“选煤（矿）厂设计”课程教学改革实践与思考

［摘 要］ “选煤（矿）厂设计”是矿物加工工程专业本科生的必修课之一，具有较强的综合性和实践性。为强化学生综合实践能力的培养，教学团队以中国大学MOOC平台“选矿厂设计”精品共享课为依托，不断优化教学内容、改进教学模式，精心设计和组织教学过程，提高学生的学习兴趣，激发学生的内驱力，通过翻转课堂、案例教学、分组讨论等课堂教学改革实践及网络课程和教学资源建设等，构建以学生“学”为主的线上线下混合教学新模式。同时，对实践中存在的问题进行了分析，提出持续改进方向。

［关键词］ 教学改革；混合教学；翻转课堂；案例教学

［基金项目］ 2019年度太原理工大学教学改革项目“基于新工科背景的选煤（矿）厂设计课程混合教学模式改革与实践”（TLJ2019035）

［作者简介］ 李志红（1970—），女，山西太原人，博士，太原理工大学矿业工程学院副教授，主要从事矿物加工工程专业研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）16-0064-04 ［收稿日期］ 2022-05-11

引言

选煤、选矿厂设计是矿山建设的关键环节，其目的是通过一系列设计工作，使生产现场的工艺流程和设备配置最为合理，技术经济指标达到最佳，对环境友好，以尽可能少的投资实现建设目标。“选煤（矿）厂设计”是矿物加工工程本科生的专业必修课之一，课程内容主要包括工程设计的基本原则、资料分析、分选方法与流程设计、物料平衡和设备选型计算、车间及工业场地总平面工艺布置等，具有很强的综合性和实践性，对学生自主学习的要求较高，然而由于课程安排在大四第一学期，学生的主要精力在考研和找工作上，传统的以教师“教”为主导的课堂教学模式很难引起学生共鸣，教学效果欠佳。

国家级精品课程“选矿厂设计”在爱课程网中国大学MOOC平台上线，为学生自主学习和课程教学改革提供了有利条件。与传统教学模式相比，线上MOOC的优势主要表现为每部分内容相对独立，针对一个特定的内容，时间在10～15分钟，且具有暂停、回放等多种功能，便于学生依据个体情况随时进行自主学习。同时，MOOC平台也为学习者提供了参与互动、交流讨论的良好机会，学生能够接触优势教学资源，与名校名师面对面。然而，无论是基于学生的知识储备还是其学习的自觉性，线上学习都无法完全替代传统的课堂教学，对以能力培养为核心的高等工科教育来说更是如此，因此，基于网络信息化教学资源与课堂教学深度融合的线上线下混合教学模式应运而生。在学校教育教学改革项目及一流课程建设的支持下，太原理工大学“选煤（矿）厂设计”课程教学团队进行了教学模式改革的探索和实践。以国家精品课程“选矿厂设计”（慕课）为依托，关注学科前沿，优化课程内容，通过翻转课堂、案例教学等多种教学方法的融合，激发学生参与课堂教学的积极性和主动性，逐步构建以学生“学”为主的课堂教学新模式，注重培养学生解决复杂问题的综合能力和高阶思维，努力培养“知而有识，学而善用”的工程技术人才［1］。

一、“选煤（矿）厂设计”课程教学改革实践

（一）课程思政建设

课程思政寓价值塑造于知识传授与能力培养，是落实立德树人成效的重要抓手［2］。课程思政建设，就是要挖掘梳理各门课程的德育元素，充分发挥各门课程的育人功能。“选煤（矿）厂设计”课程教学团队基于知识点积极研讨挖掘课程蕴含的思政元素，并将其融入课程教学。例如，保护生态环境，应对气候变化，维护能源资源安全，是全球面临的共同挑战，2018年《中华人民共和国宪法修正案》首次将生态文明写入宪法。“绿色矿山”不是简单地给矿山穿一件“绿衣裳”，而是要求体现矿山全生命周期的资源、环境、经济、社会综合效益的最优化。课程团队在教学中立足习近平总书记提出的“绿水青山就是金山银山”绿色发展理念，将绿色、环保、生态、和谐、发展等时代理念和社会主义核心价值观有机融入课程体系，引导学生思考和理解国家“双碳”目标下煤炭行业应承担的责任和义务，培养学生关注社会、法律、环境、安全等的意识，在设计中自觉关注整体布局、优化工艺设计，节能降耗、提高资源利用效率，并对环境友好，做到少投入、多产出、少排放。选煤、选矿厂设计离不开先进设备。近几年，国产浮选机、磁选机、三产品旋流器等设备已达到国际领先水平，可在教学中借助这些大型先进设备的发展与应用，使学生理解中国装备制造业从无到有，赶超世界先进水平背后的艰辛历程；结合《中国制造2025》的时间表和路线图，展望中国装备制造业迈向高端制造的未来前景，引导学生树立干一行、爱一行、专一行、精一行，务实肯干、坚持不懈、精雕细琢的匠心精神。

