陳世強(qiáng) 郝小禮 李軼群

（1.湖南科技大學(xué) 南方煤礦瓦斯與頂板災(zāi)害預(yù)防控制安全生產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 湘潭 411201；2.湖南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201；3.湖南科技大學(xué) 資源環(huán)境與安全工程學(xué)院，湖南 湘潭 411201）

1 專業(yè)發(fā)展與課程特色

我校建筑環(huán)境與能源應(yīng)用工程專業(yè)（以下簡稱建環(huán)專業(yè)），是湖南省一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，1997招收了首屆本科生，源于礦山通風(fēng)安全專業(yè)。地下空間環(huán)境控制技術(shù)是建環(huán)專業(yè)長期著力建設(shè)、方向鮮明和精心凝練出的具有地下與地面交叉的特色方向，其中，《地下通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)》是特色方向的承載主體。

《地下通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)》與地面上的《通風(fēng)工程》和《空氣調(diào)節(jié)》等，存在相通之處，即均依托《流體力學(xué)》、《工程熱力學(xué)》和《傳熱學(xué)》等基礎(chǔ)知識(shí)[1]；但是，又存在顯著不同之處，地面通風(fēng)與空調(diào)的控制對(duì)象是地面建筑內(nèi)或構(gòu)筑物內(nèi)環(huán)境，而地下通風(fēng)與空調(diào)的控制對(duì)象是礦井井下的采掘工作面受限環(huán)境等。該課程涉及“礦井空氣”、“通風(fēng)動(dòng)力”等8個(gè)章節(jié)，僅安排了24課時(shí)；對(duì)于建環(huán)專業(yè)本科生而言，知識(shí)跨度大，“學(xué)生難學(xué)”問題突出。

因此，探索地面與地下通風(fēng)空調(diào)相結(jié)合的課程教學(xué)模式——從知識(shí)點(diǎn)迭代到專業(yè)理論體系重構(gòu)，是我校建環(huán)專業(yè)特色建設(shè)實(shí)踐中需要深入解決的問題[2-3]，也是探尋學(xué)科建設(shè)與專業(yè)特色的交融途徑。

2 研究進(jìn)展與問題梳理

多年來，《地下通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)》課程一直選用普遍用于采礦工程和安全工程本科教學(xué)中的通用教材——“通風(fēng)安全學(xué)”，基本內(nèi)容由礦井通風(fēng)系統(tǒng)、礦井瓦斯及其治理、礦井防塵和礦井防滅火幾部分構(gòu)成[4]；其中，礦井通風(fēng)部分為多個(gè)專業(yè)均會(huì)講授的內(nèi)容[5-8]。但是，講好這部分內(nèi)容，讓學(xué)生學(xué)好，并不容易，涉及到如何備課、如何講課和怎么考試的問題[9]。

2.1 采礦工程與安全工程專業(yè)課程改革探索

在采礦工程本科教學(xué)中，為了培養(yǎng)本科生的創(chuàng)新能力，朱令起等制定了該校特色專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃，安排設(shè)立了一系列學(xué)生科研資助項(xiàng)目，使學(xué)生帶著問題去學(xué)，目標(biāo)明確、興趣濃、主動(dòng)性強(qiáng)，自學(xué)能力會(huì)很快地明顯提高[10]。

在安全工程的本科教學(xué)中，針對(duì)當(dāng)前《礦井通風(fēng)與安全》課程設(shè)計(jì)中存在的不足，魏連江、王德明和陳開巖分析了課程設(shè)計(jì)改革的必要性，并根據(jù)《礦井通風(fēng)與安全》課程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)與課程的關(guān)系，結(jié)合多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)了課程設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)體系、教學(xué)方法，提出了《礦井通風(fēng)與安全》課程設(shè)計(jì)改革的具體措施，構(gòu)建了《礦井通風(fēng)與安全》課程設(shè)計(jì)新的教學(xué)模式，課程設(shè)計(jì)教學(xué)新模式注重學(xué)生獨(dú)立解決問題能力、創(chuàng)新能力及團(tuán)隊(duì)合作能力的培養(yǎng)。通過對(duì)《礦井通風(fēng)與安全》課程設(shè)計(jì)的教學(xué)改革，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性有了極大提高，動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、獨(dú)立分析和解決煤礦安全問題的能力得到了進(jìn)一步加強(qiáng)，取得了良好的教學(xué)效果[11-12]。

