胡祖祥，高宇，陳莞爾

（安徽理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，安徽淮南 232001）

在提升大學(xué)生核心素養(yǎng)的背景下，礦井粉塵防治的基本知識、防治措施的傳統(tǒng)教學(xué)目標(biāo)發(fā)生了變化，學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)也在變化[1-2]。對于“理工醫(yī)融合”的礦井粉塵防治理論與職業(yè)健康課程教學(xué)應(yīng)當(dāng)如何設(shè)計(jì)，是需要認(rèn)真思考的問題。在“教學(xué)過程是師生交往的動態(tài)過程、教學(xué)過程是教師指導(dǎo)下學(xué)生的特殊認(rèn)識過程、教學(xué)過程是一個(gè)促進(jìn)學(xué)生身心發(fā)展的過程、教學(xué)過程是教書育人緊密結(jié)合的過程”[3-5]這些對教學(xué)本質(zhì)的宏觀理解前提下，本文結(jié)合交叉學(xué)科特點(diǎn)，融合礦井粉塵防治與職業(yè)健康課程內(nèi)容，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)對課堂教學(xué)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究?，F(xiàn)代信息技術(shù)下“互聯(lián)網(wǎng)+”模式針對大學(xué)生自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)提出了更高要求[6-8]。為解決大學(xué)生自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力提升過程中存在的問題，并探索自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)和提升策略，結(jié)合礦井粉塵防治理論與職業(yè)健康課程的新理論、新技術(shù)、新設(shè)備及發(fā)展趨勢，構(gòu)建了“協(xié)作自主學(xué)習(xí)”與“知識—實(shí)踐—競賽”創(chuàng)新能力培養(yǎng)教學(xué)過程。

1 教學(xué)分析

1.1 教學(xué)內(nèi)容

本課程基礎(chǔ)理論知識以除塵降塵展開，通常采用的降塵方式可歸納為兩大類：干法除塵與濕法除塵。濕式除塵的工作介質(zhì)大多采用水霧，噴霧降塵的降塵效率最高，課程以噴霧除塵為重點(diǎn)講解。課程內(nèi)容包括噴霧降塵機(jī)理、噴霧除塵形式、水的特性對噴霧降塵效果的影響、噴嘴參數(shù)對噴霧降塵效果的影響、噴霧系統(tǒng)的參數(shù)和布置、噴霧降塵關(guān)鍵技術(shù)分析。

1.2 教學(xué)目標(biāo)

按照工程教育專業(yè)認(rèn)證的理念，按照學(xué)校的培養(yǎng)定位，依據(jù)能力培養(yǎng)要求，結(jié)合課程特點(diǎn)進(jìn)行目標(biāo)設(shè)計(jì)。通過礦井粉塵防治理論與職業(yè)健康的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，希望達(dá)到如下目標(biāo)[9-11]：

1.2.1 知識目標(biāo)

掌握工業(yè)常用除塵降塵技術(shù)原理及其在煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用，了解粉塵除塵技術(shù)，熟知掘進(jìn)工作面的塵源分布，熟知掘進(jìn)工作面各主要工序防塵方法，熟知采煤工作面的塵源分布，熟知采煤工作面各主要工序的防塵方法，了解常見自動噴霧裝置和一般噴霧灑水裝置，熟知噴霧參數(shù)的確定，熟知帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)防塵罩的原則布置及主要技術(shù)參數(shù)的確定。

1.2.2 技能目標(biāo)

能根據(jù)掘進(jìn)工作面各主要工序產(chǎn)塵特點(diǎn)正確選擇防塵方法，能根據(jù)采煤工作面各主要工序產(chǎn)塵特點(diǎn)正確選擇防塵方法，制定綜采工作面綜合防塵技術(shù)措施及優(yōu)化措施，能正確選擇噴嘴類型，熟知密閉抽塵凈化，了解密閉噴霧降塵和其他防塵措施。

1.2.3 素養(yǎng)目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科自學(xué)能力，在學(xué)習(xí)理學(xué)、工學(xué)、醫(yī)學(xué)跨學(xué)科專業(yè)知識時(shí)能夠掌握知識間的聯(lián)系，養(yǎng)成對復(fù)雜問題進(jìn)行深入研究的習(xí)慣。培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新思維，充分挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛能，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。通過競賽培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、組織管理能力、溝通協(xié)作能力。

