劉世奇 張村 許延春 苗葳

摘? 要：特殊開采課程是一門面向采礦工程專業(yè)地下開采方向?qū)W生的專業(yè)必選課。針對該課程涉及學(xué)科廣泛，相關(guān)技術(shù)發(fā)展快，學(xué)生知識點難以掌握的特點，提出將OBE理念引入教育過程的方法，結(jié)合教育現(xiàn)代化信息技術(shù)進行課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的改革，在教學(xué)實踐中進行積極探索。實踐表明，在課堂教學(xué)中取得了較好的效果，為工程類專業(yè)教學(xué)改革提供有益的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：教學(xué)創(chuàng)新;OBE;以學(xué)生為中心;互動式課堂

中圖分類號：G641 文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）14-0138-04

Abstract： Special Mining is a compulsory course for students majoring in underground mining engineering. In view of the characteristics of this course involving a wide range of subjects， fast development of relevant technology and difficult knowledge for students to master， the method of introducing OBE concept into the education process was proposed， and the reform of teaching objectives， teaching content and teaching methods were carried out in combination with the modern information technology of education， which was actively explored in teaching practice. The practice showed that good results have been obtained in classroom teaching， which provides beneficial experience for the teaching reform of engineering specialty.

Keywords： teaching innovation; OBE; student-centered; interactive classroom

OBE教育理念是本科工程教育國際互認(rèn)協(xié)議——《華盛頓協(xié)議》[1]所推行的一種教育理念。該理念起源于上個世紀(jì)60年代，受到蘇聯(lián)率先成功發(fā)射普特尼克一號的反思，美國提出有別于當(dāng)時重視“教學(xué)端輸入”的傳統(tǒng)教學(xué)理念，強調(diào)教學(xué)應(yīng)以“學(xué)習(xí)端產(chǎn)出”的教學(xué)理念。在此理念指導(dǎo)下，教師事先為自己的課程設(shè)計預(yù)先設(shè)計學(xué)習(xí)成果，課程活動建立在協(xié)助學(xué)生達到預(yù)期目標(biāo)上。以“學(xué)生能學(xué)到什么”為出發(fā)點，逆向設(shè)計課程教學(xué)內(nèi)容，提出基于學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容相融合、學(xué)生學(xué)習(xí)過程與教學(xué)過程相融合的教學(xué)模式，注重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新和實踐能力，全面提升學(xué)生的素養(yǎng)。

隨著采礦工程專業(yè)建設(shè)的推進，國內(nèi)各高校對專業(yè)知識體系與能力體系進行了積極的探索，國內(nèi)外很多學(xué)者對此進行了深入的研究，提出了很多基于OBE理念的教學(xué)改革和探索[2-6]。其中有學(xué)者在實踐中提出該理念存在學(xué)習(xí)成果難以量化，限制學(xué)生知識探索等缺陷[7]，因此本文基于OBE教育理念的優(yōu)點，結(jié)合教育現(xiàn)代化信息技術(shù)，對學(xué)生成果進行有效量化，在課外預(yù)習(xí)與課堂教學(xué)間建立溝通橋梁，讓學(xué)生知識探索不止步于課堂，對特殊開采課堂教學(xué)具有重要意義。

一、課程改革與創(chuàng)新方案

基于OBE理念的特殊開采課程的改革策略，以教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和教學(xué)實踐四個方面展開，如圖1所示。在教學(xué)目的上，以學(xué)生應(yīng)獲取的知識、具備的能力和素質(zhì)為教學(xué)目標(biāo)。教學(xué)內(nèi)容上對教學(xué)大綱進行了優(yōu)化，增加了實驗課時，提升了互動環(huán)節(jié)的課堂比例。同時，利用教育現(xiàn)代化信息技術(shù)教學(xué)手段，實現(xiàn)學(xué)生教學(xué)成果的量化。最后，學(xué)生在教學(xué)實踐中多次展開的案例討論，課后的創(chuàng)新訓(xùn)練中獲得優(yōu)化的成績評價，完成完整的教學(xué)活動閉環(huán)。

（一）教學(xué)目標(biāo)

課程改革的思想是根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果來決定教學(xué)內(nèi)容的，同時教學(xué)目標(biāo)還要滿足培養(yǎng)方案對畢業(yè)要求的支撐。因此，課程從知識、能力和素質(zhì)3個方面確定教學(xué)目標(biāo)。

（1）知識方面：要求學(xué)生掌握基本概念、基本原理和基礎(chǔ)測量技術(shù)。了解巖層沉陷基礎(chǔ)理論、掌握建（構(gòu)）筑物保護煤柱留設(shè)與壓煤開采基本技術(shù)、掌握覆巖破壞規(guī)律與水體下壓煤開采基本技術(shù)、掌握底板突水機理與承壓水體上開采基本技術(shù)、井筒煤柱開采與井壁破裂防治。

