摘要：智能化教室的建设与完善是实现教学*息化的重要组成部分，专业教学与智能化教室的有机结合是高等院校专业教学的发展趋势。基于此，以河南理工大学采矿工程专业智能化教室建设与教学应用为例，分析采矿工程专业智能化教室的主要技术架构，并以冲击地压工程学课程中冲击地压相关知识点讲解为切入点，讨论智能化教室在采矿工程专业教学中的应用。教学效果表明，专业知识点与智能化教室的音频、视频、图像功能结合较好，学生学习热情较高、师生互动效果好，可为相关专业智能化教室建设应用提供借鉴。

　　关键词：智能化教室；技术构架；教学转化；采矿工程专业

　　教室是高等院校教学的主场地，也是教师—学生互动教学的重要物理空间。近年来，随着物联网、*息化的快速发展，融合声音、视频、虚拟场景、图像展示、教学板书的智能化教室在教学领域，特别是高等院校中的应用越来越普遍[1-2]。智能化教室的建设与完善有助于多元化教学方法的改进与完善，同时对提高学生自主学习能力也有重要意义。

　　然而，目前，在智能化教室建设中仍存在以下问题。一是智能化教室建设尚无统一标准，各高等院校在建设智能化教室时参考标准不同，进而采用的设备技术参数亦不相同。不同教学环境对图像识别、声音判别、视频录制等技术方面要求不同，因此在采购智能化教室设备时标准不统一，导致智能化教室建设效果无法量化评价。二是智能化教室的推广使用增加了教师，特别是一些年龄较大的教师的负担。智能化教室的使用需要教师掌握不同设备的使用方法，并融合所讲授课程知识点与智能化设备特点，这就要求教师对智能化教室各类设备的功能及特点有一定的理解，无形中增加了教师的教学负担。三是针对不同专业知识点与智能化教室功能是否能融合以及融合的合理性的研究尚不完备。不同专业对图像、声音、视频的依赖度不同，特定专业对智能化教室功能的要求较高，因此，仍需要大量的教学实践来进一步完善专业知识点与智能化教室功能的相互融合[3-4]。

　　针对上述问题，本文以河南理工大学采矿工程专业智能化教室建设为例，讨论针对采矿工程专业学生教学的智能化教室建设，介绍智能化教室的主要技术构架，并以冲击地压工程学课程中有关冲击地压知识点的讲授过程为切入点，论述采矿工程专业知识点讲授与智能化教室功能的结合过程，以为相关专业智能化教室的实际应用提供借鉴。

　　一、智能化教室主要技术构架

　　随着多媒体、物联网及*息化的快速发展，教室的功能逐渐变得丰富。近年来，融合图像展示、音频/视频播放、虚拟场景、板书的现代化教室开始大量出现，这些教室的名称多种多样，如“智慧教室”“智能化教室”“多媒体教室”等。然而，目前对智能化教室的建设仍处于探索阶段，对智能化建设的标准、各设备的技术参数等尚无统一要求。

　　（一）智能化教室的基本功能

　　根据教室的物理空间特征及教学的*息传播特征，并结合采矿工程专业教学特点，得出智能化教室应具备下述主要功能。第一，教室空间的扩容性。这主要涉及虚拟教室空间的建设。传统的教室物理空间限制较多，而虚拟的教室空间不受空间尺寸的影响，可在教室这个有限空间内展示任意尺寸、时间的场景，这就要求智能化教室具备VR（虚拟现实）虚拟场景功能。采矿工程专业教学常常需要展示地下采掘空间的特征，智能化教室的虚拟场景功能十分有必要。第二，教学功能的一键化操作性。智能化教室教学功能操作要尽量简单化，能够实现一键操作，教学的主体仍然是教师和学生，各类智能化设备只是对教学过程起辅助作用，因此，智能化教室建设的集成度要高，一键操作功能要完善，减少种类设备的操作步骤。采矿工程专业教学过程中常需邀请现场工程人员讲课，教室教学功能需支持一键化操作，方便讲课人员首次使用。第三，视、听设备功能突出。课堂内学生主要靠视觉与听觉接收*息，教学知识点需要与图像展示、音频、视频播放相结合，因此，智能化教室建设的主要方向应为完善音频、视频、图像展示功能。这要求智能化教室构建局部物联网，有机联合各类视听设备，具备数据传播速度快、存储空间大的特点。采矿工程专业主要培养工程技术人员，一些复杂的工程问题需综合采用音频、视频、板书的方式为学生讲解，智能化教室具备良好的视、听设备十分有必要。

