任春平 徐鵬 劉春生 趙存有 王本永 孔繁朝
摘要:本文針對(duì)“礦山機(jī)械”課程在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題,提出了時(shí)空耦合的教學(xué)過(guò)程與方法的新模式,即跨越時(shí)空的線(xiàn)上、線(xiàn)下相結(jié)合的形式,將課前導(dǎo)學(xué)、課中研學(xué)和課后練學(xué)整合為有機(jī)的統(tǒng)一體,為打造高效課堂奠定基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞:礦山機(jī)械;教學(xué)改革;時(shí)空耦合;教學(xué)過(guò)程與方法
“礦山機(jī)械”課程是一門(mén)專(zhuān)業(yè)必修課,該門(mén)課程面向?qū)ο鬄闄C(jī)械專(zhuān)業(yè)的本科三年級(jí)學(xué)生,包括機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化和機(jī)械工藝技術(shù)。課程教學(xué)內(nèi)容主要圍繞采煤機(jī)結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)參數(shù)、液壓支架結(jié)構(gòu)與參數(shù)、刮板輸送機(jī)等知識(shí)點(diǎn)為主線(xiàn),突出理論知識(shí)聯(lián)系工程實(shí)踐,使內(nèi)容在深度和廣度上適用不同專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的需要,力求課程教學(xué)內(nèi)容具備學(xué)科前沿性和時(shí)代性[1-3]。與工程案例密切相連的同時(shí),可滿(mǎn)足社會(huì)對(duì)于應(yīng)用型培養(yǎng)人才的需求[4-7]?!暗V山機(jī)械”課程在以往教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)存在課時(shí)較少、學(xué)習(xí)任務(wù)較重及教學(xué)模式單一的問(wèn)題,因此,探求解決該痛點(diǎn)問(wèn)題的有效方法對(duì)于學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量至關(guān)重要。
基于上述的不足問(wèn)題,“礦山機(jī)械”課程教學(xué)改革與實(shí)踐創(chuàng)新迫在眉睫,堅(jiān)持秉承以學(xué)生為中心、產(chǎn)出為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)的OBE教學(xué)理念,構(gòu)建了“時(shí)空耦合的教學(xué)過(guò)程與方法”的新模式,采用“翻轉(zhuǎn)課堂”“給—與耦合的教學(xué)方法”,綜合運(yùn)用“中國(guó)大學(xué)生慕課、智慧樹(shù)平臺(tái)、QQ群、學(xué)習(xí)通等”現(xiàn)代信息技術(shù)及優(yōu)質(zhì)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)資源,力求“礦山機(jī)械”課程達(dá)到兩性一度的課程目標(biāo)。
一、“礦山機(jī)械”課程教學(xué)改革的思路
本門(mén)課程教學(xué)設(shè)計(jì)理念來(lái)源于所在高等院?!耙詫W(xué)生為主體”的教學(xué)理念。根據(jù)學(xué)校的總體定位,為著力有效發(fā)揮“礦山機(jī)械”課程的服務(wù)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)功能與作用,在機(jī)械工程學(xué)院及機(jī)械設(shè)計(jì)教研室的領(lǐng)導(dǎo)下,對(duì)“礦山機(jī)械”課程進(jìn)行了“線(xiàn)上自學(xué)+線(xiàn)下導(dǎo)學(xué)+線(xiàn)上拓展”的混合式教學(xué)模式,結(jié)合問(wèn)題情境教學(xué)改革與實(shí)踐,本節(jié)課內(nèi)容可見(jiàn)一斑。本門(mén)課程教學(xué)環(huán)節(jié)中以“采煤機(jī)結(jié)構(gòu)及其參數(shù)”為案例,介紹目前礦井下主要采煤機(jī)的機(jī)型,線(xiàn)上拓展閱讀“采掘機(jī)械的應(yīng)用”設(shè)計(jì),體現(xiàn)了學(xué)校倡導(dǎo)的“理論知識(shí)與實(shí)踐能力、基礎(chǔ)知識(shí)與專(zhuān)業(yè)知識(shí)、人文教育與工程教育、課內(nèi)與課外、校內(nèi)與校外”五個(gè)相結(jié)合,力爭(zhēng)從一點(diǎn)一滴為學(xué)?!爸ε囵B(yǎng)思想道德素質(zhì)高、工程實(shí)踐能力強(qiáng)的‘一高一強(qiáng)的應(yīng)用型高級(jí)專(zhuān)門(mén)人才”目標(biāo)而貢獻(xiàn)力量。該教學(xué)設(shè)計(jì)也符合《全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見(jiàn)》中落實(shí)“文化知識(shí)學(xué)習(xí)和思想品德修養(yǎng)、創(chuàng)新思維和社會(huì)實(shí)踐、全面發(fā)展和個(gè)性發(fā)展緊密結(jié)合”的人才培養(yǎng)要求?!暗V山機(jī)械”課程總體的教學(xué)改革思路為構(gòu)建了“時(shí)空耦合的教學(xué)過(guò)程與方法”的新模式,具體的思路如下表所示。
