煤礦開采學課程教學方法實踐探析①

李青鋒

(湖南科技大學能源與安全工程學院，湖南湘潭411201)

隨著經濟全球化的快速推進，培養具有國際競爭力的創新型人才已成為高校人才培養的根本目標。創新型人才的培養包含創新意識、創新精神、創新能力等的培養，但我國高等教育在人才培養方面一直存在著相當嚴重的“統一化”傾向，這種傳統的“統一化”教育培養出來的人才習慣于接受而不習慣于思考，是一種重繼承、輕視創新的“追隨型”人才［1］。為了適應高校人才培養目標，高校教育工作者進行了一些有益探索，提出了啟發式教學［2］、任務驅動式教學［3］、案例分析式教學［4～6］、研究式教學［7］、課題式教學法［8］、模擬式教學［9］等教學方法。煤礦開采學是一門理論與實踐相結合的課程，常規的講授式教學方法不利于培養創新型人才，本文擬從課程脈絡、課程教與學的難點等方面入手進行課程綜合教學方法的探討。

1 煤礦開采學課程內容與課程脈絡簡介

煤礦開采學課程主要講授煤炭地下開采的理論與方法，其課程內容主要涵蓋采煤工藝、采煤方法、巷道布置方式及其掘進、開拓延深和生產系統優化配置。由于地下采礦所依賴的煤層地質條件的多樣性、復雜性和開采空間的移動性等特點，目前的采煤工藝主要有炮采、普采、綜采、分層綜采和綜采放頂煤工藝。采煤方法主要有長壁式采煤法(包含走向長壁采煤法和傾斜長壁采煤法)、短壁式采煤法和柱式體系采煤法。準備方式有采區式、盤區式和帶區式。開拓方式主要有平硐開拓、斜井開拓、立井開拓、綜合開拓等。巷道布置又分為回采巷道布置、準備巷道布置和開拓巷道布置。生產系統優化配置則是采煤工藝、采煤方法、準備方式、開拓方式和它們所依賴的裝備綜合作用的結果，是一個復雜的系統工程;課程內容具有概念多、時空關系強、實踐性強和交叉性強等特點，厘清課程脈絡非常關鍵。按以煤炭資源為目標來構建課程脈絡的話，本課程的脈絡為以開拓方式為先構建礦井開拓系統，繼之以準備方式為續構建采區巷道系統，后以采煤方法和采煤工藝為終構建采煤系統，此課程脈絡符合礦井設計特點;若按以煤炭采出地表為目的來構建課程脈絡的話，本課程的脈絡則與前述脈絡剛好相反，課程脈絡符合煤炭開采特點。

2 課程教與學的難點

目前煤礦開采學教材中緒論的內容編排是按照先開拓、再準備、后采煤的順序編排的，而其余各章內容編排則是按照先采煤、再準備、后開拓的順序編排的，體現了先由整體到局部、再由局部擴展到整體的思路，符合學生由簡單到復雜、由易到難的知識接受觀。同時，考慮到礦井開拓方式、準備方式的確定與采煤方法、采煤工藝相關，本課程教學章節順序安排基本按照教材章節順序，但由于一些特殊性、較復雜的采煤方法又與準備巷道布置有聯系，采煤方法中的一些章節放最后講。盡管在課程授課計劃上做了較多的調整，但由于本課程內容概念多、時空關系強、實踐性強和交叉性強，在課程教與學上仍存在以下難點:(1)煤礦開采學中的巷道布置圖是采用平剖面圖(采礦工程師語言)來繪制的，如何使學生通過讀圖將這些平剖面圖物化為立體圖是一個難點;(2)煤礦開采學課程是一門實踐性很強的課程，學生對課程中諸如采煤機割煤、移架、掘進機割煤、支錨等工序缺少感性認識;(3)煤礦開采學課程內容前后連貫性不強，課程內容間既有獨立性，也有依存性，使教與學存在一定困難;(4)煤礦開采學課程的研究對象是礦井生產系統，大系統中蘊含較多子系統，各子系統依附于巷道系統實現其功能，在教與學中厘清系統關系也是一大難點。

