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[关 键 词] 矿井入课堂;教学情景化;虚拟仿真
[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2020）03-0228-02
一、实施背景
按照《关于实施国家中等职业教育改革发展示范学校建设计划的意见》教职成[2010]9号文件的要求教学模式改革，以适应职业岗位要求为导向，加强实践教学，着力促进知识传授与生产实践的紧密衔接。创新教学环境，构建具有鲜明职业教育特色的实践教学环境。创新教学方式，深入开展项目教学、案例教学、场景教学、模拟教学和岗位教学，通过数字仿真、虚拟现实等信息化方式，优化教学过程，增强教学的实践性、针对性和实效性，提高教学质量。
由于煤炭行业的特殊性，学校很难在课堂上实现大型设备的操作，也很难实现学生对真实工作岗位的感受，因此需要在教学模式上进行改革。为了使我们培养出的学生既具有一定的安全意识，又具有娴熟的岗位操作技能，我们必须改变传统的教学模式，实施场景教学、岗位教学。所以，引入现代信息技术手段，通过数字仿真，虚拟现实，为学校教学方式的转变提供可靠的技术保证。
二、主要目标
（一）培养学生专业岗位核心能力
通过三维实景仿真软件的使用，学生可以身临其境地进行岗位操作，从而提高学生的岗位操作能力。
（二）提高学生安全意识，增强学生安全技能
井下三维实景仿真软件具有安全培训及事故模拟功能，可以通过趣味性地解读安全规范，让学生充分理解安全生产规章制度，通过震撼的事故回溯仿真，让学生牢记煤矿安全事故生的原因、相应的处理办法及安全操作的重要性，全面提高学生的安全意识，增强学生的安全技能。
（三）激发学生的学习兴趣，提高课堂教学效率
针对技工学校学生的特点，设计生动活泼且能够激发学生学习兴趣的情景化教学方式，实现工学结合，优化教学过程，提高课堂教学效率。
三、实施过程
（一）校企合作，共同开发
1.深入调研，确定方案
根据企业对职业岗位能力的要求，学校与阳煤集团技术中心、阳煤集团新景矿通力合作，深入开展调查研究，以学校校外实习实训基地——阳煤集团新景矿井下职工培训基地为原型，将真实的场景进行可视化再现，确定了煤矿采掘电钳、井下机电、矿井通风、矿井运输四个专业三维实景仿真教学软件及大型设备模拟操作系统的项目建设规划方案。
2.多方配合，开发软件
三维实景仿真教学软件开展需要确凿的勘测勘探数据和资料，学校按照职业岗位能力标准设计教学项目制作课件脚本，阳煤集团技术中心负责数据的采集和技术资料的提供，阳煤集团新景矿负责矿井实景的拍摄和职业岗位能力标准的制定，重庆博菲特科技公司、西安和利德软件开发公司负责软件的开发制作。学校围绕采掘电钳、井下机电、矿井通风、矿井运输四个专业的专业教学内容，按照煤矿井下各岗位职业能力的标准，开发了井下培训基地虚拟仿真系统、煤矿三维数字沙盘教辅系统、煤矿特殊工种“手指口述”动漫系统、新景矿三维虚拟仿真教学演示系统、四大工种模拟操作系统、煤炭专业主干课程仿真教学系统、656个多媒体三维动画课件。（见下图）
（二）虚拟仿真，创新模式
1.围绕教学目标，开展教学活动
教师可以根据每节课的教学目标，应用三维实景仿真教学软件对井下工作环境中的各种岗位操作进行模拟，比真实的岗位实践教学更加灵活，针对教学内容，融入项目教学、案例教学、场景教学、模拟教学、岗位教学等多种教学形式，提升教学效果，让学生在轻松的学习环境中熟悉岗位操作流程、操作技能。例如应用“电梯系统”的物理引擎模块，可让学生体验乘坐罐笼下井的全过程。同时设计了导航、空间切换、相机定位、演示动画、临场触发、光线调节等诸多功能。