(一)課前導(dǎo)學(xué)
教師通過(guò)QQ群發(fā)布本次課的學(xué)習(xí)任務(wù),具體包括兩種課前預(yù)習(xí)學(xué)習(xí)形式,第一種預(yù)習(xí)方式為學(xué)生利用中國(guó)大學(xué)生慕課、智慧樹(shù)平臺(tái)等進(jìn)行任務(wù)在線(xiàn)學(xué)習(xí)。第二種學(xué)習(xí)方式為通過(guò)知網(wǎng)或者在PUBMED上檢索相關(guān)的文獻(xiàn)進(jìn)行閱讀學(xué)習(xí),學(xué)生通過(guò)騰訊會(huì)議討論問(wèn)題,提出至少3個(gè)科學(xué)問(wèn)題進(jìn)入接下來(lái)的課中研學(xué),通過(guò)課前預(yù)習(xí)減少了課中學(xué)習(xí)的時(shí)間,節(jié)約了大量的寶貴時(shí)間,為高效傳授課程內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)奠定了基礎(chǔ),該階段采用了翻轉(zhuǎn)課堂,可有效解決學(xué)生課上學(xué)習(xí)任務(wù)較重的問(wèn)題。
(二)課中研學(xué)
學(xué)生走上講臺(tái)進(jìn)行小組匯報(bào),讓學(xué)生成為“主角”,通過(guò)學(xué)生的匯報(bào),其他組別對(duì)匯報(bào)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況提問(wèn)和點(diǎn)評(píng),教師做最后的總結(jié),該階段的時(shí)間分配為6分鐘左右。由于“礦山機(jī)械”課程涉及結(jié)構(gòu)圖較多,學(xué)生對(duì)于結(jié)構(gòu)理解不是很透徹,部分學(xué)生尤其對(duì)于采掘機(jī)械知識(shí)感到困惑。為了解決這一問(wèn)題,本門(mén)課在教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中,提出了一種IRE的啟發(fā)式教學(xué)模式,以此引起學(xué)生對(duì)采掘機(jī)械知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣,同時(shí)也可以培養(yǎng)學(xué)生的科研思維和潛質(zhì),鍛煉了學(xué)生們利用基礎(chǔ)理論相關(guān)的知識(shí)分析案例問(wèn)題的思維邏輯能力,該過(guò)程可解決教學(xué)模式單一的問(wèn)題。
(三)課后練學(xué)
由于課中研學(xué)階段時(shí)間有限,為了更好地讓學(xué)生牢固掌握講課中的知識(shí)點(diǎn),將教學(xué)過(guò)程與方法擴(kuò)展到課后練學(xué),針對(duì)學(xué)生在課中沒(méi)聽(tīng)懂的問(wèn)題或疑難問(wèn)題,通過(guò)QQ群或微信群等方式進(jìn)行在線(xiàn)解答,以此達(dá)到答疑解惑的作用。利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行章節(jié)擴(kuò)展閱讀和章節(jié)自測(cè),對(duì)本節(jié)課進(jìn)行延伸,布置課外的擴(kuò)展閱讀學(xué)習(xí)任務(wù),以此提高學(xué)生對(duì)課程的深度理解,該過(guò)程融入了擴(kuò)展教學(xué)模式,以便節(jié)約更多時(shí)間,解決課時(shí)較少的問(wèn)題。
二、“礦山機(jī)械”課程教學(xué)改革與實(shí)踐的途徑
課中研學(xué)階段即線(xiàn)下的課堂教學(xué),主要依據(jù)學(xué)情分析和學(xué)生學(xué)習(xí)興趣等,結(jié)合教師做科學(xué)研究的情況,構(gòu)建了“以學(xué)生學(xué)習(xí)興趣為中心、與教師科研相結(jié)合、挖掘?qū)W生科研潛質(zhì)為目的”的啟發(fā)式教學(xué)模式(Interest,research,exploration簡(jiǎn)稱(chēng)IRE),同時(shí)融入“給—與耦合教學(xué)方法”,即學(xué)生之間互相講解、提問(wèn)、討論,教師與學(xué)生互評(píng)等,同時(shí)設(shè)置了找茬等游戲環(huán)節(jié),提高學(xué)生參與課堂的積極性。該教學(xué)過(guò)程與方法主要包括問(wèn)題引入、知識(shí)融入、科研結(jié)合、小組討論和歸納總結(jié),同時(shí)課程思政元素內(nèi)嵌于整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié),具體如下所示。
