“矿山机械”课程多维度协同教学模式研究

刘训涛 董星 徐鹏

摘    要：针对传统教学模式学生主体地位发挥不足、学生学习资源获取难度大、网络课程监管性差、实验实践教学弱等问题，文章采用专业知识+创新教育+思想政治教育三轴融合教学法进行教学。以OBE教学理念为指导，以网络共享课程、虚拟实验、多平台混合直播方式开展线上教学。以线上教学、现场教学、翻转课堂教学、思政融合教学、融入式创新教学开展“矿山机械”课程线下教学。依托线上线下混合式、多维度支撑协助，实现课程内容和呈现方式的变化，增加课程黏性，有效提升了教学质量。

关键词：多维度；协同教学；三轴教学；虚拟实验；融入式创新

中图分类号：G642      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2023）03-0021-04

“矿山机械”课程是黑龙江科技大学传统特色省级精品课程，是采矿专业、机械设计及其自动化专业的必修课程，承担着为煤炭行业培养煤机设计、使用人才的重任[1]。课程采用专业知识+创新教育+思想政治教育三轴教学法进行教学。基于OBE教学理念设置授课内容，综合利用多平台开展线上线下混合式教学、现场教学、实验实践教学、翻转课堂教学、思政融合教学、融入式创新教学，立体化地进行“矿山机械”课程讲授（图1）。课程内容和呈现方式的变化，使课程黏性增加，从而提高教学质量。

一、“矿山机械”课程线上教学模式

授课教师利用黑龙江科技大学课程中心建立“矿山

机械”资源共享课程，依据OBE教学理念完善和修订培养方案、教学大纲和授课计划，形成教学文档库。录制“矿山机械”知识点教学视频、机械故障及处理方法视频，形成录播教学视频库，依托直播平台形成直播回放视频库，制作完成一定数量的“矿山机械”虚拟实验教学录像库。建设教案库、教学课件库、历年真题库、在线试题库、在线过程考核题库、弹窗题库、参考文献库、电子教材库、主流“矿山机械”论坛链接、企业现场应用案例库、典型机械故障与维修案例库、煤矿安全规程库、课程思政素材库，形成多维度立体化网络教学资源（图2）。

新冠疫情期间，授课教师采用网络共享课程+线上直播混合式教学方式开展教学。学生通过网络共享课程进行自主学习、预习和复习。当出现断网、断电、网络拥堵时，学生也可以通过手机访问课程中心学习网络共享课程，实现停电不停学，拥堵不停学。针对网络课程互动和监控不足的问题，授课教师采用视频直播+网络共享课程双通道线上课程教学方式。直播时，充分利用雨课堂、腾讯课堂、QQ分屏等直播平台的优势，采用多平台混合互动直播方式，实时与学生互动，营造线下课堂气氛，实现虚拟线下环境，并应用在线平台弹出测试题，对学生学习情况进行考核，实现线上立体化多维度教学。

新冠疫情期间，学生（或教师）无法到校完成矿山机械实验。因此，教师可以开展虚拟实验教学，利用CREO和UG制作采煤机、刮板机、带式输送机、液压支架等虚拟矿机和矿机虚拟装配与运动学仿真动画，制作虚拟结构实验；利用购买的流体机械虚拟实验软件开展虚拟流机实验；录制钢丝绳参数测量、提升机、水泵特性测量等矿机实验视频，开展在线虚拟演示实验教学。

學生既可以通过网课平台资源库自主学习、提前预习，也可以利用在线资源回看视频，及时复习。学生可以通过网络学习，完成阅读报告的撰写，利用题库进行自主学习，教师亦可利用在线测试和过程考核试题库监控学生学习状态，及时评估各指标点达成情况。

二、“矿山机械”课程混合式教学模式

学生的专注度仅有15～20分钟，缺乏监管和共同学习气氛的线上课堂，教学效果并不如授课教师理想中的一样好[2]。非封闭环境中，由于外界干扰、各种游戏和APP的诱惑，学生真正全身心投入到课程中的时间有限。学生使用电子设备听课，身体疲劳度要高于线下教学。根据对近三个学期学情的抽样调查，网络共享课程中学生平均专注度为38%，在线直播课程专注度为65%，线下课程学生专注度为75%。线下课程黏度明显高于线上课程。但是，共享课程和网络课程中学生复习支持度与答疑实效性的有效率高于线下课程。立体化混合式教学是当前教学条件下，较为理想的选择[3-5]。