2 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

2.1 課前新知識、新問題的自主探究階段

國外學(xué)者研究表明，自我效能感與學(xué)習(xí)動機(jī)的影響是相互的，自我效能感越高，就會激發(fā)越強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)欲望[12]。其研究普遍證實(shí)，學(xué)生的自我效能感對學(xué)習(xí)行為及成就有重要影響，并對其目標(biāo)定向及學(xué)習(xí)成績具有積極的影響[13-14]。課前教學(xué)主要通過線上形式開展，教師負(fù)責(zé)構(gòu)建課前自主學(xué)習(xí)所需的礦井除塵相關(guān)資料和平臺。在平臺設(shè)計(jì)簽到活動以督促學(xué)生，布置學(xué)生針對采掘工作面、皮帶轉(zhuǎn)載點(diǎn)等粉塵產(chǎn)生嚴(yán)重區(qū)域提出科學(xué)合理的粉塵治理新技術(shù)方案，再進(jìn)行投票、討論等活動，通過對塵源點(diǎn)的治理技術(shù)學(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)生解決自主學(xué)習(xí)過程中遇到的問題。教師以整個(gè)礦井粉塵防治知識體系和礦井粉塵不同污染源的治理方法為基本元素的體系結(jié)構(gòu)，集成豐富多媒體素材資源，方便后期粉塵防治新理論、新技術(shù)的更新與擴(kuò)展，還能開展網(wǎng)上具體塵源治理案例直播授課，幫助學(xué)生完成課前自主學(xué)習(xí)。利用數(shù)字融媒體技術(shù)，鏈接多媒體資源和交互VR 資源，展示不同塵源點(diǎn)除塵技術(shù)的除塵機(jī)理、除塵方式示意圖及原理，輔助實(shí)踐操作。

2.2 課中知識學(xué)習(xí)與問題解決的提高階段

2.2.1 知識講解

教師采用傳統(tǒng)授課結(jié)合討論的方式，講解課程中礦塵粒度、分散度、粒度分布、粉塵的理化性質(zhì)、粉塵的危害、塵肺病的產(chǎn)生與預(yù)防、各除塵方式的除塵原理、優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍等內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)知識之間的連通性；教師可以通過演示或選擇合理的學(xué)習(xí)分組代表選取1～2 個(gè)知識點(diǎn)講解粉塵的測定，幫助學(xué)生形成知識體系，教師針對知識點(diǎn)，從知識層面引導(dǎo)到應(yīng)用層面。另外，根據(jù)課程每章內(nèi)容，將相關(guān)防塵設(shè)備模型或?qū)嵨镎故窘o學(xué)生，例如給學(xué)生展示不同規(guī)格的噴嘴等；充分利用現(xiàn)代多媒體，如視頻播放粉塵爆炸的過程。

2.2.2 問題解決

通過組建學(xué)習(xí)小組總結(jié)學(xué)習(xí)任務(wù)，小組討論解決自主學(xué)習(xí)存在的問題；教師引導(dǎo)學(xué)生追蹤礦井粉塵防治技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀和趨勢，建構(gòu)礦井各產(chǎn)塵源的除塵方案和設(shè)備選型設(shè)計(jì)、噴霧降塵系統(tǒng)選型設(shè)計(jì)等，幫助學(xué)生厘清粉塵防治與職業(yè)病防控的來龍去脈，為學(xué)生對粉塵治理的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)發(fā)散思維提供足夠的空間。教師引導(dǎo)學(xué)生對礦井粉塵各塵源的治理技術(shù)、整個(gè)礦井粉塵防治知識體系及查閱的礦井除塵相關(guān)資料進(jìn)行梳理、篩選、提取、組合。學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)學(xué)習(xí)塵源點(diǎn)的治理技術(shù)，這個(gè)過程可能形成與以往經(jīng)驗(yàn)不同的路徑，由此產(chǎn)生解決問題的方法和策略。教師在幫助學(xué)生解決問題的過程中，組織學(xué)生按照想法提出創(chuàng)新性除塵方式，并探索其除塵機(jī)理，繪制除塵方式示意圖。

2.2.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

通過設(shè)計(jì)礦井生產(chǎn)中掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)以及粉塵監(jiān)測系統(tǒng)等實(shí)體客觀結(jié)構(gòu)，虛擬仿真還原礦井粉塵的分布場景，每一名學(xué)生都要在實(shí)驗(yàn)平臺上開展物理實(shí)驗(yàn)，深刻理解粉塵監(jiān)測技術(shù)與原理。通過設(shè)置噴霧降塵實(shí)驗(yàn)開展?jié)袷匠龎m教學(xué)，幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)噴嘴及噴霧降塵理論，強(qiáng)化礦井粉塵防治應(yīng)用；還可以設(shè)計(jì)物理、化學(xué)抑塵以及粉塵濃度、粒度分布等檢測實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生掌握粉塵濃度、粒度及游離二氧化硅含量測定方法，從而全面掌握抑塵劑制備實(shí)驗(yàn)步驟以及粉塵采樣與檢測方法等，結(jié)合實(shí)驗(yàn)報(bào)告及答疑情況完成實(shí)驗(yàn)綜合考核；學(xué)生借助 VR 技術(shù)在三維動畫虛擬仿真中切身體驗(yàn)礦山粉塵職業(yè)危害產(chǎn)生的塵肺演變場景，強(qiáng)化學(xué)生對礦山粉塵職業(yè)危害防控知識體系的認(rèn)知。