立足于采礦工程和安全工程本科教學(xué)均開設(shè)了礦井通風(fēng)與安全方面課程的特點(diǎn)，針對(duì)《通風(fēng)安全學(xué)》課程內(nèi)容多、理論性強(qiáng)和學(xué)時(shí)少等特點(diǎn)，張雷林等從教學(xué)方法、案例分析、課程設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容以及知識(shí)擴(kuò)展5個(gè)方面出發(fā)，開展了課程教學(xué)改革，實(shí)踐表明這些措施不但使學(xué)生加深對(duì)該課程的理解，而且?guī)椭麄冋莆战鉀Q實(shí)際問題的能力，達(dá)到良好的教學(xué)效果[13]。此外，為了解決當(dāng)前“礦井通風(fēng)”課程教學(xué)過程中普遍存在的問題，陳文勝等從優(yōu)化師資配備、加強(qiáng)案例教學(xué)，以及將實(shí)踐融入到教學(xué)內(nèi)容之中和注重知識(shí)更新4個(gè)方面，探究提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性的課程教學(xué)改革[14]。

歸納上述國內(nèi)4所高校的采礦工程和安全工程，在“礦井通風(fēng)”本科課程教學(xué)的探索和實(shí)踐所取得教改成績和經(jīng)驗(yàn)，并不能直接嫁接到建環(huán)專業(yè)的《地下通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)》教學(xué)中，建環(huán)專業(yè)本科生礦業(yè)方面的基礎(chǔ)知識(shí)薄弱，幾乎是空白。但是，建環(huán)本科生具有較好地面通風(fēng)空調(diào)方面的基礎(chǔ)知識(shí)積累[15-16]。

2.2 建環(huán)專業(yè)中本課程教學(xué)問題提出

建環(huán)專業(yè)主要的工程對(duì)象是地面建筑通風(fēng)空調(diào)，又可細(xì)分為民用建筑通風(fēng)空調(diào)與工業(yè)建筑通風(fēng)空調(diào)兩類。兩類通風(fēng)空調(diào)的共同點(diǎn)就是排除污染物，送入新風(fēng)和保證人員熱舒適等；民用建筑通風(fēng)空調(diào)側(cè)重于滿足室內(nèi)空氣質(zhì)量和熱舒適的要求，而工業(yè)通風(fēng)空調(diào)則側(cè)重于控制生產(chǎn)過程中的粉塵、微生物、有害氣體、高溫、高濕，創(chuàng)造良好的工作和生產(chǎn)環(huán)境，以及保護(hù)大氣環(huán)境[17]。進(jìn)一步，礦井通風(fēng)空調(diào)是一種特定的工業(yè)通風(fēng)空調(diào)，具有特長的輸配距離、特別的井下作業(yè)背景和特殊的空間環(huán)境控制目標(biāo)。

地面工業(yè)通風(fēng)空調(diào)與礦井通風(fēng)空調(diào)有著共同點(diǎn)，那就是稀釋和排除有毒有害物質(zhì)，創(chuàng)造良好的氣候環(huán)境[18]。礦井通風(fēng)空調(diào)是礦井安全生產(chǎn)重要保障。一般來說，礦井井下存在爆炸性氣體、有毒有害氣體、生產(chǎn)過程中的產(chǎn)塵、高溫、高濕及無氧區(qū)等有毒有害污染源。因此，礦井通風(fēng)的基本任務(wù)包括[8,19]：連續(xù)不斷的供給井下足夠的新鮮空氣；將井下有毒有害氣體和粉塵沖淡到安全濃度以下，并排出礦井；稀釋、排除井下的熱量和水蒸氣，為井下創(chuàng)造適宜的氣候條件。

雖然，地下通風(fēng)空調(diào)與地面通風(fēng)空調(diào)在工程目標(biāo)有相通之處，所依托的專業(yè)基礎(chǔ)上也相同；但是，如何在《地下通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)》課程教學(xué)實(shí)踐中，溝通地面與地下的通風(fēng)空調(diào)知識(shí)，這個(gè)教改探索與實(shí)踐仍是我校專業(yè)特色建設(shè)與落實(shí)中亟待厘清的問題，也是具體化地方高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)實(shí)現(xiàn)方法的路徑探究。