为了更好地开展教学，提高教学质量，黑龙江科技大学将“矿山机械”课程分成采掘机械、流体机械、提升运输机械三部分，线下授课时分别由相应研究方向的专家教授进行讲授。课前，授课教师要布置相应的预习内容、指导学生撰写阅读报告，学生需要先通过网络课程预习相关课程内容，带着问题走入课堂。线下教学时，授课教师应用3D打印技术完成箕斗、矿车、风机等“矿山机械”课程实物教学模型制作，根据课程进度利用教学实物模型详细展示相应矿山机械的结构及工作原理。应用CREO/UG/CATIA等三维软件完成采煤机、刮板输送机、液压支架、钻机、提升机等三维数字模型，制作相应虚拟装配和运动学仿真动画，利用三维模型和动画演示矿机的加工和装配过程。利用到矿山科研和实习的机会录制矿山机械现场工作视频，详细讲解矿山机械工作环境、使用注意事项，立体化地构造多维度线下教学环境。

授课教师以OBE教学理念开展教学，将科研成果融入教学中，让学生参与科研，通过科研实践激发学生对“矿山机械”课程的学习热情。根据企业需要和毕业设计调整教学目标、手段和方法。

授课教师为有效应对“20分钟”专注力困惑问题，提高课程的黏性，课堂设置练习和互动环节。经过3年的实践发现，问题设置最佳时段是在15～20分、30～35分、65～70分、80～85分。线下教学时，授课教师应根据知识点讲授情况，针对相关重点有效进行设置。每堂课练习与问答次数以3～5次为宜。由于学生下午较疲惫，下午的提问次数要多于上午，尤其在5、6节课时，设问时间应趋近上限。每次练习和问答总时间应在1～7分钟。这样既可保证学生课堂的参与度，有效对学生进行课堂管理，又不会影响教学进程。在保证课程流畅度的情况下，授课教师实现对课程的有效掌控，学生专注度、课程达成度均相应提高。

三、“矿山机械”课程翻转课堂教学模式

传统线下教学学生参与度相对较低，部分难度相对较低的知识点采用翻转课堂教学，充分发挥学生的主体地位，建立学生讨论小组，提前布置讨论内容，由学生课前收集资料，课堂上以小组为单位开展讲授和讨论。课堂中，授课教师由讲授者变为课堂主持者和点评者。在整个课堂教学过程中，学生承担相应矿机知识点的讲解和讨论工作，学生根据网络课程和相关资料的学习，以小组为单位制作PPT。在交流过程中，学生可以根据内容需要与其他学生进行交流互动。授课教师要控制讨论的时间、进度，对讲授和讨论内容进行点评，并对各知识点的重点、难点进行总结概括，补充学生遗漏部分，讲解矿山机械产品设计和实际使用中容易发生的问题及解决办法。在课堂教学过程中，授课教师是学习的推动者和指导者，是学生获取资源、利用资源、处理信息、应用知识的帮手[6-8]。课堂成为学生内化知识、运用知识的场所，提升了学生的学习主动性。

四、“矿山机械”课程现场实践教学

读万卷书，不如行万里路。实践是最好的学习方式，建设龙煤集团、中煤龙化有限公司、沈煤鸡西隆丰矿山机械制造有限公司等校外实习教学基地，将课堂搬到现场，聘请企业专家，开展现场教学。以黑龙江大学矿山机械省级共享实验室和黑龙江科技大学矿产资源开发综合利用馆为依托建设校内实习基地。矿山机械实验室拥有采煤机、液压支架、掘进机、提升机、刮板输送机、带式输送机、转载机、离心式风机、轴流式风机、水泵、空压机等典型矿山机械。黑龙科技大学建有矿产资源开发综合利用馆，馆内建有完整的井工生产系统，全景真实再现了井工生产的实际，采掘、提升运输、通风、排水均按井工生产实际工况完成，并按实际布置安放采煤机、刮板输送机、皮带运输机、水泵、风机液压支架等主要矿井生产的矿山机械设备，在矿产资源开发综合利用馆里，学生可以身临其境地了解各矿山机械实际工况条件、工作原理，为学生以后进行矿山机械设计与使用打基础。同时，黑龙江科技大学还拥有校办工厂、加工中心、实训中心等矿山机械加工场所。学生通过认识实习、生产实习和毕业实习，完成矿机产品机械加工、设计方法和注意事项的学习。

