采矿工程专业课程虚实结合教学模式探索

陈冬冬，谢生荣，吴仁伦，张守宝

（中国矿业大学（北京）能源与矿业学院 北京 100083）

信息化技术近年来得到了长足发展，其在教育教学当中发挥的作用也日益显著。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020 年）》指出：“信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视”[1]。高等教育是社会进步的重要保障，是国家发展和民族振兴的基础工程。党的十八大以来，我国全面深化教育改革，加快推进社会主义现代化建设，高校作为人才培养基地和科学研究中心，在新时代中国特色社会主义事业中具有不可替代的作用，必须要牢牢把握信息技术对当今教育教学的积极影响[2]。采矿工程专业课程内容包含大量地下空间内容，如何有效提升采矿工程专业本科生的专业认知和专业兴趣，从而进一步提高本科生的专业素养，是采矿工程专业本科教学的重中之重。然而传统教学模式中存在许多薄弱环节，采矿工程专业教学模式改革势在必行，基于信息化虚拟技术逐渐发展的大环境，“虚实结合”的新型教学模式是当前重要发展方向。

1 传统教学模式的局限性

由于采矿行业的特殊性，尤其是涉及地下开采领域，需要学生在掌握理论知识之外，还要学会处理复杂的现场环境。注重系统科学知识培养的传统教学模式，不可避免地存在一些问题。

1.1 教学内容更新滞后

国际上采矿专业出现较早，在西方产业革命期间已规模初具，具有悠久的历史，中国最早在1909 年于中国矿业大学成立该专业[3]。经过多年发展，有关矿床开采的理论已相当成熟，但是从理论上派生出来的相关技术飞速发展，多学科交叉创新的研究成果不断涌现。对于采矿工程专业本科层次的学生而言，教材理论知识与当前工程技术之间存在着时差，甚至存在采用十年之前传统教材的情况，势必造成教学内容更新滞后的问题。尽管部分教师在教学过程中适当补充最新的技术发展成果，但由于未形成系统的教学模式，容易使学生对其理解不够深刻或产生偏差。

1.2 教学方式单一保守

传统教学方式是以“灌输式”保守教学方法为主，辅助以实验。学习过程中，面对抽象的采矿空间和复杂的结构网络关系，学生多处于被动接受知识的状态，很难理解理论知识，特别是以采矿工程为背景的顶板空间结构研究，大多涉及力学知识，学习起来枯燥乏味，容易丧失对课程的学习兴趣。长此以往，学生的主观能动性越来越差，对专业及课程兴趣度不高，更不必谈创新。此外，多数院校所能提供的实训、实习场所及时间等实践条件有限，很难达到实践教学的实际需求，使得实践教学的效果得不到有效保障。从实际情况看，远未达到理想效果。

1.3 实践教学渠道受限

采矿工程是一门知识复杂、专业性强的专业，其知识体系囊括采矿、矿压、瓦斯、安全、测绘等内容，尽管教学内容已形成系统，但在实践内容上显然有所欠缺。采矿行业新技术不断革新，对实习基地提出了较高的要求，需投入更大规模的实训场地与实训设备，但目前大多数院校没有建设相应的实验室或实训室，不能满足教学需求；施工现场环境复杂多变、建设过程存在一次性不可逆的特点，加之施工周期长，工种多，致使学生在课程学习时出现理论难理解、与实际联系不够紧密的问题；同时随着社会需求变化以及大学生就业形势严峻，对毕业生提出了更高要求，但部分毕业生出现实习时间短、任务重，学生难以将所学专业知识运用于生产实践，导致毕业后无法适应用人单位需要。

2 虚实结合教学模式的优越性

虚实结合教学模式的关键在于打破传统教学模式的课程设置方式，致力于运用信息化虚拟技术和传统教学相结合，升级课堂教学内容和效果，促进学生全面成长成才，提升大学生对专业知识和先进采矿知识的了解度及掌握度，以培养实践性采矿人才为目标的教学体系。该教学模式已经在基础教育、展览教育、培训教育等领域广泛应用[4]。

2.1 教学资源开放共享

信息化虚拟技术作为互联网发展到一定阶段的产物，它具有互联网共享性和开放性等特点[5]。信息化技术条件下，教学课件能够通过网络进行发布与传播，教学过程中教师和学生都可借助于网络查找相关的教学及学习的资料，教学课件也可供师生重复使用，避免出现学生因上课跑神错过知识点的学习。在网络渠道的帮助下，老师们还可以实现信息的交流和共享，同时学生也能及时获得老师对自己学习情况的反馈与评价，进一步促进教学水平和质量的提升。充分利用信息开放共享的优势，跨学科多学科交叉学习，不断融合其他专业的知识，培养学生运用多学科的视角解决复杂现实问题的能力，渗透创新思维。

2.2 教学模式科学高效

紧随时代发展，虚拟仿真技术逐渐成熟，虚拟教学是利用信息化虚拟技术模拟实际实践教学环境，形式类似动画，但更具互动性和真实感。利用3D、VR 等现代化技术创造出的采矿虚拟实验平台，可以直观模拟矿山现场环境及其作业过程，结合课堂虚拟演示与实际设备操作，有效调动学生多种感官，让学生身临其境，创造想象空间，激发学习兴趣，发挥学生主体优势，使课堂更加生动有趣。通过理论学习与实际应用有机结合，帮助学生理解理论教学知识，强化理论知识和实际操作能力，达到更理想的教学效果。

