陳冬冬，謝生榮，吳仁倫，張守寶

（中國礦業(yè)大學（北京）能源與礦業(yè)學院 北京 100083）

信息化技術近年來得到了長足發(fā)展，其在教育教學當中發(fā)揮的作用也日益顯著?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010―2020 年）》指出：“信息技術對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視”[1]。高等教育是社會進步的重要保障，是國家發(fā)展和民族振興的基礎工程。黨的十八大以來，我國全面深化教育改革，加快推進社會主義現(xiàn)代化建設，高校作為人才培養(yǎng)基地和科學研究中心，在新時代中國特色社會主義事業(yè)中具有不可替代的作用，必須要牢牢把握信息技術對當今教育教學的積極影響[2]。采礦工程專業(yè)課程內(nèi)容包含大量地下空間內(nèi)容，如何有效提升采礦工程專業(yè)本科生的專業(yè)認知和專業(yè)興趣，從而進一步提高本科生的專業(yè)素養(yǎng)，是采礦工程專業(yè)本科教學的重中之重。然而傳統(tǒng)教學模式中存在許多薄弱環(huán)節(jié)，采礦工程專業(yè)教學模式改革勢在必行，基于信息化虛擬技術逐漸發(fā)展的大環(huán)境，“虛實結(jié)合”的新型教學模式是當前重要發(fā)展方向。

1 傳統(tǒng)教學模式的局限性

由于采礦行業(yè)的特殊性，尤其是涉及地下開采領域，需要學生在掌握理論知識之外，還要學會處理復雜的現(xiàn)場環(huán)境。注重系統(tǒng)科學知識培養(yǎng)的傳統(tǒng)教學模式，不可避免地存在一些問題。

1.1 教學內(nèi)容更新滯后

國際上采礦專業(yè)出現(xiàn)較早，在西方產(chǎn)業(yè)革命期間已規(guī)模初具，具有悠久的歷史，中國最早在1909 年于中國礦業(yè)大學成立該專業(yè)[3]。經(jīng)過多年發(fā)展，有關礦床開采的理論已相當成熟，但是從理論上派生出來的相關技術飛速發(fā)展，多學科交叉創(chuàng)新的研究成果不斷涌現(xiàn)。對于采礦工程專業(yè)本科層次的學生而言，教材理論知識與當前工程技術之間存在著時差，甚至存在采用十年之前傳統(tǒng)教材的情況，勢必造成教學內(nèi)容更新滯后的問題。盡管部分教師在教學過程中適當補充最新的技術發(fā)展成果，但由于未形成系統(tǒng)的教學模式，容易使學生對其理解不夠深刻或產(chǎn)生偏差。

1.2 教學方式單一保守

傳統(tǒng)教學方式是以“灌輸式”保守教學方法為主，輔助以實驗。學習過程中，面對抽象的采礦空間和復雜的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡關系，學生多處于被動接受知識的狀態(tài)，很難理解理論知識，特別是以采礦工程為背景的頂板空間結(jié)構(gòu)研究，大多涉及力學知識，學習起來枯燥乏味，容易喪失對課程的學習興趣。長此以往，學生的主觀能動性越來越差，對專業(yè)及課程興趣度不高，更不必談創(chuàng)新。此外，多數(shù)院校所能提供的實訓、實習場所及時間等實踐條件有限，很難達到實踐教學的實際需求，使得實踐教學的效果得不到有效保障。從實際情況看，遠未達到理想效果。

1.3 實踐教學渠道受限

采礦工程是一門知識復雜、專業(yè)性強的專業(yè)，其知識體系囊括采礦、礦壓、瓦斯、安全、測繪等內(nèi)容，盡管教學內(nèi)容已形成系統(tǒng)，但在實踐內(nèi)容上顯然有所欠缺。采礦行業(yè)新技術不斷革新，對實習基地提出了較高的要求，需投入更大規(guī)模的實訓場地與實訓設備，但目前大多數(shù)院校沒有建設相應的實驗室或?qū)嵱柺?，不能滿足教學需求；施工現(xiàn)場環(huán)境復雜多變、建設過程存在一次性不可逆的特點，加之施工周期長，工種多，致使學生在課程學習時出現(xiàn)理論難理解、與實際聯(lián)系不夠緊密的問題；同時隨著社會需求變化以及大學生就業(yè)形勢嚴峻，對畢業(yè)生提出了更高要求，但部分畢業(yè)生出現(xiàn)實習時間短、任務重，學生難以將所學專業(yè)知識運用于生產(chǎn)實踐，導致畢業(yè)后無法適應用人單位需要。