五、“矿山机械”课程融入式创新教学

2021年9月24日，習近平总书记在全球科技创新交流合作论坛致辞中讲到，科学技术是人类的伟大创造性活动，创新是引领发展的第一动力。青年学生要在大学期间学会创新、养成创新习惯[9]。“矿山机械”课程采用TRIZ理论融入式教学方法，将技术创新方法TRIZ理论融入到矿山机械结构和原理讲解过程中，融入到矿山机械产品概述与前景展望中，融入到“矿山机械”课程设计、毕业设计中[10]。授课教师指导学生依据所学申请省级、校级科研立项，参加全国“TRIZ”杯创新设计大赛，培养学生的创新意识和能力，增强学生动手能力、科研组织能力和团队协作能力。黑龙江科技大学建立了技术创新方法等4个大学生创新协会，协会成员先后获得省级以上竞赛奖百余项，获得国家专利20余项，有4人成功完成自主创业。

六、“矿山机械”课程的课程思政教学

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议中指出，“要把立德树人作为中心环节，要用好课堂教学这个主渠道，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，要坚持显性教育和隐性教育相统一，挖掘其他课程和教学方式中蕴含的思想政治教育资源，实现全程育人、全方位育人”[11]。“矿山机械”课程作为矿业人才培养的重要专业课程，也要“守好一段渠，种好责任田，与思想政治理论课同向同行，形成协同效应”。要培养学生客观地认识当代社会，了解我党的百年奋斗史，用习近平新时代中国特色社会主义思想、社会主义核心价值观、中华优秀传统文化武装自己，明理、增信，增强“四个意识”，坚定“四个自信”，做到“两个维护”。

黑龙江省作为与俄罗斯接壤的边境省份，全省各族人民在党的领导下，在革命、建设和改革开放的过程中，艰辛求索、不怕牺牲、百折不挠、浴血奋战、艰苦创业、奋勇开拓，形成了东北抗联精神、北大荒精神、大庆精神、铁人精神，为人民群众留下了丰富的精神遗产[12-13]。在“矿山机械”课程授课过程中，针对井下恶劣的工作环境，授课教师应融入龙江4种精神和龙煤艰苦奋斗精神，使学生从中汲取力量，筑牢红色基因。在讲解矿山机械结构设计、机械加工过程中，融入煤矿系统大国工匠的事迹；融入刘永坦、黄大年等专家的科研精神，培养学生细致、务实、好学、创新的工作原则和作风。增加煤矿安全规程的讲授，培养学生遵纪守法、崇德守信的品质，使其成长为社会主义合格建设者和接班人。

七、“矿山机械”课程多维度协同教学模式运行保障机制建设

为了保证立体化混合式教学高效运行，黑龙江科技大学建立运行保障机制，制定课程更新机制、学生考核机制、运行维护机制，课程由指定教师定期维护。依据OBE教学理念开展过程考核，将阅读报告、作业、测试、翻转课堂表现、实验成绩、现场课程表现、竞赛成绩纳入平时成绩，结课后进行问卷调查，了解学生对各知识点的学习情况，并针对各个指标点达成情况进行相应课程内容和教学方法的改进。学校亦制定网络共享课程、线上线下混合式课程、一流课程支撑和奖励机制，教师指导学生开展创新创业的奖励机制，为课程的开展提供制度保障。