2.3 拓宽实践教学渠道

采矿工程专业因其特殊性决定了其人才培养过程中要着重培养学生的综合素质和能力，特别是实践环节的培养。虚拟仿真系统能够真实再现矿山生产全流程，包括开拓、采准、切割和回采等。在此基础上，可通过计算机重现矿井生产系统及装备、矿井开采方法及工艺、设备工作原理及使用过程、灾害演变过程、矿压观测原理与测试技术等。学生仅需一台计算机，安装相应软件就可在虚拟仿真实验教学平台上自行学习与自主操作，方便快捷，大大减少购买大型实验设备的费用，还能做到及时更新，解决因实践条件不足带来的困难，同时还避免复杂实习环境中存在的不安全因素。将信息化虚拟技术融入采矿工程专业实践教学中，拓展实验教学的广度和深度、延伸实验教学的时间和空间，对完善当前实践教学方法具有较大意义。

3 采矿工程专业课程虚实结合教学体系建设

虚实结合教学模式以发展学生学习能力、实践与创新能力为基本导向，促进学生积极探索，增强其主动思考、分析和解决问题的能力。该教学模式对于提高学生兴趣，增强课堂效果，强化学生素质教育等方面都具有积极意义，因此在采矿工程专业课程中构建虚实结合的教学体系，是推进教学改革的重要任务。

3.1 搭建教学平台

搭建教学平台，是实施虚实结合教学的基本保障。充分发挥本学科特色，以采矿工程专业核心课程知识体系为理论基础，扩展至学科前沿和行业发展最新研究成果，利用“三维仿真”“网络信息化”作为技术手段，构建线上线下相结合的虚拟教学平台。将信息化技术运用于线上平台，开发信息化教学系统，并在线下环节引入虚拟仿真技术，建立虚拟仿真实验室。线上平台可构建PC 端和移动端2个端口，通过授权范围内的个人账号和密码便可进入学习，用户可随时随地调用其中的内容，同时可以实现教师、学生之间在线交流学习。线下环节则更注重实践实操，打造一个真实的生产现场和安全的基础实验环境。

3.2 建立教学资源库

数字化教学资源能激发学生的学习兴趣，是培养学生自主学习能力和创新能力的有效途径。建设的重点可划分为网络课程、名师课堂、案例库等几方面。网络课程是在网络条件下围绕整体的教学单元对教学内容和教学活动进行系统性的安排。名师课堂则是通过流媒体技术对名师丰富的授课经验以及深厚的学术底蕴进行实时直播、录制，制作出完整的多媒体课件并上传至线上教学系统，再根据不同的专业知识进行整理分类。实现资源共享、教育机会均等的同时还为年轻教师提供了权威示范教学教材。可将国家重大科研项目加入案例库中并向本科教学开放，另外还需要加强和企业的合作，把生产中的实际问题引入教学中，这对培养综合性人才具有重要意义。

3.3 营造实训环境

为培养学生的安全意识，提高动手能力，应注重实践环节，一个优良的实训环境十分必要。从学科特色出发，综合借助环境建模、立体声合成、立体显示和触觉反馈等技术模拟生成可交互的三维动态环境，在此环境下，学生能够接触到视觉、听觉、触觉等多种感官的沉浸式体验，能获得身临其境的感受。多创建以触摸屏为学习终端的实训设备，可以全天向学生开放；加强校企合作，聘请企业教师共同参与虚拟仿真实验指导；开展启发式、讨论式实验教学，引导学生正确观察实验现象，正确分析实验结果，领会实验技巧；引入任务驱动教学模式，创设情景，加深学生对知识的理解，主动学习。

3.4 完善考核体系

学业考核是整个学习过程必不可少的环节，传统教学中单一考试方式不能有效的衡量学生综合能力的提升情况，多维度开展学业考核，需完善与线上线下融合的教学模式相适应的考核体系，主要由过程性考核机制与信息化评价体系两部分组成。以教学平台为依托，教师可事先共享课件及相关资料，在课堂上引入点名、抢答等环节，课后可立刻展开线上小测验，将考核安排在整个学习过程中。此外通过互联网展开师生之间、生生之间的互动和讨论环节，解答学生遇到的问题。运用信息化技术，对提出的问题和学生的学习数据收集并分析，理清教学过程中存在的问题以及改进方向，及时调整教学活动计划，进而提升教学效果。

4 总结

在教学中引进现代信息技术和现代教育技术，结合实物教学与虚拟技术是教学改革的有效手段。虚实结合教学模式具有虚实并存、优势互补的优势，能够克服传统教学模式的薄弱之处，实现资源跨空间、跨时间共享，创造逼真的学习情境，节省教学成本、时间成本，虚实结合的实验教学过程更凸显真实性、互动性和趣味性，能够充分调动学生的学习积极性。各高校应紧随时代，开展虚实结合的教学改革，这必然会推动高等教育课程教学迈上新台阶，也必将促进高等教育人才培养综合素质的不断提升。