面向湘潭矿山装备产业链发展的矿山机械课程教学探索

沈意平 宾光富 时彧 王佳亮 李学军

摘 要： 湘潭矿山装备产业链是湖南省重点扶持的十大优势产业链之一，也是我国矿山装备制造业的重要基地。矿山机械课程系统介绍矿物开采与富选中使用的采掘机械、运输机械、流体机械和提升机械，由于涉及的矿山机械设备类型繁多，设备工作原理抽象且涵盖机电液多领域多学科知识，加上现有教材内容陈旧、教学素材缺乏，教师课程讲解和学生学习难度都很大，往往造成理论学习与工程实际脱离，无法满足产业链发展的高素质专业人才需求。结合湘潭矿山装备企业的先进产品特点和相关科研与技术攻关项目，探讨矿山机械课程教学中普遍存在问题的解决方法，旨在提高课程教学质量，实现大学教育与矿山装备企业工作岗位的良好对接。

关键词： 矿山装备产业链；矿山机械；对接；课程教学

引言

矿山机械课程是我校机设和采矿专业本科生的一门特色专业必修课，主要介绍矿物开采与富选中使用的采掘机械、运输机械、流体机械和提升机械，力求让学生对矿山生产“采、掘、支、运”环节中使用的各类主要设备有较全面的了解，同时增强学生安全意识，培养适应工作岗位的技术技能与职业素养。然而，矿山机械课程涉及的矿山机械设备类型繁多，设备工作原理抽象且涵盖机电液多领域多学科知识，加上现有教材内容陈旧、教学素材缺乏，教师课程讲解和学生学习难度均较大，往往容易造成理论学习与工程实际脱离，难以达到预期的教学目标。

湘潭矿山装备产业链是湖南省重点扶持的十大优势产业链之一，拥有160余家矿山装备生产企业，其中湘电集团、泰富重工、平安电气等10多家在国内具有较高知名度的龙头企业，形成了采掘、提升、通风、运输、排水等门类齐全的矿山装备生产基地。

湖南科技大学是原煤炭部在江南地区设立的唯一一所高等学校，长期致力于矿山开采技术与装备研究。2009年学校联合湘潭地区矿山装备重要制造企业，组建了先进矿山装备教育部工程研究中心，在矿山装备设计、研究与开发方面承担了数十项国家发改委项目、国家重点基础研究、国家自然科学基金等国家科研项目。

因此，结合湘潭矿山装备产业链发展和教师承担矿山装备领域科研项目内容，注重矿山机械设备的新技术、新成果和发展趋势，在矿山机械课程教学中更新与丰富教学内容，开发教学资源，根据学情教情采用多样化教学手段和启发式教学方法，旨在提高学生学习积极性，培养学生创新意识，理论联系实际，实现大学教育与矿山装备企业工作岗位的良好对接。

一、 矿山机械课程教学存在的主要问题

（一） 礦山机械课程涉及的机械设备类型繁多，机械系统结构复杂，工作原理抽象，需要熟悉机、电、液、热等学科基础理论知识，教学过程中往往通过机械装配图讲解设备主要结构及工作原理，特别对于采矿专业本科生机械设计基础薄弱的特殊学情，容易导致教师花费大量时间和精力讲解，学生学习兴趣索然，难以紧跟教师授课内容，教学效果欠佳。

（二） 目前，大多数矿山机械教材中机械设备结构、设备型号、规程参数、特征性能等内容陈旧，没有体现近年来国内外新技术、新成果和发展趋势，理论脱离生产实际，单纯教材内容学习已不能满足学生走向工作岗位的知识储备需求。同时，矿山机械是一门针对性很强的特色专业课程，不同于通常的机械原理、机械设计等基础课，缺少丰富的教学资源，没有形成系统的教学素材库。

（三） 学生生产实习时间较短，大都为走马观花似的体验式实习，缺乏对矿井生产系统空间布置的感性认识，安全意识淡薄。由于学生缺乏对矿井生产过程的感性认识，不具备结合生产环境和设备性能需求来领会矿山机械设备设计、运行和维护要点，也不能深刻认识到矿山设备运行安全性和可靠性的重要，创新意识薄弱，不能满足湘潭矿山装备产业链发展的高素质专业人才需求。

二、 矿山机械课程教学探索

结合湘潭矿山装备产业链发展和教师承担矿山装备领域科研项目内容，矿山机械课程可以从教学内容、教学方法、教学实践等方面着手，探索提高教学质量的教改措施。

（一） 引产业优势技术入课程

结合湘潭矿山装备生产企业产品的技术优势，将先进的矿山设备新技术、新工艺、新成果及发展趋势引入教学内容，通过生产实习与实践详细深入地学习各类先进矿山设备新技术、新成果及其发展趋势，加深对其设计理论、机械结构与工作原理的认识与理解，提高学生学习兴趣。

举例来说，湘电重装是国内大型百吨电动轮自卸车、大型矿用机车的主要生产厂家；平安电气是国内矿用通风机品种规格最齐全、技术最先进的生产厂家；泰富重工的新型圆管带式输送机、江麓机电的液压挖掘机、远通泵业的渣浆泵、风动机械的凿岩机和环保设备，在国内具有较高的市场美誉度；韶力电气、牵引机车、双马电气是国内具有较大影响力的电机车制造商。

通过了解这些企业的先进产品，学生能够感受到新技术对产品性能提升的重要影响，提高学生学习动力。授课过程中采用情境教学，借助视频、动画、仿真等多媒体手段与启发式教学方法，新旧产品型号对比讲解，从产品机械结构及工作原理上丰富课程教学内容。

