. The paper introduces the reform and practice of experiment courses about the "Mine Ventilation and Safety"，which were supported by the national key laboratory and focus on the reform about hardware conditions，curriculum content，teaching and assessment method ant the expansive courses. After four semesters of teaching reform，the students have more interests in laboratory course and have obviously improved their experimental operation and innovation ability，some of whom won prizes in national science and technology innovation competition.

Key words："Mine Ventilation and Safety"；laboratory course；teaching reform