2.寓教于乐，激发学习兴趣
教师会依据逼真的三维实景模型，让学生“身临其境”地漫游整个基地巷道内的各个培训区，体验井下工作环境，获得感性认知。通过这种寓教于乐的体验方式，有效地激发了学生的学习兴趣。
3.情景再现，提高安全意识
煤矿特殊工种“手指口述”系统，通过仿真动漫来诠释和演绎岗位工种的操作要领及行为规范。通过对矿井安全事故案例的回溯仿真，结合矿井三维虚拟场景，开展虚拟演练及安全培训，再现事故案例与分析的情景培训新方式，在对事故回溯和仿真的基础上，分析事故原因，总结防范措施、吸取事故教训，达到安全警示教育的目的。
4.实战演练，强化实操能力
三维仿真模拟系统包含理论培训和实战操作培训两个培训模块，可以提供基于矿井实景的人机交互演练，教师可以安排学生在课后选择顺序模式或自由模式有针对性地对某项任务进行深入学习，有利于提升学生的岗位操作能力和安全防范意识。
5.边用边改，完善系统功能
在项目实施过程中，我们边用边改，不断完善，通过教学的使用和學生的体验，广泛征求师生意见，根据教学效果、教师的建议和学生的感悟及时修改、不断完善，取得了良好的建设效果。三维仿真系统的开发，创新了教学手段，变革了以往的教学模式，真正实现了“矿井入课堂，教学情景化”。
四、保障措施
（一）组织保障 为了保障项目建设的顺利进行，成立了由学校校长为组长，阳煤集团技术中心副主任、阳煤集团新景矿副矿长为副组长，学校专业带头人、骨干教师、阳煤集团技术中心工程技术人员、阳煤集团新景矿工程技术人员为成员的项目建设工作组，制定了相应的工作制度，签订了校企合作三方协议书，明确了各自的职责要求，保证了项目建设的顺利实施。
（二）师资保障
学校有一批具有专业能力、信息化素养、课程开发能力的教师队伍，保障了软件的开发和使用。
（三）资金保障
在资金上学校按照示范校建设项目资金管理办法和示范校建设项目资金使用计划拨付资金，保障了建设项目的有效实施。
五、实施效果
（一）教学效果显著提升
三维仿真模拟系统的运用，实现了课堂教学的实景化、现场化、直观化，利用鼠标控制行走方向、键盘控制行走，以多种视角对井下环境进行多维度的学习和认知，优化了教学过程，提高了教学效果，培养了学生的岗位操作能力。
（二）学生的学习兴趣明显增强，安全意识明显提升
学生通过身临其境、亲自操作、协同作业，完成各项操作任务，就如同开展一项游戏活动，轻松自如，学习兴趣明显增强，学习效率明显提高，安全意识明显提升。
（三）教学成绩硕果累累
三维仿真操作系统的运用，使学生的事故防范意识和岗位操作技能均得到了大幅提高，学生的“双证”取证率由过去的90%提高到98%;在2014年山西省举办的第八屆职业院校技能大赛中，6名同学分别获得综采电气维修和煤矿瓦斯检查项目二等奖和三等奖;在2014年中国煤炭协会举办的“江苏煤安杯”第三届全国煤炭职业院校技能大赛中，3名学生获得了采掘电钳维修三等奖和优秀奖。
六、体会与思考
结合煤炭行业特点，运用现代信息技术手段，通过教学模拟仿真技术，把“矿井”搬到了课堂，学校专业教学就能实现场景教学、岗位教学，教学活动的实践性、针对性和实效性大大增强，学校教学改革的方向进一步明确。煤炭特殊行业的专业教学要实现“工学结合、岗位教学”，就必须充分利用现代信息技术，开发教学资源，实现教学方式的根本转变。两年的探索和实践告诉我们：（1）教学方式的转变是提高课堂教学质量的根本，课堂教学质量的提高是学校教学永恒的主题。只有结合专业和学生的特点，不断创新教学模式，才能提高教学质量，培养出高素质的技术技能型人才。（2）实现教学模式的转变，教师是关键，教师必须具有先进的现代职业教育理念，能很好地把握项目教学、任务驱动、“做学教”一体化等先进的教学方法，同时具有教育教学的研究能力和现代信息技术素养。