3 知識(shí)點(diǎn)迭代到專業(yè)課程認(rèn)知構(gòu)建

3.1 總體路線

在計(jì)算數(shù)學(xué)與數(shù)值方法領(lǐng)域，“迭代”定義為重復(fù)反饋過程的特定活動(dòng)，其活動(dòng)的目的是逼近所需目標(biāo)或結(jié)果；進(jìn)一步，每一次對(duì)過程的重復(fù)屬于一次“迭代”，并且，每一次迭代得到的數(shù)值或者結(jié)果將作為下一次迭代的初始數(shù)值。第一次迭代必須賦以初始數(shù)值組或者邊界條件。

知識(shí)點(diǎn)迭代到專業(yè)課程認(rèn)知，具體可以表述為“利用諸如地上建筑通風(fēng)空調(diào)方面先開課程及其理論（方法和實(shí)踐）作為初始知識(shí)（或者認(rèn)知或者實(shí)踐中獲得的認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)），實(shí)施類比、異同分解和歸納提升等手段而迭代知識(shí)點(diǎn)，逐步認(rèn)識(shí)、熟悉和掌握地下通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)中的專門理論、方法和工程實(shí)踐”，是本課程課堂教學(xué)改革與實(shí)踐的實(shí)施路徑、實(shí)操方法和指導(dǎo)思想?；诖?，開展課程教學(xué)方案的優(yōu)化研究，糅合地下通風(fēng)空調(diào)與地面通風(fēng)空調(diào)，提煉交叉知識(shí)點(diǎn)；開展課堂教學(xué)環(huán)節(jié)的優(yōu)化研究，揭露教材中個(gè)別知識(shí)點(diǎn)的來龍去脈，加強(qiáng)師生互動(dòng)，提升課堂教學(xué)實(shí)效；開展課程考核的優(yōu)化研究，強(qiáng)化教學(xué)過程考核，加大地面與地下通風(fēng)空調(diào)異同的考核力度。圍繞《地下通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)》課程教學(xué)各環(huán)節(jié)，通過優(yōu)化教學(xué)方案、優(yōu)化課堂教學(xué)環(huán)節(jié)和優(yōu)化課程考核，探究本課程“構(gòu)建模式”課程教學(xué)方法，并指導(dǎo)本課程教學(xué)實(shí)踐，溝通地面通風(fēng)空調(diào)與地下通風(fēng)空調(diào)知識(shí)點(diǎn)，提高專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，拓寬畢業(yè)生就業(yè)口徑，凸顯我校建環(huán)專業(yè)特色。

3.2 三條知識(shí)迭代措施與一個(gè)專業(yè)理論體系重構(gòu)

（1）優(yōu)化教學(xué)方案，溝通知識(shí)點(diǎn)。

梳理章節(jié)內(nèi)容，從礦井空氣開始到礦井空氣調(diào)節(jié)概論結(jié)束，梳理現(xiàn)有教材中的知識(shí)點(diǎn)，找出適合于拓展建環(huán)專業(yè)本科生的主要知識(shí)點(diǎn)，如下圖（a）：二者共同之處是流體機(jī)械及其運(yùn)行工況點(diǎn)確定；進(jìn)一步，基于授課者在礦井主通風(fēng)機(jī)及其附屬裝置阻力特性表征、形體優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和節(jié)能優(yōu)化科學(xué)路徑方面的工程科學(xué)機(jī)理揭示積累，量化了靜壓、全壓、速壓和功率之間在礦井風(fēng)網(wǎng)、主通風(fēng)機(jī)和擴(kuò)散器上的輸配流體力學(xué)參數(shù)，使本科生初步理解主通風(fēng)機(jī)高效節(jié)能運(yùn)行的技術(shù)方法。更普遍來看，通過回溯基礎(chǔ)課程，可具體從流體力學(xué)、傳熱學(xué)和工程熱力學(xué)開始，到通風(fēng)工程結(jié)束，梳理建環(huán)專業(yè)本科生已經(jīng)積累的知識(shí)點(diǎn)。由受教者現(xiàn)有知識(shí)點(diǎn)拓展到《地下通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)》中的新知識(shí)點(diǎn)，以課程課堂教學(xué)所需要講解的知識(shí)點(diǎn)為“綱”，以建環(huán)專業(yè)本科生已有知識(shí)點(diǎn)為“目”，構(gòu)建現(xiàn)有知識(shí)點(diǎn)與新知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，達(dá)到“綱舉目張”的教學(xué)實(shí)效；以該專業(yè)本科生已有知識(shí)點(diǎn)為“引子”，通過分析和討論，建立兩類知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，構(gòu)建授課對(duì)象的地下通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，即溝通知識(shí)點(diǎn)。

