时国庆 秦波涛

摘要：《矿井通风与安全》是安全工程、采矿工程等专业的一门必修课程，具有内容涵盖范围广、知识点多、既有一定的理论深度实践性又强等特点，对于本科生而言，许多的知识点不易理解和掌握。笔者着眼于《矿井通风与安全》课程的特点，围绕如何提高教学质量、培养符合社会需求技术人才的目标，从探讨课程教学过程中面临的一些主要问题出发，提出了利用虚拟现实技术、加强实践教学、充分利用案例教学等主要教学手段、方法来改进教学活动，教改措施的实施在一定程度上提升了学生学习的积极性，改善了教学效果，证明是一种有益的尝试。

关键词：矿井通风与安全；教学实践；虚拟现实；案例教学

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）37-0119-03

一、引言

《矿井通风与安全》是人们在与矿井自然灾害作斗争的过程中，不断积累经验、吸取教训，总结规律，建立理论、完善技术措施而逐渐形成的一门学科，它是采矿工程和安全工程等专业必不可少的一门专业课程。同时，《矿井通风与安全》是一门很有特色的专业课，是中国矿业大学安全工程专业传统优势课程，也是煤矿工程技术人员的必修课。该课程集中了煤矿安全工程专业的绝大部分专业知识点，主要包含矿井通风和矿井安全专题两部分内容，其中在矿井通风部分主要包括：矿内气候、矿井空气动力学基础，矿井通风阻力，矿井通风动力，矿井通风系统设计等主要章节；安全专题部分主要包含矿井瓦斯、矿井火灾和矿井粉尘等几部分安全专题内容。该课程教学的主要目标是通过该课程的学习，使学生在矿井通风及矿山安全工程的相关领域的专业技术和知识得到很大的提高[1，2]。

二、课程的特点与教学活动中存在的问题

1.内容多，涵盖面广，课时有限。《矿井通风与安全》课程涉及的理论知识点和专项技术等较多，如涉及到流体力学，燃烧学，化学反应动力学、传热传质、岩石力学等多个基础知识理论体系，而教学的课时为56学时，其中包含课堂实验6学时，相比其他的一些课程而言虽然课时已属于较多的主干课程，但相比与自身知识点多、复杂的实际情况，课时还是略显不足。

2.课程实践性强，受学时和实验条件限制，实践教学环节相对薄弱。《矿井通风与安全》是一门实践性特别强的课程。比如，第一章的矿内空气中部分内容介绍了矿井大气参数的测量方法，其中就涉及到许多的操作技巧，若不亲自操作则难以体会其中的要点。另外关于通风阻力的测定，风机的构造与性能测试，自燃三带的测试，瓦斯压力的测定等一些知识点实践性同样非常的强，仅靠书本知识的讲授，很难让学生充分的了解一些内容的细节和难点；而另一方面，由于课时有限，加之难以在实验室模拟现场的操作环境，因而实践教学环节相对薄弱，制约教学效果的提升。

3.课程面向大四学生，教学活动受考研、找工作等影响严重。大四是学生人生中重要的转折点，这个阶段学生们都在忙于思索自己人生的走向，思想处于波动期。就业的压力使他们转战南北，忙于应聘，有些同学想继续深造，加入考研大军，甚至在专业课程的课堂上忙着看英语、背政治，找工作、考研等看似合理的活动严重阻碍了大四的正常教学。笔者所任教的《矿井通风与安全》课程就一度安排在采矿工程大四年纪的上半学年，面对学生受制于找工作，考研等影响课程教学效果不理想的情况，教研组的课程任课教师无不感受到较大的压力。

三、提升教学效果的措施

1.教学内容上力求知识精简，重点突出。“矿井通风”与安全课程中的矿井通风部分内容主要涉及流体力学、燃烧学、传热传质等多个基础学科，具有较多的知识点，并且比较繁杂。在教学过程中必须注意做到重点突出，不能均衡用力。针对这部分内容，作者主要以《矿井通风系统》课程设计为主线来开展教学活动，课程设计實际上就是对《矿井通风与安全》课程中各章节内容的一个融会贯通，在此笔者主要围绕设计的目的、设计的流程、步骤，设计的依据等主要环节将该矿井通风各部分的主要知识点串联起来，这样一方面可以增强教学内容的逻辑性，另一方面也可以突出重要的知识点，以此做到教学重点突出，学习者心中有数。而在安全专题部分紧抓火灾和瓦斯两个与通风密切相关安全专题教学，注重煤层自燃过程及机理，煤层自燃关键防治技术、瓦斯流动理论，瓦斯突出和爆炸机理与防治技术的教学。