（2）能力方面：要求學(xué)生針對實際問題提出解決方案，學(xué)會應(yīng)用相關(guān)技術(shù)和工具解決實際工程問題。如圖2所示，將概念圖與工程實際相結(jié)合，使學(xué)生掌握巖層移動規(guī)律及分帶特征，了解覆巖“上三帶”特征，學(xué)會“兩帶”發(fā)育高度預(yù)計基本方法與“上三帶”探測手段和基本方法。

（3）素質(zhì)方面：在煤炭開采的成功事例和安全事故分析討論中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高其分析、發(fā)現(xiàn)、研究和解決問題的綜合素質(zhì)。例如組織多次案例討論，以團隊的形式進行，一方面鍛煉學(xué)生查閱規(guī)范及相關(guān)資料的學(xué)習(xí)能力和協(xié)作能力，另一方面通過討論提高學(xué)生的主動溝通能力和表達能力，最終達到鍛煉學(xué)生思辨能力的目的。通過課外自主學(xué)習(xí)模式，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識。

（二）教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)以上教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)內(nèi)容改革主要包括教學(xué)大綱優(yōu)化，增加實驗課時，互動式課堂這幾個方面。

1. 教學(xué)大綱的優(yōu)化

特殊開采課程設(shè)置初期，課程教學(xué)大綱中并未設(shè)置實驗課時，改革后的部分課程內(nèi)容在改革前缺失。改革前課程主要以理論課堂灌輸為主，教學(xué)效果差。在持續(xù)改進過程中，優(yōu)化了教學(xué)大綱，增設(shè)4課時實驗課時，分別分配在“巖層移動變形機理”（2課時，以觀摩為主）和“水體下開采”（2課時，以視頻觀摩和實操為主）。實驗課時的增加，不僅符合本門課程以應(yīng)用為目的課程目標(biāo)，同時符合多手段教學(xué)、“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念。此外，在新的教學(xué)大綱中，增設(shè)了“第七章 底板注漿加固防治技術(shù)”和“第五章 水體下采煤”中“微山湖下安全采煤”的2個經(jīng)典案例，以課程負(fù)責(zé)人科研課題為背景，以案例分析的形式體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，增加了課程的趣味性和吸引力。

教學(xué)大綱改革前后對比見表1。

2. 增設(shè)實驗課時

增設(shè)實驗教學(xué)，提高學(xué)生操作技能。實驗教學(xué)的目的，除配合理論教學(xué)外，主要是培養(yǎng)學(xué)生動手能力和學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生能利用開放實驗室熟悉儀器設(shè)備及實驗程序。學(xué)校逸夫樓設(shè)置有“采動損害”開放實驗室，可直接服務(wù)于本課程，實驗室配備采動損害模型、土工試驗儀和礦用專用測試儀器。學(xué)生實驗過程中的情況如圖3、圖4所示。

3. 互動式課堂

一堂課好比一場演出，會經(jīng)歷暖場、高潮、救場、謝幕的過程。在課程教學(xué)過程中，充分學(xué)習(xí)相聲、小品、電影等藝術(shù)表演的鋪陳方式，從開始到結(jié)束分階段、分情況開展教學(xué)增加課程互動比例。比如，講到礦井突水三要素“水源、水量和涌水通道”時，可結(jié)合當(dāng)下的疫情防控，把突水三要素與防疫的“控制病源、切斷傳播途徑、保護易感人群”相聯(lián)系，以疫情開啟“突水”教學(xué)，不僅增加學(xué)習(xí)樂趣，而且促進學(xué)生理解。

（三）教學(xué)手段

課程教學(xué)的持續(xù)改進過程中，采用可視化教學(xué)手段，不斷發(fā)展了利用模型、多媒體、虛擬仿真、“雨課堂”的教育教學(xué)手段和工具，通過增加教學(xué)手段，增強了直觀教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

iLab虛擬仿真平臺是為豐富教學(xué)手段、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新興趣而開發(fā)的在線教學(xué)平臺，以“礦山巖層移動及控制虛擬仿真實驗”為例，如圖5所示，該虛擬仿真實驗采用相似模擬實驗的方式，讓學(xué)生在線進行巖層移動的實驗，一方面加深學(xué)生對覆巖破壞及巖層移動機理、形式和規(guī)律的理解，提高了學(xué)生分析能力和專業(yè)技能，另一方面，通過預(yù)留接口的方式，滿足學(xué)生自主設(shè)計、創(chuàng)新項目的需求。

雨課堂將復(fù)雜的信息技術(shù)手段融入到PowerPoint和微信，在課外預(yù)習(xí)與課堂教學(xué)間建立溝通橋梁，讓課堂互動永不下線。使用雨課堂，課堂上實時答題、彈幕互動，為傳統(tǒng)課堂教學(xué)師生互動提供了完美解決方案，如圖6所示。

疫情期間，課堂式教學(xué)受到阻礙，在不能實現(xiàn)現(xiàn)場講課的情況下，本課程結(jié)合課程特點，采用“騰訊會議+微信”的教學(xué)方式，配合iLab虛擬仿真平臺、雨課堂等教學(xué)手段，將工程結(jié)構(gòu)、機構(gòu)及有關(guān)機器設(shè)備展現(xiàn)在學(xué)生面前，增加感性認(rèn)識，使學(xué)生將課程與工程背景聯(lián)系起來，從而能更好地培養(yǎng)學(xué)生解決工程實際問題的能力。直觀教學(xué)能使許多力學(xué)疑難問題迎刃而解，既可培養(yǎng)學(xué)生興趣，又可增強其學(xué)習(xí)的自信心。