线上教学资源丰富，学生可以自主选择听课地点，在任何时间均可回看授课内容，有利于自主学习和复习，但是无法完成实验、实操，授课教师对教学过程的监管性弱，由于不可控的外界干扰太多，课程黏性较差，课程达成度较低。传统线下教学，学生学习集中于课上时间，虽然融入了新的教学方法，但是学生仍然被动地接受灌输式教育，学生的教学主体地位发挥不足，学生获取教学资源的方法单一、有限。教学过程中，授课教师可以根据学生学习状态，因材施教，课堂监管能力强，然而课堂教学对教学环境依赖性较强，疫情、停断电严重影响授课进程和质量。混合式教学是近年来发展的新的教学方法，虽然综合利用线上教学和线下教学的长处，但是仍然没有解决疫情期间对学生网课监管问题，没有融入思政教学和创新教学。

“矿山机械”课程多维度系统教学，通过线上线下混合式教学、多平台网络混合直播教学、翻转课堂教学、虚拟实验教学、现场教学、融入式创新教学、课程思政教学，多维度进行创新人才培养，通过3年的实践，学生课程达成度有很大提高，学生动手能力、创新意识、工匠精神均有所增强。立体化混合式教学的教学质量相较于传统课堂教学、网络教学有所提高，值得进一步研究。

参考文献：

[1]  苏畅，严灼.“矿山机械”教学研究与实践：以安徽理工大学采矿工程专业为例[J].教育教学论坛，2016（45）：218.

[2] 李真，岳从远，冯路.国外网络教学的发展状况和启示[J].北京印刷学院学报，2005（增刊1）：46.

[3] 教育部关于一流本科课程建设的实施意见[EB/OL].（2019-10-30）[2022-04-10]. http：//www.moe.gov.cn/srcsite /A08/s7056/201910/t20191031_406269.html.

[4] 王晶心，冯雪松.基于慕课的混合式教学：模式、效果与趋势：基于SSCI和ERIC数据库的分析[J].中国大学教学，2019（10）：49.

[5] 腾晓蓉，张蓥.精品共享课程建设与实践：以“酒店职业英语”课程为例[J].科学咨询（教育科研），2021（8）：1.

[6] 蘇小红，王甜甜，张羽，等.基于大班翻转课堂的混合教学模式探索与实践[J].中国大学教学，2017（7）：56.

[7] 王红，赵蔚，孙立会，等.翻转课堂教学模型的设计：基于国内外典型案例分析[J].现代教育技术，2013，23（8）：6.

[8] 雷军环.翻转课堂教学模式的研究与应用[J].长沙民政职业技术学院学报，2013，20（3）：67.

[9] 第一观察 聆听习近平主席谈“第一动力”[DB/OL].（2021-09-25）[2022-04-10]. https：//baijiahao.baidu.com/s？id=1711924780071246388&wfr=spider&for=pc.

[10] 刘训涛，吴卫东，曹贺.基于TRIZ理论融入模式的毕业设计研究与实践[J].中国电力教育，2013（7）：170.

[11] 习近平在全国高校思想政治工作会议上强调 把思想政治工作贯穿教育教学全过程 开创我国高等教育事业新局面[DB/OL].（2016-12-09）[2022-04-10]. http：//www.xinhuanet.com /politics/2016-12/08/c_1120082577.htm.

[12] 刘淑环.知识传授与价值引领：“概率论与数理统计”课程思政的教学探索[J].中国大学教育，2021（3）：60.

[13] 高迎爽，李楠.抗疫时期推进课程思政的理念与实践[J].中国大学教学，2020（8）：59.

编辑∕李梦迪

收稿日期：2022-02-24

修回日期：2022-04-10

作者简介：刘训涛（1975—），男，山东鄄城人，黑龙江科技大学机械工程学院教授，研究方向：矿山机械教学与研究。

基金项目：黑龙江省高等教育教学改革项目“立体化的‘矿山机械精品资源共享课程建设研究与实践”（SJGY20200634）；黑龙江省教育科学规划重点课题“新工科建设背景下矿山机械系列课程教学改革研究与实践”（GJB1320320）；黑龙江科技大学教研重点项目“立体化的‘矿山机械精品资源共享课程建设研究与实践”（JY20-16）