信息化時代采礦工程專業(yè)巖體測試課程教學改革思考

劉建坡 白瑞雪 鄒瑞凌

[摘 要] 隨著信息科學技術的發(fā)展，巖體測試技術在礦產(chǎn)資源開采信息化、無人化、智能化過程中發(fā)揮著越來越重要的信息和數(shù)據(jù)支撐作用。結合采礦工程專業(yè)巖體測試技術的教學體會，分析當前巖體測試課程在師資力量、教材建設、教學方法等方面存在的問題，以培養(yǎng)學生主動思考、敢于實踐、善于總結的綜合素質(zhì)能力為目標，探討提高教學效果的措施及方法。

[關鍵詞] 高等教育;采礦工程;巖體測試;信息化;教學改革

[基金項目] 東北大學教學改革項目“面向智能、綠色和深部金屬采礦的人才培養(yǎng)體系構建”

[作者簡介] 劉建坡（1982—），男，河北保定人，工學博士，東北大學資源與土木工程學院副教授，博士生導師，主要從事礦山開采安全監(jiān)測與防控方面的教學與科研工作;白瑞雪（1997—），男，山西忻州人，東北大學資源與土木工程學院2016級采礦工程專業(yè)本科生;鄒瑞凌（1998—），男，湖南長沙人，東北大學資源與土木工程學院2016級采礦工程專業(yè)本科生。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）31-0206-03? ? [收稿日期] 2020-02-07

伴隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，對于礦產(chǎn)資源的需求日益增長，我國礦產(chǎn)資源開采逐步向深部發(fā)展。習近平總書記在2016年發(fā)表重要講話，提出“向地球深部進軍”，采礦工程行業(yè)也形成了信息化、無人化、智能化的發(fā)展共識，這對新時期采礦工程專業(yè)相關課程的教學提出了新的要求。對于高等教育來說，如何培養(yǎng)適應新一輪科學技術革命和知識經(jīng)濟挑戰(zhàn)的卓越工程人才，是新時期采礦專業(yè)教學改革所必然面對的挑戰(zhàn)。

概括講，采礦活動是如何安全合理的破壞巖體（采出礦石）和防止巖體發(fā)生不必要的破壞（地壓災害防控）。采礦學等開采設計類課程教授如何合理的破壞巖體，巖石力學等基礎理論類課程指導如何防止巖體發(fā)生不必要的破壞。巖體測試技術等課程是采礦工程和巖石力學課程的橋梁和紐帶，為采礦活動和災害防控提供重要的數(shù)據(jù)信息支撐。在信息技術日新月異發(fā)展的今天，巖體測試技術在信息化數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)智能分析處理方面取得了長足進步。如果采用傳統(tǒng)的知識內(nèi)容體系和授課方式，將遠遠不能滿足現(xiàn)代礦產(chǎn)開采的需求，亟待積極開展巖體測試課程的改革與實踐，培養(yǎng)適應采礦信息化和智能化發(fā)展要求的專業(yè)人才。

一、目前采礦工程巖體測試課程教學面臨的問題

1.重視程度不夠。從目前的情況來看，不管是教師還是學生，普遍對巖體測試課程的重視程度不夠。采礦專業(yè)是工程實踐應用超前于基礎理論研究的學科，因此采礦學等面向工程現(xiàn)場的課程一直為采礦工程專業(yè)教師和學生所重視。此外，巖石力學等理論課程是許多學校考研的必備課程，也是大學本科期間學生學習的重點。相比之下，巖體測試課程作為巖石力學理論和采礦設計必要數(shù)據(jù)支撐的重要性卻往往被忽視。巖體測試可以為礦山的開采設計工作提供必要的基礎參數(shù)，例如礦石和巖石的硬度、強度，巖體的完整性、穩(wěn)固程度、破碎情況等。缺少了這些基礎數(shù)據(jù)，礦山開采則沒有設計依據(jù)。同樣，巖石力學理論研究只有與實測數(shù)據(jù)進行對照校驗才能日益成熟與可靠。