（2）優(yōu)化課堂教學(xué)，點(diǎn)亮知識(shí)點(diǎn)。

講授者科研示范，以充分揭露課程教學(xué)大綱所要求的知識(shí)點(diǎn)為目標(biāo)，結(jié)合現(xiàn)有科研成果，尤其是講授者在礦井通風(fēng)及其裝備方面的科研積累，適當(dāng)拓展，形成小專題，充分展現(xiàn)該知識(shí)點(diǎn)的形成、演變和存在的問題，引導(dǎo)建環(huán)專業(yè)本科生建立批判的思維，能一分為二的看待教材中“約定俗成”的描述，激發(fā)其科學(xué)研究興趣，即點(diǎn)亮知識(shí)點(diǎn)，如下圖（b）：圖中，存在“擴(kuò)散器”對(duì)主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行影響分析不透徹，所能節(jié)省的主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行電耗分析不充分，結(jié)合受教育者的科研實(shí)踐，改進(jìn)并繪制出了下圖（b）。此外，上述主通風(fēng)機(jī)及其附屬裝置的工況分析方法，可以啟迪地上建筑通風(fēng)空調(diào)中屋頂大型排煙通風(fēng)機(jī)的外設(shè)裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了新知識(shí)逆向類比、求同存異和反向思維，促進(jìn)知識(shí)的融合貫通，提高抓住主要問題、解決實(shí)際問題和凝煉工程科學(xué)問題的綜合素養(yǎng)。

圖 授課者教案優(yōu)化范例Fig. An example of teaching plan optimized by the instructor

（3）強(qiáng)化考核環(huán)節(jié)，突出共通知識(shí)點(diǎn)。

強(qiáng)化平時(shí)考勤，通過“課間點(diǎn)到”等多種形式，把到課率和聽課率抓到實(shí)處，緊抓請假真實(shí)性，適應(yīng)專業(yè)講授的低重復(fù)率和連貫性的課程特性。結(jié)課考核采取開卷筆試，試題內(nèi)容既考慮課程教學(xué)大綱的要求，更要突出地面與地下通風(fēng)空調(diào)共通知識(shí)點(diǎn)的考查。通過突出共通知識(shí)點(diǎn)，使受教者和應(yīng)試者進(jìn)一步加深對(duì)地面與地下通風(fēng)空調(diào)共通知識(shí)點(diǎn)的理解。

（4）地面地下結(jié)合，方法重構(gòu)提升。

通過優(yōu)化教學(xué)方案、優(yōu)化課堂教學(xué)實(shí)施細(xì)節(jié)和強(qiáng)化考核的“構(gòu)建模式”課程教學(xué)方法，溝通地面通風(fēng)空調(diào)與地下通風(fēng)空調(diào)的知識(shí)點(diǎn)，點(diǎn)亮受教者的新知識(shí)點(diǎn)，突出共通知識(shí)點(diǎn)考查，旨在使受教者能溝通地面與地下知識(shí)體系，培養(yǎng)具有我校特色的建環(huán)專業(yè)人才，拓寬其就業(yè)口徑。

4 結(jié)論與討論

通過5學(xué)年度初步實(shí)施、逐步完善和總結(jié)歸納，基本實(shí)現(xiàn)建環(huán)專業(yè)本科生利用已學(xué)地面通風(fēng)空調(diào)知識(shí)類比地下通風(fēng)空調(diào)新知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)實(shí)效預(yù)期目標(biāo)，找準(zhǔn)大學(xué)生課外科技競賽作品申報(bào)的工程范疇，落實(shí)專業(yè)的特色方向建設(shè)，并形成如下結(jié)論：

（1）縱向梳理建環(huán)專業(yè)知識(shí)點(diǎn)體系，橫向比較采礦工程與安全工程課程教學(xué)改革探索，形成了地下通風(fēng)空調(diào)與地面通風(fēng)空調(diào)知識(shí)類比與拓展的教改路線。

（2）圍繞1個(gè)目標(biāo)，從3個(gè)方面著手，系統(tǒng)形成、付諸實(shí)施和初具成效的《地下通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)》知識(shí)點(diǎn)迭代——專業(yè)課堂認(rèn)知重構(gòu)的課堂教學(xué)改革。