[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2020）03-0228-02
一、实施背景
按照《关于实施国家中等职业教育改革发展示范学校建设计划的意见》教职成[2010]9号文件的要求教学模式改革，以适应职业岗位要求为导向，加强实践教学，着力促进知识传授与生产实践的紧密衔接。创新教学环境，构建具有鲜明职业教育特色的实践教学环境。创新教学方式，深入开展项目教学、案例教学、场景教学、模拟教学和岗位教学，通过数字仿真、虚拟现实等信息化方式，优化教学过程，增强教学的实践性、针对性和实效性，提高教学质量。
由于煤炭行业的特殊性，学校很难在课堂上实现大型设备的操作，也很难实现学生对真实工作岗位的感受，因此需要在教学模式上进行改革。为了使我们培养出的学生既具有一定的安全意识，又具有娴熟的岗位操作技能，我们必须改变传统的教学模式，实施场景教学、岗位教学。所以，引入现代信息技术手段，通过数字仿真，虚拟现实，为学校教学方式的转变提供可靠的技术保证。
二、主要目标
（一）培养学生专业岗位核心能力
通过三维实景仿真软件的使用，学生可以身临其境地进行岗位操作，从而提高学生的岗位操作能力。
（二）提高学生安全意识，增强学生安全技能
井下三维实景仿真软件具有安全培训及事故模拟功能，可以通过趣味性地解读安全规范，让学生充分理解安全生产规章制度，通过震撼的事故回溯仿真，让学生牢记煤矿安全事故生的原因、相应的处理办法及安全操作的重要性，全面提高学生的安全意识，增强学生的安全技能。
（三）激发学生的学习兴趣，提高课堂教学效率
针对技工学校学生的特点，设计生动活泼且能够激发学生学习兴趣的情景化教学方式，实现工学结合，优化教学过程，提高课堂教学效率。
三、实施过程
（一）校企合作，共同开发
1.深入调研，确定方案
根据企业对职业岗位能力的要求，学校与阳煤集团技术中心、阳煤集团新景矿通力合作，深入开展调查研究，以学校校外实习实训基地——阳煤集团新景矿井下职工培训基地为原型，将真实的场景进行可视化再现，确定了煤矿采掘电钳、井下机电、矿井通风、矿井运输四个专业三维实景仿真教学软件及大型设备模拟操作系统的项目建设规划方案。
2.多方配合，开发软件
三维实景仿真教学软件开展需要确凿的勘测勘探数据和资料，学校按照职业岗位能力标准设计教学项目制作课件脚本，阳煤集团技术中心负责数据的采集和技术资料的提供，阳煤集团新景矿负责矿井实景的拍摄和职业岗位能力标准的制定，重庆博菲特科技公司、西安和利德软件开发公司负责软件的开发制作。学校围绕采掘电钳、井下机电、矿井通风、矿井运输四个专业的专业教学内容，按照煤矿井下各岗位职业能力的标准，开发了井下培训基地虚拟仿真系统、煤矿三维数字沙盘教辅系统、煤矿特殊工种“手指口述”动漫系统、新景矿三维虚拟仿真教学演示系统、四大工种模拟操作系统、煤炭专业主干课程仿真教学系统、656个多媒体三维动画课件。（见下图）
（二）虚拟仿真，创新模式
1.围绕教学目标，开展教学活动
教师可以根据每节课的教学目标，应用三维实景仿真教学软件对井下工作环境中的各种岗位操作进行模拟，比真实的岗位实践教学更加灵活，针对教学内容，融入项目教学、案例教学、场景教学、模拟教学、岗位教学等多种教学形式，提升教学效果，让学生在轻松的学习环境中熟悉岗位操作流程、操作技能。例如应用“电梯系统”的物理引擎模块，可让学生体验乘坐罐笼下井的全过程。同时设计了导航、空间切换、相机定位、演示动画、临场触发、光线调节等诸多功能。
2.寓教于乐，激发学习兴趣