在通識教育被日趨重視的今天，采礦工程專業(yè)課程的學分總數(shù)持續(xù)被壓縮，而地位相對較低的巖體測試課程的學分被壓縮得更為明顯，這就造成學生在選課過程中通常會忽視這種低學分的課程，經(jīng)常導致該課程因選修人數(shù)不足而無法開課。另一方面，教師對于該類課程不重視，往往體現(xiàn)在考核要求低，不會過高要求學生，給學生造成“混混就能過”的錯覺。實踐課程設計過于簡單，且實踐課程的評分在很大程度上是由教師主觀決定的，從而使得學生潛意識中忽視了該課程。

2.教師的知識儲備和工程實踐能力不足。巖體測試課程所涉及的知識范圍非常廣泛，涉及采礦設計理論、巖石力學理論、電子信息技術、測試與控制技術、通信技術、數(shù)據(jù)分析技術等多學科。教師只有在這些學科領域均有所涉獵，融會貫通，才能更好地將知識傳授給學生。巖體測試課程的教師往往畢業(yè)于采礦工程專業(yè)，僅僅在采礦設計理論和巖石力學理論方面有一定的知識儲備，缺乏其他相關信息科學技術的知識積累，對教材中的知識不能完全吃透，在授課過程中經(jīng)常照本宣科，從而造成課堂活躍度差，學生的學習效率低下。

此外，在掌握多學科知識的基礎上，該類課程對于教師的實踐能力要求也極高。如果教師沒有經(jīng)歷過大量的試驗操作過程和現(xiàn)場的實際測試，對于該課程很多知識的了解就只能浮于表面。在絕大多數(shù)高校中，許多青年教師往往是“從校門走向校門”的年輕博士[1]。這些年輕教師偏重理論知識，缺乏工程實踐能力。教師自身的水平不足，更遑論教導學生，這直接導致了學生工程實踐能力偏低，不能滿足畢業(yè)后進入礦山現(xiàn)場開展巖體測試工作的需要，或者攻讀研究生開展實驗工作的需要。全國政協(xié)委員錢峰院士一語道破，我國工科教師隊伍“非工化”趨向日益明顯，工程設計和實踐教育嚴重缺失，這一狀況亟待扭轉[2]。

3.教材建設相對落后。目前關于巖體測試技術的教材并不少見，但是教材內(nèi)容整體上比較陳舊。最近二十年，伴隨著電子技術和計算機技術的快速發(fā)展，涌現(xiàn)出以智能監(jiān)測技術、大數(shù)據(jù)智能分析、無線通信技術為代表的諸多新的巖體測試手段。這些新技術、新方法在教材中鮮有體現(xiàn)，即使部分教材有關于最新研究成果及技術的介紹，也缺乏系統(tǒng)性和前瞻性。例如微震監(jiān)測技術，國外從上世紀80年代開始研究并在礦山應用，而在國內(nèi)經(jīng)過近20年的發(fā)展并應用于40余座地下金屬礦山。然而，這種礦山安全管理中廣泛應用的巖體安全監(jiān)測技術在教材中卻很少被提及。

采礦工程專業(yè)在信息化和智能化方面遠落后于其他行業(yè)，例如航天工業(yè)、交通行業(yè)等。所謂“上天容易入地難”，鑒于礦巖體地質(zhì)條件的復雜性，更需要先進的測試技術為開采設計和理論研究提供相關的數(shù)據(jù)信息。因此，相對應的巖體測試教材必須引入最新的信息化和智能化方面的內(nèi)容。同時，考慮到當今信息技術發(fā)展日新月異，巖體測試教材需要加快更新速度，保證學生所掌握的測試技術和方法能夠緊跟信息化時代步伐。

4.教學方法亟待改進。多年來，大多數(shù)高校在采礦工程巖體測試課程上的教學方法仍是以理論知識為主，對于大量的傳感器知識、多樣的測試設備及技術，學生如果不實際操作，學習起來枯燥乏味。“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”，尤其對于像巖體測試這類實踐性與應用性極強的課程，更多的應是教導學生親自上手試驗，這樣才能讓學生們加深對實驗原理和實驗過程的理解，提高學生們的動手能力。部分高校在此類課程中設置一定的實驗課時，但是實驗設備數(shù)量有限且陳舊，更新迭代緩慢，實驗課上常常出現(xiàn)十多人操作一臺設備的場景。在這種情況下，教師費心又費力，學生浪費了大量時間，上課效果也不盡人意。除此之外，一些高校即使購買了最新的儀器設備，也不會留給學生課上使用，主要是因為這些儀器設備精密的同時也易損壞，又因大部分是在國外采購，消耗和修復成本較高。部分高校對于實踐類課程的輕視，造成了學生難以接觸到最新的實驗設備和實驗技術，認為只要大概了解這些實驗就可以了。在考試過程中，實驗課的分數(shù)也無足輕重，這樣的結果只會培養(yǎng)出眼高手低的工科畢業(yè)生。采礦工程作為典型工程學科，更應該注重培養(yǎng)采礦專業(yè)學生的工程實踐能力，讓其理論更加契合實踐，向社會輸送滿足社會需求的工程技術人才。