　　（二）基于智能化教室技术构架的4个模块

　　基于采矿工程专业特点，结合智能化教室建设基本要求，河南理工大学能源科学与工程学院建设了采矿工程专业智能化教室。智能化教室主要包含视频录制、板书展示、图像展示及小组讨论4个模块。

　　视频录制模块可实现对教师授课过程的全程录制，智能化摄像头可对人脸进行识别并跟踪录制，教师可根据课程教学需要，选择定点录制功能或跟踪录制功能，视频录制分辨率达4K，清晰度较高，可满足学生课后回看需求。板书展示模块可为教师提供辅助教学功能，当教师需要临时解答问题或补充教学内容时，板书的灵活性可得到充分利用，特别是在进行复杂公式的推导时，有助于教师把握教学节奏，照顾到不同专业基础的学生。图像展示模块主要是PPT或动画展示，教师可提前制备教学内容。智能化教室共4个图像展示屏，可保障教室内每个学生都能清晰地看到图像展示内容。小组讨论模块由6个圆形桌构成，教师可以按学生数量或专业引导学生进行分组讨论，这有助于提高学生学习热情及教学效率。

　　二、冲击地压相关知识点教学转化设计

　　冲击地压是深部煤炭开采过程中容易发生的典型煤岩动力灾害之一，其发生的主要原因是煤岩体弹性能的突然、急剧释放，会引发煤岩体的破坏、支护设备的损坏、人员的伤亡[5-6]。冲击地压的监测、预警、防治是采矿工程专业学生必须掌握的专业技能。本次教学主要知识点包含“冲击地压定义”“影响冲击地压的地质因素”“影响冲击地压的生产技术因素”，具体教学转化设计有4个方面。

　　（一）“冲击地压定义”教学转化设计

　　首先以音频、视频方式展示单个煤块、岩块的受压破坏过程，使学生对小尺寸煤岩块体受压破坏有一个直观认识，然后展示煤矿实际开采过程中产生的冲击地压现象，提高学生对冲击地压灾害所产生危害的认识。接着引导学生对看到的视频开展联想，分析小尺寸煤岩块破坏与大尺寸煤岩体冲击破坏之间有什么关系、它们的力学本质是什么、哪些因素引发的这类煤岩破坏现象。设计5人一组进行小组讨论，针对每小组给出的冲击地压定义进行评比分析。最后以PPT形式给出冲击地压的国家标准定义：煤矿开采过程中工作面周边的煤岩体受力变形，积聚的大量弹性变形能在失稳破坏时以突然、剧烈的形式释放，伴随巨大声响、煤岩体的破坏、设备的损坏及人员伤亡的动力现象。之后，引导学生对比国家标准定义与自己给出定义的区别。

　　（二）“影响冲击地压的地质因素”教学转化设计

　　依次展示动画一：地球结构及地壳板块运动过程；动画二：煤矿3D动态地质场景图；动画三：工作面围岩结构图。引导学生从大尺度（地壳运动）到中等尺度（矿区、井田）再到小尺度（煤矿巷道、回采面）认识煤矿生产地质环境。设计5人一组进行小组讨论，让学生结合已学习的采矿学、井巷工程、矿山压力与岩层控制等课程中的专业知识，总结出影响冲击地压发生的地质因素。接着，以PPT形式展示参考答案，即影响冲击地压的地质因素主要包含：本矿井或邻近矿井开采同一煤层发生冲击地压历史记录、开采煤层埋深、开采煤层工作面覆岩裂隙带内坚硬厚层岩层与开采煤层距离、开采煤层上方100m范围内顶板岩层厚度特征值、原岩应力场分布特征、煤层物理力学性质、顶板物理力学性质、底板物理力学性质、煤层覆岩结构特征等。最后，引导学生讨论参考答案与本小组讨论结果的差别，并分析参考答案是否存在未包含的地质因素。