2 虛實結(jié)合教學模式的優(yōu)越性

虛實結(jié)合教學模式的關鍵在于打破傳統(tǒng)教學模式的課程設置方式，致力于運用信息化虛擬技術和傳統(tǒng)教學相結(jié)合，升級課堂教學內(nèi)容和效果，促進學生全面成長成才，提升大學生對專業(yè)知識和先進采礦知識的了解度及掌握度，以培養(yǎng)實踐性采礦人才為目標的教學體系。該教學模式已經(jīng)在基礎教育、展覽教育、培訓教育等領域廣泛應用[4]。

2.1 教學資源開放共享

信息化虛擬技術作為互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，它具有互聯(lián)網(wǎng)共享性和開放性等特點[5]。信息化技術條件下，教學課件能夠通過網(wǎng)絡進行發(fā)布與傳播，教學過程中教師和學生都可借助于網(wǎng)絡查找相關的教學及學習的資料，教學課件也可供師生重復使用，避免出現(xiàn)學生因上課跑神錯過知識點的學習。在網(wǎng)絡渠道的幫助下，老師們還可以實現(xiàn)信息的交流和共享，同時學生也能及時獲得老師對自己學習情況的反饋與評價，進一步促進教學水平和質(zhì)量的提升。充分利用信息開放共享的優(yōu)勢，跨學科多學科交叉學習，不斷融合其他專業(yè)的知識，培養(yǎng)學生運用多學科的視角解決復雜現(xiàn)實問題的能力，滲透創(chuàng)新思維。

2.2 教學模式科學高效

緊隨時代發(fā)展，虛擬仿真技術逐漸成熟，虛擬教學是利用信息化虛擬技術模擬實際實踐教學環(huán)境，形式類似動畫，但更具互動性和真實感。利用3D、VR 等現(xiàn)代化技術創(chuàng)造出的采礦虛擬實驗平臺，可以直觀模擬礦山現(xiàn)場環(huán)境及其作業(yè)過程，結(jié)合課堂虛擬演示與實際設備操作，有效調(diào)動學生多種感官，讓學生身臨其境，創(chuàng)造想象空間，激發(fā)學習興趣，發(fā)揮學生主體優(yōu)勢，使課堂更加生動有趣。通過理論學習與實際應用有機結(jié)合，幫助學生理解理論教學知識，強化理論知識和實際操作能力，達到更理想的教學效果。

2.3 拓寬實踐教學渠道

采礦工程專業(yè)因其特殊性決定了其人才培養(yǎng)過程中要著重培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)和能力，特別是實踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)。虛擬仿真系統(tǒng)能夠真實再現(xiàn)礦山生產(chǎn)全流程，包括開拓、采準、切割和回采等。在此基礎上，可通過計算機重現(xiàn)礦井生產(chǎn)系統(tǒng)及裝備、礦井開采方法及工藝、設備工作原理及使用過程、災害演變過程、礦壓觀測原理與測試技術等。學生僅需一臺計算機，安裝相應軟件就可在虛擬仿真實驗教學平臺上自行學習與自主操作，方便快捷，大大減少購買大型實驗設備的費用，還能做到及時更新，解決因?qū)嵺`條件不足帶來的困難，同時還避免復雜實習環(huán)境中存在的不安全因素。將信息化虛擬技術融入采礦工程專業(yè)實踐教學中，拓展實驗教學的廣度和深度、延伸實驗教學的時間和空間，對完善當前實踐教學方法具有較大意義。

3 采礦工程專業(yè)課程虛實結(jié)合教學體系建設

虛實結(jié)合教學模式以發(fā)展學生學習能力、實踐與創(chuàng)新能力為基本導向，促進學生積極探索，增強其主動思考、分析和解決問題的能力。該教學模式對于提高學生興趣，增強課堂效果，強化學生素質(zhì)教育等方面都具有積極意義，因此在采礦工程專業(yè)課程中構(gòu)建虛實結(jié)合的教學體系，是推進教學改革的重要任務。