教师会依据逼真的三维实景模型，让学生“身临其境”地漫游整个基地巷道内的各个培训区，体验井下工作环境，获得感性认知。通过这种寓教于乐的体验方式，有效地激发了学生的学习兴趣。
3.情景再现，提高安全意识
煤矿特殊工种“手指口述”系统，通过仿真动漫来诠释和演绎岗位工种的操作要领及行为规范。通过对矿井安全事故案例的回溯仿真，结合矿井三维虚拟场景，开展虚拟演练及安全培训，再现事故案例与分析的情景培训新方式，在对事故回溯和仿真的基础上，分析事故原因，总结防范措施、吸取事故教训，达到安全警示教育的目的。
4.实战演练，强化实操能力
三维仿真模拟系统包含理论培训和实战操作培训两个培训模块，可以提供基于矿井实景的人机交互演练，教师可以安排学生在课后选择顺序模式或自由模式有针对性地对某项任务进行深入学习，有利于提升学生的岗位操作能力和安全防范意识。
5.边用边改，完善系统功能
在项目实施过程中，我们边用边改，不断完善，通过教学的使用和學生的体验，广泛征求师生意见，根据教学效果、教师的建议和学生的感悟及时修改、不断完善，取得了良好的建设效果。三维仿真系统的开发，创新了教学手段，变革了以往的教学模式，真正实现了“矿井入课堂，教学情景化”。
四、保障措施
（一）组织保障 为了保障项目建设的顺利进行，成立了由学校校长为组长，阳煤集团技术中心副主任、阳煤集团新景矿副矿长为副组长，学校专业带头人、骨干教师、阳煤集团技术中心工程技术人员、阳煤集团新景矿工程技术人员为成员的项目建设工作组，制定了相应的工作制度，签订了校企合作三方协议书，明确了各自的职责要求，保证了项目建设的顺利实施。
（二）师资保障
学校有一批具有专业能力、信息化素养、课程开发能力的教师队伍，保障了软件的开发和使用。
（三）资金保障
在资金上学校按照示范校建设项目资金管理办法和示范校建设项目资金使用计划拨付资金，保障了建设项目的有效实施。
五、实施效果
（一）教学效果显著提升
三维仿真模拟系统的运用，实现了课堂教学的实景化、现场化、直观化，利用鼠标控制行走方向、键盘控制行走，以多种视角对井下环境进行多维度的学习和认知，优化了教学过程，提高了教学效果，培养了学生的岗位操作能力。
（二）学生的学习兴趣明显增强，安全意识明显提升
学生通过身临其境、亲自操作、协同作业，完成各项操作任务，就如同开展一项游戏活动，轻松自如，学习兴趣明显增强，学习效率明显提高，安全意识明显提升。
（三）教学成绩硕果累累
三维仿真操作系统的运用，使学生的事故防范意识和岗位操作技能均得到了大幅提高，学生的“双证”取证率由过去的90%提高到98%;在2014年山西省举办的第八屆职业院校技能大赛中，6名同学分别获得综采电气维修和煤矿瓦斯检查项目二等奖和三等奖;在2014年中国煤炭协会举办的“江苏煤安杯”第三届全国煤炭职业院校技能大赛中，3名学生获得了采掘电钳维修三等奖和优秀奖。
六、体会与思考
结合煤炭行业特点，运用现代信息技术手段，通过教学模拟仿真技术，把“矿井”搬到了课堂，学校专业教学就能实现场景教学、岗位教学，教学活动的实践性、针对性和实效性大大增强，学校教学改革的方向进一步明确。煤炭特殊行业的专业教学要实现“工学结合、岗位教学”，就必须充分利用现代信息技术，开发教学资源，实现教学方式的根本转变。两年的探索和实践告诉我们：（1）教学方式的转变是提高课堂教学质量的根本，课堂教学质量的提高是学校教学永恒的主题。只有结合专业和学生的特点，不断创新教学模式，才能提高教学质量，培养出高素质的技术技能型人才。（2）实现教学模式的转变，教师是关键，教师必须具有先进的现代职业教育理念，能很好地把握项目教学、任务驱动、“做学教”一体化等先进的教学方法，同时具有教育教学的研究能力和现代信息技术素养。