（四）教學(xué)實踐

針對學(xué)生成果的量化，課程重新制定了教學(xué)評價體系。學(xué)生成績將進行多元化綜合判斷?；贠BE的教學(xué)理念，特殊開采課程考核方式由傳統(tǒng)的知識點考核方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐越虒W(xué)目的為重心的考核方式，遵循以下原則：

（1）全過程考核的原則，即從開始到結(jié)束，從課內(nèi)到課外均進行考核。

（2）公開考核的原則，提前讓學(xué)生知道如何正確對待本課程考試，不為考試而考試的原則，即制定考試方法必須是為實現(xiàn)教學(xué)目的服務(wù)，而不是為了考試而考試。

（3）重能力、重素質(zhì)的原則，即將學(xué)生能力的表現(xiàn)和素質(zhì)的體現(xiàn)作為較大的權(quán)重系數(shù)在考核時加以考慮。

考核改革的具體方式體現(xiàn)在：

（1）閉卷考試改為開卷考試，引導(dǎo)學(xué)生不是死記硬背，而是理解運用。

（2）考核成績依據(jù)考勤、課堂作業(yè)、實驗報告和考試卷面成績的綜合判定，引導(dǎo)學(xué)生全過程學(xué)習(xí)。

（3）增加主觀題分?jǐn)?shù)比例，發(fā)揮學(xué)生獨立思考的能力。

在教學(xué)實踐上，本課程調(diào)整培養(yǎng)理念，以培養(yǎng)學(xué)生“發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、創(chuàng)新思維”能力為主要目標(biāo)，因此在傳授學(xué)生基本理論、基本方法的基礎(chǔ)上，重點培養(yǎng)學(xué)生的實踐、創(chuàng)新能力;授課教師參與相應(yīng)科研項目，了解最新國內(nèi)外動態(tài)，并結(jié)合相關(guān)科研、國內(nèi)外研究文獻，采用案例分析的方法，講解實際工程的重難點及與理論的差別，幫助學(xué)生積累工程經(jīng)驗，如以荊各莊煤礦奧陶系灰?guī)r突水淹井事故，與學(xué)生課堂討論事故原因及解決的方法;組織多次案例討論，在案例討論中按照團隊的形式進行，一方面鍛煉學(xué)生查閱規(guī)范及相關(guān)資料的學(xué)習(xí)能力和協(xié)作能力，另一方面通過討論提高學(xué)生的主動溝通能力和表達能力，最終達到鍛煉學(xué)生思辨能力的目的。

此外，本課程緊密結(jié)合采礦工程畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容，比如建筑物煤柱留設(shè)內(nèi)容與畢業(yè)設(shè)計中的工業(yè)廣場選址、壓煤量計算和邊界煤柱留設(shè)緊密相關(guān)，在課程教授過程中，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計案例展開。同時積極鼓勵同學(xué)參與采礦學(xué)科競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等創(chuàng)新訓(xùn)練賽事，挖掘?qū)W生學(xué)習(xí)潛力，提升學(xué)生解決實際問題的能力。

二、結(jié)束語

特殊開采屬于多學(xué)科交叉的應(yīng)用型課程，存在教學(xué)難度大、教學(xué)效果難以保證等痛點問題;通過優(yōu)化教學(xué)大綱與教材、持續(xù)改進教學(xué)方法、完善課程考核方式，實現(xiàn)了特殊開采課程“以學(xué)生為中心”和OBE的教學(xué)理念，利用雨課堂等教育現(xiàn)代化信息技術(shù)的優(yōu)勢，量化學(xué)習(xí)成果，有效地克服OBE理念中產(chǎn)品定義過程的限制與缺陷，將學(xué)習(xí)從課堂延續(xù)到課后，大幅度提高了學(xué)生在教學(xué)活動中的參與度，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的深度與廣度;同時注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，理論與實際相結(jié)合，在實驗與虛擬仿真中，提高了學(xué)生的動手能力與知識運用能力，對培養(yǎng)新時代能源人才的創(chuàng)新能力具有積極意義。

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基金項目：國家自然科學(xué)基金科普專項“煤炭資源安全智能開采科普活動”（42042043）;中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助“煤層底板節(jié)理型構(gòu)造災(zāi)變機制及微震表征方法”（2021YQNY09）;中國礦業(yè)大學(xué)（北京）本科教育教學(xué)改革項目“生態(tài)文明建設(shè)背景下《礦山環(huán)境保護》課程教學(xué)內(nèi)容升級與結(jié)構(gòu)優(yōu)化”（J211111）

作者簡介：劉世奇（1987-），男，漢族，河北衡水人，博士，講師，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向為特殊開采技術(shù)研究與教學(xué)。