2.教学方法上加强案例教学。案例教学过程，实质上是一种师生共同适应、共同发展的交流过程。一方面，案例教学有助于提高学生的应用能力和辨别能力，特别是通过教师的正确引导，可以有针对性地提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力；另一方面，通过回答其他学生的提问和质疑，对于不一致的观点，可以进行激烈的辩论，这一过程不仅可以锻炼学生的思维、应变和表达能力，还可以提高他们的沟通能力和协调能力[3，4]。笔者在《矿井通风与安全》的教学活动中，广泛搜集各级安监部门制作的煤矿典型安全事故调查视频或调查报告，并通过多媒体教学设备向学生展示，之后再引导同学针对事故发生的原因、事故发生特点和事故预防技术进行深入的探讨。这种教学方法形象化，便于学生的理解，同时又有利于激发学生的学习主动性，提高学生的学生兴趣，帮助同学们理解课本上的知识，也有助于培养学生的对安全事故分析的能力。笔者发现，每当进行案例教学时学生的出勤率明显提高，无早退现象，并且课堂气氛活跃，杜绝了课堂上的瞌睡不专心等现象。教学实践证明，案例教学对于《矿井通风与安全》这样一门实践性较强课程来说是一种有效的教学方法。

3.充分利用实践教学环节，结合认识实习、生产实习开展《矿井通风与安全》的课程教学活动。在工科学生的本科阶段一般至少会安排认识、生产和毕业实习等实践教学环节，《矿井通风与安全》的教学活动我们也可以充分的利用这些实践环节。比如，安全和采矿专业的实习基地一般是建在煤炭企业，3—4周的认识实习和生产实习，带队老师和实习学生都是在煤矿度过，这样我们可以充分利用好为数不多的实践教学活动开展《矿井通风与安全》的教学工作。比如，在2013年夏天认识实习活动，整个认识实习期间安排有许多活动和我们的《矿井通风与安全》课程中的教学内容密切相关。在参观矿井主要通风机房时，适时的开展了矿井主要通风机的类型、特点和性能测定等方面的教学工作；在带队参观井下掘进工作面时，笔者结合掘进面的布局，向同学们介绍了局部通风的通风方式、通风方法，局部风机和风筒的安放位置、局部通风的安全管理等一些知识点；在生产实习时，指导老师和煤矿生产技术人员一起向学生介绍了矿井大气参数的测定方法，尤其是测定井下风速，同学们亲自动手测量，很快就理解了测风的原理和方法。结合实习实践活动而开展的课程教学可以使学生们身临其境，实战化操作，他们的感受会更加具体，对知识点的理解和记忆更为深刻，这对学生学习《矿井通风与安全》这门专业课程帮助极大。

4.发挥虚拟现实技术优势，弥补实践教学条件薄弱的缺点。在充分利用多媒体教学课件提升教学质量的同时，还注重对虚拟现实技术的应用使同学们对知识点的理解更加的形象具体，以弥补实践教学环节的不足。虚拟现实技术的出现实际是计算机图形学、人机接口技术、传感器技术以及人工智能技术等交叉与综合的结果[5]。在《矿井通风与安全》课程的教学中，我们利用虚拟现实技术向学生展示一些实践性强而又因为条件的限制难以开展实践活动的内容，它的应用主要有以下几种形式：一是利用计算机可视化技术静态的展现煤矿安全相关的一些装备、安全技术工艺等，为学生提供生动、逼真的感性学习材料，帮助学生解决学习中的知识难点。比如，在学习一些安全技术装备（如局部风机、灭火设备、瓦斯抽放设备等）和操作流程时，利用虚拟现实技术，把学生带到虚拟的煤矿井下的工作环境中去，再利用交互式的菜单完成井下安全装备应用工艺和安全环境变化的演示，增加学生对抽象的传统教学方法难以展示的一些内容的理解能力。在近年的《矿井通风与安全》课程教学活动中，我们教研室利用动画制作软件3dmax制作了防灭火泡沫灭火设备和系统（如图1所示），瓦斯抽采系统的三维演示模型，向同学们形象的展示了这些装备技术的特点与使用方法，学生对这些通过虚拟现实技术展示出来的内容印象深刻，便于理解记忆，教学的效果达到了事半功倍。另一方面，我们通过环境建模，人员建模还可以形成煤矿生产的虚拟场景，再通过在场景中引入动态摄像机，通过摄像机视角来实现对生产环境的漫游，这样可以有助于学生对煤矿生产环境的了解。此外，还可以利用虚拟现实技术向同学们再现一些煤矿安全事故发生的经过，便于学生对安全事故发生的原因，事故的特点等进行深入分析。