(一)問(wèn)題導(dǎo)入方法與手段
教師首先將問(wèn)題引入,然后學(xué)生之間分組討論,可以是組內(nèi)討論,也可以是組與組之間進(jìn)行探究,將所提出的問(wèn)題進(jìn)行深入剖析,最后進(jìn)行全面的總結(jié)歸納。通常設(shè)置開(kāi)放式問(wèn)題,比如提出生活中的例子和問(wèn)題,引起學(xué)生對(duì)問(wèn)題的興趣和好奇,讓學(xué)生可以主動(dòng)去思考問(wèn)題。通過(guò)講解“煤炭的來(lái)源”背景研究,讓學(xué)生理解科學(xué)家如何思辨地將宏觀與微觀聯(lián)系起來(lái),探索微觀世界的美妙之處。
(二)知識(shí)融入方法與手段
根據(jù)本節(jié)課內(nèi)容,通過(guò)工程案例的分析與講解,讓學(xué)生切身感受到采掘機(jī)械應(yīng)用的美妙之處,比如在大傾角煤層條件下,使用何種型號(hào)采煤機(jī),此時(shí)采煤機(jī)滾筒直徑如何確定,葉片選擇頭數(shù)、筒轂直徑如何確定等,通過(guò)實(shí)際工程案例分析,鍛煉學(xué)生利用“礦山機(jī)械”課程中相關(guān)內(nèi)容解決和分析實(shí)際問(wèn)題的思維和能力,以此達(dá)到教學(xué)目標(biāo)中的“能力目標(biāo)”,即培養(yǎng)學(xué)生利用礦山機(jī)械知識(shí)解決復(fù)雜實(shí)際煤礦機(jī)械問(wèn)題的能力。
(三)科研結(jié)合方法與手段
在教學(xué)過(guò)程中探尋到教學(xué)與科研的聯(lián)系點(diǎn),將這些好的科研例子分享給學(xué)生,以此提高學(xué)生分析案例的高階思維能力,進(jìn)而提高學(xué)生做科學(xué)研究的潛質(zhì)。礦山機(jī)械中,隨著煤礦開(kāi)采深度的不斷加深,煤巖的硬度增強(qiáng),抗壓強(qiáng)度為80MPa、磨蝕性指數(shù)為1.0的硬巖亟須先進(jìn)的截割刀具。機(jī)械破碎截割硬巖在工程領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用,但用于破巖的刀具磨損與失效形式會(huì)嚴(yán)重影響破巖效率,深層探究破巖刀具的抗耐磨性能對(duì)于破巖生產(chǎn)率提高起到重要的作用,因此,確定刀具上的溫度分布及其規(guī)律尤為關(guān)鍵。刀具紅外測(cè)溫原理與裝置通過(guò)碟盤(pán)刀具紅外熱像圖,可清晰判斷刀具磨損狀態(tài),這樣將教學(xué)內(nèi)容與科研進(jìn)行了緊密結(jié)合,提高了學(xué)生解決工程案例的思維邏輯能力。
(四)小組探究方法與手段
在小組討論中,教師一定要讓學(xué)生的表達(dá)能力與想象力得到充分發(fā)揮,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思考能力,采用“給—與耦合的教學(xué)方法”,培養(yǎng)學(xué)生成為課堂中的“主角”,讓教師轉(zhuǎn)變?yōu)檎n堂中的“導(dǎo)演”,可設(shè)置搶答拔高、找茬等游戲環(huán)節(jié),提高學(xué)生參與課堂積極性。利用智慧教室創(chuàng)設(shè)全景教學(xué)環(huán)境,老師導(dǎo)入問(wèn)題,學(xué)生之間進(jìn)行分組討論。在該環(huán)節(jié),將學(xué)生可分成不同的討論小組,讓各小組成員努力去“腦洞大開(kāi)”,每個(gè)小組內(nèi)部可以相互研討,外部又可以形成良性競(jìng)爭(zhēng)。最后,各個(gè)小組完成一份總結(jié)報(bào)告,報(bào)告內(nèi)容包括研究背景、案例的采用不同方法的原理以及討論結(jié)果的預(yù)期效果等,或是讓學(xué)生課堂上臺(tái)講解。