3 課程教學方法與實踐

3.1 教學方法

課程教學的目的應體現在如何提高學生自學能力、實踐能力與創新能力，并適當地增強學生的應變能力。基于上述教學目的，不僅要求在教學方法上加強教學互動性、學生主體性和知識建構性等教學理念的發揮，而且要求在教學內容和教學設施上加強科研的滲透性。教學互動性體現了教與學的互相依存、共同發展，對于煤礦開采學這門課程而言，通過“教”使學生掌握煤炭開采所必須的井巷布置、生產系統組織、采煤方法、回采與掘進工藝、安全設置與設施等相關知識，這些知識的傳授首先要求教師給學生建立起學習興趣，然后要求教師開拓性、啟發性、創造性地教，在“教”中搭起知識的階梯，最終使學生獲得進行煤礦開采實踐所需的實踐能力和創新能力;通過“學”使教師了解學生學習上述相關知識的能力，這些能力的獲知要求學生在學習過程中是主動的、積極的和探知性的學。學生主體性體現了學生在“教”與“學”過程中的主體地位，既包含了在教學內容、教學深度和教學方法安排上以學生為主體，也包含了學生是教學活動的主角，教師在“教”與“學”過程中起主導作用。知識建構性體現了教師所傳授知識的架構性，要求教師能駕馭煤礦開采學這門課程，這不僅要求教師根據學生的知識特點對本課程教材的知識結構、體系、內容章節加以梳理，厘清課程主線，在增粗主干的同時添枝加葉完善課程脈絡，這條主線在體現國內煤礦開采技術主流的同時，還應該彰顯南方復雜條件下的先進開采技術，培養學生處理復雜問題的能力。結合煤礦開采學這門課程的特點，在課程教學方法選擇上應著重注意再現式教學、案例啟發式教學和任務驅動－解剖式教學的發揮。

現代大學生的畢業要求中除了具備“學”的能力外，還應具備“研”的能力，也只有具備了“研”的能力后，大學畢業生才能在工作實踐中做得好。“研”能力的培養不僅僅是課程練習、課程設計，還應在教學內容和教學設施上溶入科研元素。在《煤礦開采學》課程教學中，將當前一些重要科研成果分解為科研設想的提出、研發與產出來講解，讓學生在享受科研過程中積累“研”的能力。如在講解帶區式和傾斜長壁采煤法時，首先應講解采區式和走向長壁采煤法在煤層傾角小(小于18度)、采區斜長長(大于1 500米)、走向推進距離長(大于2 000米)情況下實施高產高效綜采的局限性:因運輸和通風距離長使得運輸和通風費用高，解決該問題的思路是盡量縮短運輸和通風線路長度，而在采區巷道系統中能減少(或減短)的巷道只有采區上、下山，即直接將運輸大巷和回采巷道短距離對接。運輸大巷和回采巷道短距離對接的最佳方式是運輸大巷和回采巷道垂直相交，也即回采巷道沿傾向布置，回采工作面走向布置、傾向推進，從而帶來一種新的采煤方法:傾斜長壁采煤法和一種新的準備巷道布置方式:帶區式。通過上述溯源式、逆向式教學使學生樹立起學習中科研、工作中科研的思想，增強學生創新性思維能力。

3.2 再現式教學

煤礦開采學是密切聯系礦山實踐、抽象與具體相結合的一門課程，較多知識點均涉及到一些具體的工藝流程或操作方法，對學生而言，它們是抽象的，在教學中輔以動畫再現這些過程定能取得較好的教學效果。普采、綜采工藝中的進刀方式涉及到采煤機割煤這一具體操作，若將采煤機割煤作為交互式動畫的一個動作，操作交互式動畫中動作的過程就相當于采煤機的進刀，不同的過程對應于不同的進刀方式。綜采放頂煤采煤法中放煤步距的確定與頂煤冒放過程有關，若應用PFC等數值模擬軟件模擬頂煤的冒放并加以動畫演示，則在講解放煤步距、放煤口間距的確定依據時學生更易理解。礦井的井巷系統布置主要與礦井生產系統中的物流、風流和水流等密切相關，若將之以立體動畫的形式再現，則在講解回采巷道布置、準備巷道布置和開拓巷道布置時學生同樣更易理解。綜上所述，再現式教學是煤礦開采學這門課程“教”與“學”過程中的關鍵過程。