　　（三）“影响冲击地压的生产技术因素”教学转化设计

　　依次展示动画一：不同保护层开采类型及影响保护层保护范围的参数；动画二：巷道开挖过程；动画三：工作面回采过程；动画四：断层空间结构；动画五：褶曲空间结构；动画六：巷道、回采工作面与断层、褶曲相对空间位置。设计5人一组进行小组讨论，引导学生尝试列出影响冲击地压的生产技术因素。接着，以PPT形式展示影响冲击地压发生的地质因素统计表，得出影响冲击地压的生产技术因素主要包含：开采煤层是否存在保护层开采情况、保护层开采卸压效果、开采工作面与保护层遗留煤柱的相对空间关系、开采工作面长度、开采工作面采高、开采工作面与邻近采空区间煤柱尺寸、工作面与周边采空区相对位置、工作面与断层相对空间位置、工作面与褶曲相对空间位置、开采工作面与煤层倾角剧烈变化区相对空间位置、开采工作面与煤层厚度剧烈变化区相对空间位置等。最后，引导学生对比分析参考答案与本小组讨论结果的差别。

　　（四）“课堂总结”教学转化设计

　　采矿工程是以工程应用为主导的专业，采矿工程相关理论、技术、装备的发展十分迅速，例如《煤矿安全规程》《防治煤矿冲击地压细则》等国家规程、标准基本每5年更新改版一次，其主要原因就是新工程理论、新采矿技术、新采矿装备的发展日新月异。由此可见，采矿工程专业的教学需与时俱进，充分掌握当前采矿工程技术发展情况。针对本次教学过程，在开展教学设计时，教师有意识引导学生对国家标准、参考答案进行质疑，并采用师生问答、网络查询、小组讨论方式探寻相关知识点，培养学生的质疑精神、探索创新能力。

　　三、智能化教室教学效果

　　冲击地压的定义、影响因素是本科采矿工程专业冲击地压工程学课程中的第二节教学内容，共安排2个教学学时，教学设计中结合了智能化教室的图像展示、视频播放、小组讨论功能，并在教学中采用师生问答的形式达到教学转化效果。从课堂教学效果来看，学生的学习热情较高，在小组讨论过程中给出的冲击地压影响因素与标准答案基本一致；学生能够积极与教师进行讨论，并对标准答案的准确性提出质疑，增强探索创新能力。

　　在开展本知识点的教学设计时，教师积极引导学生根据冲击地压实际发生特征，并结合已学习的采矿学、井巷工程、矿山压力与岩层控制等专业课程知识，对冲击地压定义、影响冲击地压的地质因素、影响冲击地压的生产技术因素给出自己的理解，增强了学生自主学习的热情，提高了学生解决实际工程难题的能力。课程教学过程中提前制备了与冲击地压相关的动画、视频，让学生根据直观听觉、视觉感受对冲击地压形成一个感性认识，然后引导学生开展小组讨论，提高了学生的自主学习能力。同时，教师根据学生讨论情况，及时给出引导，并鼓励学生对已有标准进行求证、质疑，培养了其探索创新能力。

　　教学过程中学生回答问题十分积极，教师学生互动效果较好，学生出勤率达100%，课后有10名学生通过**与教师积极讨论冲击地压相关问题。

　　综上所述，本文根据教室的物理空间条件及教学*息传递特征，结合采矿工程特殊的专业教学需求，讨论了采矿工程专业智能化教室建设的基本功能，并介绍了河南理工大学采矿工程专业智能化教室建设中的视频录制、板书展示、图像展示、小组讨论4大模块及功能。以冲击地压工程学课程中冲击地压相关知识点的教学过程为切入点，论述了智能化教室在采矿工程专业知识点教学转化过程中的设计、应用及效果，研究内容可为高校智能化教室建设及使用提供技术借鉴。

　　参考文献：

　　[1]顾敬源.智能化的多媒体教室管理服务平台的探究[J].现代工业经济和*息化,2021(12):152-153.

　　[2]顾敬源.新型未来教室和智能化教室的管理模式创新探究[J].公关世界,2020(16):78-79.

　　[3]顾敬源.构建智能化多媒体教室管理系统[J].计算机产品与流通,2019(6):219.

　　[4]廖道欢.多媒体教室的人工智能化设计研究[J].电脑知识与技术,2016(3):210-211.

　　[5]王浩,赵毅鑫,牟宗龙,等.矿震扰动下采区煤柱应力偏量集中区诱冲机制及防治方法[J].中国矿业大学学报,2017(6):1202-1210.

　　[6]姜耀东,潘一山,*兴,等.我国煤炭开采中的冲击地压机理和防治[J].煤炭学报,2014(2):205-213.