多样化的教学形式与教学手段相互结合使学生更易于理解和消化授课内容。课程教学实践中积极鼓励学生查找资料，调研国外新型矿山机械设备产品，掌握国内外同类产品的发展趋势。

（二） 引科研成果入课程

结合我校先进矿山装备教育部工程研究中心承担的科研项目研究内容和取得的研究成果，引科研入课程，引导学生思考矿山装备安全可靠运行的结构设计和运行维护方面的关键技术问题，促使学生形成适应井下恶劣极端生产环境的矿山设备设计理念，培养学生创造性。

我校近年来在矿山装备安全可靠性技术与健康维护、矿山运输设备先进传动与控制技术、高效低噪矿山通风与除尘装备和矿井降温技术与装备等方面积累了系统研究成果，并与湘潭矿山装备生产企业和郑煤、长沙矿业集团等矿井生产单位合作进行产品研发与技术推广。

举例来说，针对矿用水泵叶片表面的冲蚀、空化磨损难题，研制出耐磨胶粘有机复合弹性涂层材料、Ekonol—石墨—PTFE自润滑耐磨复合材料表面防护措施，应用于矿用水泵的密封且取得了良好的经济社会效益；针对矿用运输车辆与其他传动设备具有运行工况复杂、工作环境恶劣、低速大转矩的特点，开发了基于矢量控制技术的一种全新的控制策略，取得了突破性进展；针对圆管带式输送机多电机平衡驱动控制及模糊控制算法，开发了超长距离输送的智能控制与可视化状态监测系统。

教师通过引导文或者项目实施任务书将科研内容与科研成果引入课堂，授课过程中采用启发式教学方法或“翻转式”课堂，让学生查阅信息收集资料解决问题，成为课堂主体，避免传统教学以教师为主体的“填鸭式”教学方法的乏味与兴趣素然，培养学生解决实际矿井生产技术问题的能力，进而提高创新意识。

（三） 引工况实境入课程

考虑到学生缺乏对矿井生产过程的感性认识，授课过程中，可以播放矿井生产系统动画或录像短片，案例教学与“情景化”表现工况环境，帮助学生掌握各类矿山设备的空间布局及动态工作环境，增强学生对矿井生产的感性认识。

矿山机械涉及的采掘、提升、运输和液体机械设备，可以通过日常生活中熟悉常见的同类设备进行类比教学，降低学生初次接触复雜装备的陌生感和直观认知障碍，迅速在脑海中形成各类设备的总体结构、性能特性和工作原理等总体概念。

例如，矿井提升设备章节学习时，可以从高层建筑电梯工作原理出发，让学生从乘坐电梯的安全技术问题过渡到提升设备运转理论、手动与控制、防坠保护装备等主要学习内容；排水设备章节学习时，可以从城市排水系统出发，让学生对排水水泵和管路工作特性曲线有直观概念，加深对运转工况点、水泵串/并联工作及性能参数调节的理解。授课过程中，不断播放矿井实际生产录像或影音视频，强化矿井生产系统空间概率，培养学生矿井安全生产意识。

（四） 引工程实践入课程

实践教学是工科教学必不可少的环节，是理论指导实践，实践验证理论的辩证过程，培养学生动手动脑能力、全面发展的过程。

矿山机械课程的实施过程中，加强了配套实验室的建设，实验室配备了采矿机械、支护设备、掘进机械、运输机械、提升设备、通风设备、压气设备和排水设备等模型，同时配备了常见型号的矿用水泵、矿井空气压缩机、离心式通风机等小型的矿山机械的样机。

通过模型与样机的拆装，深入剖析机械设备零部件结构、功能、工作原理及保养与维护方法。例如，对矿井通风机的讲解，可以组织学生现场拆装、观摩FBCDZ轴流式风机，讲解风机集流器、一级叶轮、二级叶轮、扩散器、扩散塔等的结构特征及其设计原理。通过实验室将工程实践引入课程，提高学生专业实践认知，培养学生理论联系实际，动手动脑相结合的工程应用能力。

三、 小结

矿山机械是一门实践性很强的特色专业基础课程，本文从湘潭矿山装备产业链发展出发，提出引产业优势技术入课程，通过教学与实习了解矿山装备生产企业的技术优势产品，丰富教学内容，掌握矿山机械新技术、新成果及发展趋势；提出引科研成果入课程，结合教师承担的科研项目，采用“启发式”和“翻转式”教学方法，引导学生思考矿山机械设备设计理论，培养学生创新思维；提出引工况实境入课程，结合多样化的教学手段与多媒体技术，将抽象内容具体化，矿井生产环境情景化，提升学生工况环境的感性认识，培养安全生产意识。

提出引工程实践入课程，通过实验室将工程实践引入课程，培养学生理论联系实际，动手动脑相结合的工程应用能力。教学实践表明：这些措施将有利于提高大学生教育质量，培养湘潭矿山装备产业链发展所需高素质、创新性专业人才，实现大学教育与矿山装备企业工作岗位的良好对接。

参考文献：

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作者简介：

沈意平，湖南省湘潭市，湖南科技大学先进矿山装备教育部工程研究中心；

宾光富，时彧，王佳亮，湖南省湘潭市，湖南科技大学机电工程学院；

李学军，湖南省湘潭市，湖南科技大学先进矿山装备教育部工程研究中心。