3.3 案例啟發式教學

采礦工程專業以培養既懂生產實踐技術，又能進行礦井開采設計的應用型復合人才為目標，這就要求教師在講解煤礦開采學課程時，結合一些礦井設計實例和現場實踐案例對理論知識進行系統性剖析并將之落實到實用性上。比如在講解開拓巷道布置、采區巷道布置和回采巷道布置時，應各選擇南、北礦區典型礦井的井巷布置為實例，剖析實例礦井中井巷布置的理論依據和改進方式，分析在現有裝備和技術條件下應采取的開拓巷道、采區巷道和回采巷道布置方式;在講解炮采、普采和綜采時，選擇回采工藝經過炮采、普采和綜采這一發展過程的礦井(或者同時具有炮采、普采和綜采中兩者的礦井)為例，從不同回采工藝的工作面長度、工作面連續推進長度、采高、工作面年產量和工效等方面進行對比分析，闡述各回采工藝特點和適用條件;在講解采煤方法時，每一種采煤方法都應找到符合現代化礦井生產特點的礦井，結合礦井的運煤系統、輔助運輸系統、通風系統、排水系統、動力系統和瓦斯抽放系統等對各采煤方法所依賴的巷道生產系統進行抽絲剝繭的分析，最后通過對各采煤方法共性和個性的描述使學生理解和掌握每一種采煤方法的特點;通過諸如此類的案例啟發式教學，使學生在學習中充分認識到煤礦開采學課程在今后工作中的重要性和必要性，從而提高學生的學習興趣和學習能力，真正體現學生在“教”與“學”中的主體地位。

3.4 任務驅動－解剖式教學

在“教”與“學”過程中，教師必須承認學生的個體差異性，而且這種個體差異性使我們的教學存在內容難與易的選擇，進度快與慢的選擇，以及教學方法的選擇，最終導致教學效果的差異性。為了降低教學效果的偏差，適應學生的個體差異性，要求教師在教學過程中及時感知學生的個體差異性，任務驅動－解剖式教學方法是一種有效的感知方法。在煤礦開采學課程的教學中應為學生設置一些案例分析和階段性設計任務，使學生在完成這些任務過程中對各個知識點進行串、并，達到一定的教學目標。首先，通過任務的完成來檢驗學生對所學知識的掌握程度，感知學生的個體差異性大小，調整教學方法;再者，學生通過對案例分析題或階段性設計題的求解來發現問題和提出問題，為“教”與“學”的有效對接提供實在的“物”;最后，通過對學生的案例分析報告和設計書中共性問題的解剖式分析，進一步理解和鞏固所學知識，使教師的“教”和學生的“學”均“落地有痕”。煤礦開采學課程共分為采煤工藝、采煤方法、準備方式和開拓方式等4篇，根據這4篇內容相對獨立的特點，在每講解完一篇后布置一道案例分析題或階段性設計題給一個學生或一組學生來實現上述目標。如在學習完第一篇(采煤工藝)后，要求學生以一個實際回采工作面的煤層、地質資料為條件編制采煤作業規程，在采煤作業規程編制過程中必須對采煤工藝進行選擇，同時明確回采工作面長度、循環方式、循環進尺、日循環數等參數并繪制循環作業圖表。顯然，通過對采煤作業規程的編制，學生不僅掌握了專業理論知識，而且鍛煉了學生的動手能力，發揮了學生的創造性。

4 結論

課程的“教”與“學”都是以對方互為條件，它們是一對互為依存的統一體。通過對煤礦開采學的脈絡、內容、教學難點和教學方法的分析，得到了如下結論:

(1)厘清課程脈絡、明確課程難點是教好煤礦開采學課程的基礎，把握課程內容的實用性和先進性是教好煤礦開采學課程的保證，領會教學目的是教好煤礦開采學課程的關鍵;

(2)在煤礦開采學課程的整個教學過程中應始終堅持一個教學目標，即引導學生掌握進行煤礦開采所必備的理論知識，以及應用這些知識進行開采實踐、解決問題的能力。基于上述教學目的，不僅要求在教學方法上加強教學互動性、學生主體性和知識建構性等教學理念的發揮，而且要求在教學內容和教學設施上加強科研的滲透性;

(3)煤礦開采學課程內容主要涉及與煤炭開采相關的采煤工藝、采煤方法、井巷布置和生產系統，基于南方、北方煤層生產地質條件差異大的特點，課程主線在體現國內煤礦開采技術主流的同時，還應該彰顯南方復雜條件下的特殊開采技術，培養學生處理復雜問題的能力;

(4)結合煤礦開采學這門課程的特點，在課程教學方法選擇上應著重注意再現式教學、案例啟發式教學和任務驅動－解剖式教學的發揮。

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［7］李昌新.關于高校實施研究性教學的探討［J］.國家教育行政學院學報，2009(5).

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