這里以其中完成度較高的一個(gè)小組成果為例,該小組預(yù)想未來(lái)可研發(fā)一種復(fù)合集熱器設(shè)計(jì)裝置。該結(jié)構(gòu)頂面設(shè)置玻璃蓋板,供應(yīng)白天的熱能;結(jié)構(gòu)底面設(shè)置冷板,供應(yīng)晚上制冷。中間結(jié)構(gòu)部分通常設(shè)置為保溫的材料,設(shè)置的裝置既有創(chuàng)新性,又有設(shè)計(jì)依據(jù)。通過(guò)這種發(fā)散式思維的不斷啟發(fā),培養(yǎng)學(xué)生的探索問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力。對(duì)于有非常好的想法的學(xué)生,教師應(yīng)該鼓勵(lì)其進(jìn)行更進(jìn)一步的論證,積極鼓勵(lì)學(xué)生去參加各種有益于開(kāi)發(fā)創(chuàng)新思維的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、TRIZ大賽、積極申報(bào)國(guó)家專(zhuān)利等,培養(yǎng)學(xué)生做科學(xué)研究的潛質(zhì),鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力,以此達(dá)到教學(xué)目標(biāo)中關(guān)于素質(zhì)目標(biāo)中闡述的指標(biāo)點(diǎn)。
正如前面所說(shuō)的,課程思政元素一直內(nèi)嵌貫穿于整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié),潤(rùn)物無(wú)聲地滋潤(rùn)學(xué)生,培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義,堅(jiān)定學(xué)生的報(bào)國(guó)信念。同時(shí)教師歸納總結(jié)本節(jié)課的基本內(nèi)容,強(qiáng)調(diào)本節(jié)課的重、難點(diǎn)等內(nèi)容,升華課程思政主題,從而培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)思維。以往的教學(xué)模式以教師為主,“填鴨式”教學(xué)會(huì)導(dǎo)致大部分的學(xué)生對(duì)于上課沒(méi)有興趣,對(duì)于知識(shí)的吸收理解處于表層,存在“等、靠、要”的被動(dòng)思想,多數(shù)學(xué)生僅能形成“記憶、掌握”的低層學(xué)習(xí)能力,缺乏獨(dú)立思考和表達(dá)能力。為了避免這一問(wèn)題,在教學(xué)過(guò)程中要換位思考,角色互換,讓學(xué)生根據(jù)慕課和文獻(xiàn)預(yù)習(xí)內(nèi)容,登上講臺(tái)。針對(duì)講授的相關(guān)知識(shí)點(diǎn),給學(xué)生設(shè)定的研討主題“智能化采煤機(jī)”,分別找2~3名主講學(xué)生上臺(tái)給大家講解、研討和分享這個(gè)主題。比如“智能采掘機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)創(chuàng)新”,這是一個(gè)開(kāi)放式研討主題,教材和講義上都沒(méi)有具體的答案,主要考查學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和上網(wǎng)搜索資料的能力。主講學(xué)生可以任選某一種,甚至兩種介紹。主講學(xué)生講完后,開(kāi)啟質(zhì)疑環(huán)節(jié),詢(xún)問(wèn)臺(tái)下學(xué)生是否有想研討的地方。同時(shí)教師會(huì)準(zhǔn)備幾個(gè)備用問(wèn)題,例如“采煤機(jī)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與所做的科研有何聯(lián)系?”“你從發(fā)展歷程中,學(xué)習(xí)到了哪些?”等問(wèn)題,如果學(xué)生間已經(jīng)討論得很激烈了,則教師不追加問(wèn)題;否則教師要將問(wèn)題拋出,激發(fā)臺(tái)上、臺(tái)下學(xué)生的研討,并根據(jù)學(xué)生最后的研討結(jié)果給予點(diǎn)評(píng)。通過(guò)學(xué)生的自我講述和研討,更深地植入學(xué)生的內(nèi)心,激發(fā)學(xué)生探索宇宙中的未知、追求永恒的真理,激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義情懷和探索科學(xué)的使命感。
三、“礦山機(jī)械”課程教學(xué)改革與實(shí)踐的成效
“礦山機(jī)械”課程經(jīng)過(guò)4輪的教學(xué)實(shí)踐,機(jī)械專(zhuān)業(yè)2015級(jí)至2018級(jí)的學(xué)生在機(jī)械知識(shí)、專(zhuān)業(yè)技能、就業(yè)單位的認(rèn)可度等方面均有穩(wěn)步提升,在國(guó)家級(jí)、省級(jí)比賽中均有獎(jiǎng)項(xiàng)斬獲。在山東舉辦的“全國(guó)高校機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)建設(shè)高端論壇”上,團(tuán)隊(duì)成員做了“礦山機(jī)械”課程創(chuàng)新理念的專(zhuān)題報(bào)告。此外,團(tuán)隊(duì)編寫(xiě)的特色教材《礦山機(jī)械》,正在被部分兄弟高校礦業(yè)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生所使用。