（二）线上线下混合教学

在教育信息化背景下，教学资源共享为课程改革提供了条件［3-4］。“选煤（矿）厂设计”课程的综合性较强，其先修课程内容包括选煤（矿）工艺学、矿物加工机械、试验研究方法、矿物加工管理以及认识实习、生产实习等，学生在学习“选煤（矿）厂设计”课程前已经掌握了一定的专业知识，为其进行线上自主学习奠定了基础。中国矿业大学匡亚莉教授负责的“选矿厂设计”是国家级精品课程，其教学大纲与本课程基本一致，“选矿厂设计”课程在“爱课程”网中国大学MOOC平台上线，为本专业学生的线上学习提供了有力保障。鉴于各高校培养计划、课程体系等的差异，本课程在构建混合教学模式时，选择部分内容让学生进行线上学习。第一，基于学生的专业知识基础选择相对简单和完整的内容，如工程建设程序等，让学生线上自学，节约课堂学时，教师通过课后作业、测试等形式督促学生实现学习目标。第二，选择课程重点和难点内容，如流程结构设计、准备车间、跳汰车间以及浮选与压滤车间工艺布置等，要求学生在课前通过MOOC对相关知识进行预习，从而保证后续课堂教学的效果。实际操作中，学生线上学习完成效果不太理想，只有少部分学生可以坚持在网上进行课程自主学习。由于权限问题，教师无法对学生的线上学习效果进行评价，从而无法及时督促学生的线上学习。为进一步拓展线上教学，课程团队在超星学习通中建课，进行教学资源建设，如上传教学资料与课件，与外聘企业教师合作录制选煤厂设计现场教学视频等，丰富了线上课程教学内容，教师能够随时关注和督促学生的学习。

（三）课堂教学改革

1.翻转课堂。翻转课堂是教师不再占用课堂的时间讲授信息，这些信息需要学生在课前通过自主学习获得，其核心本质在于通过将面对面的课堂时间用于深入的有意义的学习，培养学生的高阶能力和素养［5］。翻转课堂利用丰富的信息化资源，让学生逐渐成为学习的主角。本课程基于学生的线上学习，在线下课堂开展翻转教学，即学生在课前通过学习MOOC、学习通的相关教学内容，课上师生角色互换，学生采用图片、视频、PPT等形式分组讲解知识点，每一个小组讲解一部分内容。对于学生讲解不到位或需要着重强调的内容，由教师进行补充和总结。此教学模式有助于学生在学习专业知识的同时，锻炼逻辑思维能力、语言表达能力、PPT课件制作能力以及团队协作能力。但在具体操作中，由于每个学生或学习小组负责讲解的任务是事先安排的，如果只是将教师讲授转换成学生讲授，那么结果一定是谁讲谁受益，负责讲授的学生也只是对自己承担的部分掌握较好，并不能充分调动所有学生对课程整体内容的学习积极性和自觉性。为提高学生的线上学习效果，课程团队进行课堂教学设计，如发布课前导学，即课前发布学习内容、任务及要求，以及需要思考的问题，要求学生完成线上测试。

2.场景化教学。“选煤（矿）厂设计”课程具有很强的实践性，但学生接触工业现场的机会很少，缺乏工程实践经历。为了让学生深入理解教学内容，部分教学内容采用了场景式教学模式。我校矿物加工工程专业拥有一套“现代化选煤厂建设模型”，涉及原煤准备、重选、粗煤泥分选、浮选，以及煤泥水处理和产品脱水、运输等工艺环节，是缩小版的选煤厂设计和建设项目，利用这一模型进行开放的场景式教学，教师引导学生在观察、分析、讨论中获取所需专业知识，形成工程项目设计和建设的整体构架。为配合教学，课程团队录制了选煤厂生产与设计的相关视频资料，学生可以观看视频中的工业现场实景，听取现场技术人员的专业讲解，有较强的代入感。