3.1 搭建教學平臺

搭建教學平臺，是實施虛實結(jié)合教學的基本保障。充分發(fā)揮本學科特色，以采礦工程專業(yè)核心課程知識體系為理論基礎，擴展至學科前沿和行業(yè)發(fā)展最新研究成果，利用“三維仿真”“網(wǎng)絡信息化”作為技術手段，構(gòu)建線上線下相結(jié)合的虛擬教學平臺。將信息化技術運用于線上平臺，開發(fā)信息化教學系統(tǒng)，并在線下環(huán)節(jié)引入虛擬仿真技術，建立虛擬仿真實驗室。線上平臺可構(gòu)建PC 端和移動端2個端口，通過授權(quán)范圍內(nèi)的個人賬號和密碼便可進入學習，用戶可隨時隨地調(diào)用其中的內(nèi)容，同時可以實現(xiàn)教師、學生之間在線交流學習。線下環(huán)節(jié)則更注重實踐實操，打造一個真實的生產(chǎn)現(xiàn)場和安全的基礎實驗環(huán)境。

3.2 建立教學資源庫

數(shù)字化教學資源能激發(fā)學生的學習興趣，是培養(yǎng)學生自主學習能力和創(chuàng)新能力的有效途徑。建設的重點可劃分為網(wǎng)絡課程、名師課堂、案例庫等幾方面。網(wǎng)絡課程是在網(wǎng)絡條件下圍繞整體的教學單元對教學內(nèi)容和教學活動進行系統(tǒng)性的安排。名師課堂則是通過流媒體技術對名師豐富的授課經(jīng)驗以及深厚的學術底蘊進行實時直播、錄制，制作出完整的多媒體課件并上傳至線上教學系統(tǒng)，再根據(jù)不同的專業(yè)知識進行整理分類。實現(xiàn)資源共享、教育機會均等的同時還為年輕教師提供了權(quán)威示范教學教材?？蓪抑卮罂蒲许椖考尤氚咐龓熘胁⑾虮究平虒W開放，另外還需要加強和企業(yè)的合作，把生產(chǎn)中的實際問題引入教學中，這對培養(yǎng)綜合性人才具有重要意義。

3.3 營造實訓環(huán)境

為培養(yǎng)學生的安全意識，提高動手能力，應注重實踐環(huán)節(jié)，一個優(yōu)良的實訓環(huán)境十分必要。從學科特色出發(fā)，綜合借助環(huán)境建模、立體聲合成、立體顯示和觸覺反饋等技術模擬生成可交互的三維動態(tài)環(huán)境，在此環(huán)境下，學生能夠接觸到視覺、聽覺、觸覺等多種感官的沉浸式體驗，能獲得身臨其境的感受。多創(chuàng)建以觸摸屏為學習終端的實訓設備，可以全天向?qū)W生開放；加強校企合作，聘請企業(yè)教師共同參與虛擬仿真實驗指導；開展啟發(fā)式、討論式實驗教學，引導學生正確觀察實驗現(xiàn)象，正確分析實驗結(jié)果，領會實驗技巧；引入任務驅(qū)動教學模式，創(chuàng)設情景，加深學生對知識的理解，主動學習。

3.4 完善考核體系

學業(yè)考核是整個學習過程必不可少的環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)教學中單一考試方式不能有效的衡量學生綜合能力的提升情況，多維度開展學業(yè)考核，需完善與線上線下融合的教學模式相適應的考核體系，主要由過程性考核機制與信息化評價體系兩部分組成。以教學平臺為依托，教師可事先共享課件及相關資料，在課堂上引入點名、搶答等環(huán)節(jié)，課后可立刻展開線上小測驗，將考核安排在整個學習過程中。此外通過互聯(lián)網(wǎng)展開師生之間、生生之間的互動和討論環(huán)節(jié)，解答學生遇到的問題。運用信息化技術，對提出的問題和學生的學習數(shù)據(jù)收集并分析，理清教學過程中存在的問題以及改進方向，及時調(diào)整教學活動計劃，進而提升教學效果。

4 總結(jié)

在教學中引進現(xiàn)代信息技術和現(xiàn)代教育技術，結(jié)合實物教學與虛擬技術是教學改革的有效手段。虛實結(jié)合教學模式具有虛實并存、優(yōu)勢互補的優(yōu)勢，能夠克服傳統(tǒng)教學模式的薄弱之處，實現(xiàn)資源跨空間、跨時間共享，創(chuàng)造逼真的學習情境，節(jié)省教學成本、時間成本，虛實結(jié)合的實驗教學過程更凸顯真實性、互動性和趣味性，能夠充分調(diào)動學生的學習積極性。各高校應緊隨時代，開展虛實結(jié)合的教學改革，這必然會推動高等教育課程教學邁上新臺階，也必將促進高等教育人才培養(yǎng)綜合素質(zhì)的不斷提升。