2.2.4 組織競賽

學(xué)生在學(xué)習(xí)粉塵相關(guān)基礎(chǔ)知識后，分組查閱資料、相互討論完成研究、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)等方面的要求，如對塵源點(diǎn)的創(chuàng)新治理這一項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，需要滿足除塵需求的系統(tǒng)或工藝流程、除塵方案和設(shè)備選型或仿真模型設(shè)計(jì)，并在課堂內(nèi)進(jìn)行分組演講，通過學(xué)生互評、投票的方式，評選出優(yōu)秀課程小組代表，設(shè)計(jì)出的作品可以參加相關(guān)競賽，加深學(xué)生對礦井粉塵危害和治理技術(shù)的認(rèn)識。獲得競賽名次的學(xué)生同時(shí)獲得參與粉塵治理項(xiàng)目實(shí)施過程的資格，使學(xué)生畢業(yè)時(shí)能夠“零距離”上崗。

2.3 課后反思鞏固和優(yōu)化階段

教師綜合分析塵肺病危害及煤塵爆炸危害、塵源點(diǎn)治理與職業(yè)病防護(hù)、多學(xué)科粉塵治理技術(shù)各階段需要的練習(xí)量，設(shè)計(jì)能夠培養(yǎng)學(xué)生自行設(shè)計(jì)煤塵爆炸抑爆方案和塵源點(diǎn)除塵技術(shù)的問題，難度由低向高過渡，布置能夠幫助學(xué)生掌握粉塵相關(guān)研究的任務(wù)或活動，如在保證學(xué)生安全的條件下，帶領(lǐng)學(xué)生去煤礦進(jìn)行參觀學(xué)習(xí)，邀請專業(yè)技術(shù)人員為學(xué)生講解。安徽理工大學(xué)安全工程作為國家重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)科，其粉塵研究團(tuán)隊(duì)有多年研究粉塵治理項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，通過以往相關(guān)具有一定實(shí)際意義的粉塵治理項(xiàng)目，要求學(xué)生重新對項(xiàng)目除塵方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便提高學(xué)生自主創(chuàng)新能力。對教材上的例題和習(xí)題進(jìn)行適當(dāng)?shù)馗脑?，引?dǎo)學(xué)生在知識網(wǎng)絡(luò)中找到與問題相關(guān)的信息，將問題放到現(xiàn)實(shí)背景中考察。注重發(fā)揮礦井粉塵防治理論與職業(yè)健康課程的優(yōu)勢，培養(yǎng)學(xué)生粉塵防治與職業(yè)健康防控的責(zé)任感與使命感，使題目的解答發(fā)揮出更大的教育功能。

3 效果評價(jià)

3.1 學(xué)生學(xué)習(xí)效果評價(jià)方式

將學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、互動效果、自學(xué)成效等方面的表現(xiàn)及存在的問題進(jìn)行指標(biāo)化，每個(gè)評價(jià)指標(biāo)具有具體描述和權(quán)重。學(xué)生作業(yè)由教師分配先進(jìn)行互評，并給出得分標(biāo)準(zhǔn)，再根據(jù)學(xué)生線上線下的綜合表現(xiàn)，給予學(xué)生中肯的評價(jià)分?jǐn)?shù)。教師在每章教學(xué)內(nèi)容完成后公開每位學(xué)生的過程評價(jià)得分。

3.2 課堂教學(xué)效果評價(jià)方法

3.2.1 專家聽課評價(jià)

專家評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要求教師對教學(xué)工作充滿熱情，責(zé)任心強(qiáng)，上課精神飽滿等；教學(xué)內(nèi)容充實(shí)且能反映礦井粉塵防治與職業(yè)健康發(fā)展的新思想、新概念；引導(dǎo)學(xué)生能夠應(yīng)用多學(xué)科的基本原理分析復(fù)雜粉塵治理與健康防控問題；對產(chǎn)塵源點(diǎn)除塵設(shè)計(jì)等難點(diǎn)內(nèi)容講解透徹，并拓寬學(xué)生的知識面，給予學(xué)生聯(lián)想、創(chuàng)新的空間；及時(shí)布置與課程關(guān)系緊密的學(xué)習(xí)任務(wù)，認(rèn)真講評、答疑；能夠恰當(dāng)?shù)亟柚嗝襟w技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源輔助教學(xué)。

3.2.2 人工智能技術(shù)分析

首先通過線上學(xué)習(xí)設(shè)備和學(xué)習(xí)平臺錄取學(xué)生的學(xué)習(xí)視頻信息；然后對視頻中的學(xué)生人臉進(jìn)行檢測與識別，同時(shí)進(jìn)行學(xué)生的表情識別和學(xué)習(xí)行為識別；最后實(shí)現(xiàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)行為的分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對教學(xué)效果的評價(jià)。

4 結(jié)語

本文提出“協(xié)作自主學(xué)習(xí)”與“知識—實(shí)踐—競賽”方法全新教學(xué)模式，教學(xué)設(shè)計(jì)取得了一些不錯的效果與成績，從學(xué)生的反饋來看，這個(gè)改革是十分有必要的。課程教學(xué)充分利用理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相融合，課內(nèi)學(xué)習(xí)和課外學(xué)習(xí)相補(bǔ)充，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。一方面儲備了扎實(shí)的礦井粉塵防治理論與職業(yè)健康知識，為其他粉塵類專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)；同時(shí)在競賽中培養(yǎng)了學(xué)生思考問題時(shí)的創(chuàng)新意識，提升了分析問題、解決問題的創(chuàng)新能力和綜合能力。