3.案例教学。案例教学法是一种以案例为基础的教学法，是非常适合工科专业课的一种教学模式，学生角色由听课者转换为探讨问题的研究者［6-7］。学习本课程时，学生已具备一定的专业基础，在教学中适当引入工程设计案例，在授课教师引导下，学生组成团队，利用专业知识对案例进行分析、讨论，在案例选择时，优先选择学生相对熟悉的选煤（矿）厂，例如，在工艺流程环节，选择学生相对熟悉的山西焦煤西山煤电（集团）有限公司屯兰选煤厂或太原选煤厂，基于入选原煤性质、产品结构及其质量要求等，进行工艺设计与优化改造的分析讨论，然后在此基础上引出其他选煤厂的典型工艺流程，引导学生理解不同工艺的特点及适用条件。在工业场地总平面布置教学环节，教师团队以吕临能化选煤厂为案例开展教学，学生在生产实习中去过该厂，对其工艺及厂区环境有一定的了解。教学环节中，学生分组对图纸进行分析，讨论主要建筑物与构筑物的工艺关系、厂区总体布局等的合理性，以及设计的特点和可能的优化改进方案等，最后教师通过引导、启发、设问等对教学内容进行总结和延伸。这种教学模式有助于学生将专业理论知识与工程实践相结合，培养学生发现问题、分析问题以及运用已学知识解决矿物加工复杂工程问题的能力。

（四）知识拓展

矿物加工技术的发展与时俱进，新工艺、新设备及新的设计理念不断涌现，受课堂学时限制，在课程教学中补充反映选煤、选矿工艺最新进展的内容较为困难。基于混合教学模式的改革，教学团队通过课程教学设计优化了课堂教学学时分配，及时将学科前沿知识纳入课程教学体系。例如，选煤、选矿厂设计规范在不断更新，可在教学中加入对设计规范变化的相关解读，帮助学生树立设计规范意识［8］。矿物加工设备大型化、单机智能化，块煤智能排矸、干法选煤、选煤（矿）厂智能化以及快速装车站等先进技术已被普遍采用，但教科书中却较少提及，教学团队除注意收集选煤厂智能化建设技术进展和最新建设成果外，还可聘请行业资深专家为学生进行专题辅导。

（五）强化学习过程考核

课程考核评价是教育过程中的重要环节，其根本目的是促进学生的发展。以产出为导向的教育，主要关注学生的学习过程和综合能力培养，因此学习效果评价不能简单以期末考试成绩为唯一依据，合理的评价体系应注重对学习过程的考核。本课程对原评价体系进行了调整，将线上学习和课堂表现纳入考核，并提高学习过程和课堂表现在总成绩中的占比，即出勤5%+线上学习5%+课堂表现10%，以评价促学习。

二、存在问题及持续改进措施

（一）思政元素的凝练

课程思政建设方面，针对不同知识点的思政元素的挖掘和凝练还不够深入，表现方式也比较单一。主讲教师和团队成员应自觉加强政治理论学习，提高思想政治素养，注重收集相关素材，建立课程思政教育资料库，并以多样化的形式将其融入课程教学。例如，可以利用一些新闻报道的案例，如矿山环境污染、安全生产等，引导学生反思和分析，增强学生在工程设计中的责任意识。结合干法分选工艺、浮选机选型的最新进展，通过介绍陈清如、孙传窑等大师的成长之路完成对学生的价值观塑造，培养学生的家国情怀、职业道德和工匠精神。

（二）教学资源及案例库建设

在教学资源方面，应积极开发和利用虚拟仿真实验教学平台。虚拟仿真技术是利用计算机技术、人工智能技术、多媒体技术、传感器技术等多种技术，生成一个高度仿真且具有视、听、触等多种感官体验的虚拟环境，用户可以通过先进的数字化人机接口技术，实现与虚拟环境中的实体的信息交流，使用户产生身临其境的感觉［9］。我校正在建设的“煤矿井下采—选—充一体化虚拟仿真实验系统”，为学生的场景化学习开辟了新的途径。案例教学涉及的实际工程问题往往非常复杂，项目的背景、方案的设计、具体工艺的构建以及案例的实际运行等，都需要分析，而且实际问题往往没有标准答案，因此，案例教学对授课教师的要求较高。教材中的工程案例有限，且提供的信息往往不全面，教师对案例及其工程背景不熟悉，可能导致讲解不到位。对此，课程教学团队应积极建设案例库。教师要收集、筛选典型的案例，这要求教师有一定的资料积累；教师要有良好的工程背景，熟悉案例的来龙去脉，了解案例的实际应用效果。