學(xué)生作為志愿者參加哈爾濱國(guó)際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易洽談會(huì)、國(guó)際產(chǎn)學(xué)研用合作會(huì)議等大型會(huì)議,為大會(huì)提供專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的服務(wù)。學(xué)生正在用所學(xué)到的機(jī)械知識(shí)服務(wù)龍江地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,助力龍江發(fā)展建設(shè)。以上就是“礦山機(jī)械”課程對(duì)應(yīng)國(guó)家、行業(yè)、專(zhuān)業(yè)需求,在符合校情、學(xué)情基礎(chǔ)上所進(jìn)行的課程改革和探索,以及目標(biāo)達(dá)成的具體路徑。
近五年問(wèn)卷調(diào)查,對(duì)于“礦山機(jī)械”課程開(kāi)展教學(xué)過(guò)程與方法進(jìn)行的創(chuàng)新與改革研究,絕大多數(shù)同學(xué)完成了在線(xiàn)的學(xué)習(xí)任務(wù),積極參與線(xiàn)下學(xué)習(xí),課程通過(guò)率和優(yōu)秀率逐年升高,學(xué)習(xí)興趣明顯提高,學(xué)生們自主學(xué)習(xí)“礦山機(jī)械”課程的能力得到了顯著的提高,學(xué)生對(duì)課堂的互動(dòng)性與啟發(fā)性、礦山機(jī)械知識(shí)的獲得性、礦山機(jī)械中實(shí)際工程案例的獨(dú)特性給出了非常滿(mǎn)意的評(píng)價(jià),獲得了學(xué)生的一致認(rèn)可。近幾年,通過(guò)教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié),學(xué)生學(xué)以致用的能力得到提升,學(xué)生先后多次參加國(guó)家、黑龍江省舉辦的TRIZ創(chuàng)新方法大賽,碩果累累,獲得多項(xiàng)國(guó)家級(jí)和省市獎(jiǎng),成績(jī)?nèi)〉玫谋澈笳蔑@了課程創(chuàng)新的教書(shū)育人,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新綜合素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。近五年,通過(guò)“礦山機(jī)械”課程的學(xué)習(xí),多數(shù)學(xué)生做科學(xué)研究的思維能力得到了大幅度的提高,獲批多項(xiàng)校級(jí)大學(xué)生科研立項(xiàng),申請(qǐng)或授權(quán)多項(xiàng)實(shí)用新型專(zhuān)利。該門(mén)課程順應(yīng)國(guó)家、行業(yè)和專(zhuān)業(yè)需求,在符合校情和學(xué)情的基礎(chǔ)上對(duì)課程進(jìn)行了改革與創(chuàng)新探索,未來(lái)繼續(xù)秉承工匠精神,將課程改課落到實(shí)處,該門(mén)課程的教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)模式會(huì)對(duì)其他課程創(chuàng)新提供參考,具有一定的推廣價(jià)值。
結(jié)語(yǔ)
本文提出了基于時(shí)空耦合的教學(xué)過(guò)程與方法的新模式,有效解決了“礦山機(jī)械”課程在傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中存在的課時(shí)較少、學(xué)習(xí)任務(wù)重及教學(xué)模式單一的痛點(diǎn)問(wèn)題。采用多種教學(xué)活動(dòng)形式,真正做到以學(xué)生為主體,教學(xué)為主導(dǎo)的教學(xué)思想,同時(shí)將課程思政元素內(nèi)嵌于整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié),培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、使命擔(dān)當(dāng)與愛(ài)國(guó)主義情懷。
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基金項(xiàng)目:黑龍江省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2022年度重點(diǎn)課題“課程思政與智能信息技術(shù)融合的《礦山機(jī)械》課程教學(xué)體系重構(gòu)與推演研究”(GJB1422121)
作者簡(jiǎn)介:任春平(1987—),男,漢族,黑龍江肇東人,博士,講師,碩士生導(dǎo)師,研究方向:機(jī)械設(shè)計(jì)及理論。