5.依托网络通讯平台，创新教学互动模式，做到实时教学。在课程开课伊始，任课教师主动将手机号、微信号码，电子邮箱等沟通途径告诉班级同学，这些沟通方式能够克服时间和空间的限制，为教师和学生进行交流提供了有效的平台。另外，为了便于向同学们发放一些和课程相关的电子资料（如课程设计所需的各种风机性能曲线、矿井概况、课外作业等）还建立了公共邮箱，任课教师可以将电子资料、课堂作业等发至公共邮箱，同学们登录邮箱下载所需资料，提高了教学的效率。此外，还利用QQ即时通讯工具创建了课程学习交流群，同学加入该群后可以相互交流，也可以和任课教师共同探讨学习中的问题，由于这些传播消息的手段方便快捷，极大的增强了学生和老师之间的交流互动，有利于学生对课程的学习。

6.针对大四生重就业（考研）轻课堂的现象，做到针对性教学提升学生课堂学习主动性性。首先针对不同群体，丰富教学内容。根据大四学生的心理状况，大致可以把大四学生归为两个类别：第一类为就业群体、第二类为考研、保研群体。其中第一个群体的比例较大，主要包括迫于就业压力，把大部分时间和精力用于找工作和参加招聘会的学生；第二个群体是指准备考研的学生以及己被確定为保送研究生的学生。为了能够做到激发两个群体学生的学习积极性，针对就业群体，在课堂上要合理引导，树其就业信心，同时在课程的讲授过程中，笔者注重结合自己在煤炭企业现场从事科研和生产实践活动的经验讲解一些现场安全生产工作方面得技术和管理经验，用来吸引学生的注意力，引导他们加入到教学讨论环节。针对考研和保研的同学，笔者在教学工程中注重结合自身的科研工作经历，依据讲授内容适时的向同学们介绍当前的相关问题的研究背景和研究的热点，这种做法在提升学生学习兴趣的同时，也能在一定程度上使考研或保研学生们尽快接触研究生阶段的工作，为以后的课程学习和科学研究生涯做好知识储备。例如在讲解矿井瓦斯防治章节的知识点时，重点介绍了目前世界范围内瓦斯影响矿井安全的典型案例，分析了我国面临的瓦斯治理的主要问题以及目前矿井瓦斯防治领域的主要研究热点，如瓦斯抽放，瓦斯突出的预测与治理技术等都是瓦斯防治领域的研究热点，针对这些问题的研究进展以及研究瓶颈等也都向学生们进行了介绍，准备读研的学生对这样的一些内容就表现出极强的兴趣；此外，针对一些学生缺课的现象，在采取上述措施努力提高其学习兴趣的同时，还建立了不定时的点名或签到制度，做到从制度上对他们进行约束。

四、结语

针对《矿井通风与安全》课程的特点以及教学过程中面临的实际问题，本文采用案例教学、充分利用实践活动辅助教学、将虚拟现实技术引入课堂以及关注学生兴趣点有针对性的进行课程延伸等教学等手段、方法来开展《矿井通风与安全》课程的教学工作，教学效果在一定程度上有所改进，学生的学习积极性和学习效率均得到了提高。

参考文献：

[1]王德明.矿井通风与安全[M].徐州：中国矿业大学出版社，2010.

[2]张国枢.矿井通风与安全[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.

[3]尹子民，张彩虹.案例教学方法的探讨与应用[J].辽宁工业大学学报，2008，（10）5：93-96.

[4]张蓉.案例教学在应用型人才培养中作用的发挥[J].教育与职业，2004，（11）：97-98.

[5]乔木.基于OPENGL的虚拟场景建模技术的研究与实践[D].郑州大学，2008.