二、巖體測試課程教學改革思考

1.加強教師和學生的重視程度，提高教師綜合能力。采礦專業(yè)教研組應做好頂層設計，從不同角度引導、激發(fā)學生對于巖體測試課程的學習興趣和熱情。例如：在課程教學大綱修（制）訂過程中增加巖體測試課程的學時和學分，以引起學生對該課程的重視;在大學一年級的采礦工程概論課程中，采礦專業(yè)知名教授在授課時應有意加強引導，使學生認識到巖體多源數(shù)據(jù)信息對于采礦設計和巖石力學理論研究的重要支撐作用。另外，教師要講好巖體測試課程的第一堂課[3]，引導學生認識到信息化時代采礦工程領域對于巖體測試技術的迫切需求，尤其是在數(shù)字化礦山、智能礦山建設和深部礦產(chǎn)資源開采災害防控方面，巖體測試技術會發(fā)揮越來越重要的作用。在師資能力提升方面，應注重培養(yǎng)青年教師的實驗動手能力和工程現(xiàn)場測試能力，使得青年教師對于課程所涉及的傳感器、測試技術、儀器設備能夠熟練操作，并具有一定的工程現(xiàn)場測試經(jīng)驗。主講教師應由具有豐富實踐經(jīng)驗的教師擔任，青年教師在學習觀摩2～3年之后方可獨立承擔授課任務。另外，教師應主動承擔相關的科研任務，閱讀最新的科研成果文獻，修煉內(nèi)功，掌握多學科領域知識，緊跟信息化時代的知識更迭速度，保證所教授知識的時效性和新穎性，從而調(diào)動學生的學習熱情，激發(fā)他們自主學習的內(nèi)生動力。

2.提升教學內(nèi)容，加強教材建設。教學內(nèi)容和教材建設均應在采礦工程信息化建設基礎上保持一定的超前性。教學內(nèi)容應以測試目的為導向進行分解教學，例如：教學內(nèi)容可以分為礦巖物理力學性質(zhì)的測定、開采過程的巖體結構、應力、變形、開裂、能量、振動、空區(qū)等信息的采集與觀測，等等，講解清楚每種參數(shù)信息與采礦工藝和巖石力學理論的關系，使學生了解所測試信息的應用目的，增強學生學習的目的性和能動性。教師應廣泛收集典型測試技術和測試方法的工程應用案例，并將其他相近專業(yè)例如土木工程、隧道工程、水電工程等領域最新的測試技術引入到采礦專業(yè)的教學中，使得教學內(nèi)容具有前瞻性、全面性和適用性。

由于巖體測試技術、方法和設備的多樣性和復雜性，如果全部寫入教材，教師教授和學生學習將缺乏側重點，導致學習的盲目性。教材編寫應考慮測試信息技術的發(fā)展，舍去陳舊落后的測試技術，吸收最新的研究成果，例如最新的傳感器技術、儀器設備、測試方法、數(shù)據(jù)無線傳輸技術、大數(shù)據(jù)分析技術等，并形成系統(tǒng)化的知識結構，保證學生所學能夠適應礦山信息化建設的需要。

3.加強實驗課程建設，改進教學方法。巖體測試課程應以培養(yǎng)學生的實踐動手能力為核心教學目標。在傳授相關測試理論知識的基礎上，適當增加實驗學時、補充實驗器材和測試設備，盡可能保證每位學生有條件獨立操作實驗和測試設備。在考核過程中，提高實驗和數(shù)據(jù)分析能力測評分數(shù)所占比重，注重培養(yǎng)學生在實驗過程提出問題、分析問題和解決問題的能力。此外，在有條件的情況下將物理實驗和現(xiàn)場測試過程制作成視頻或者仿真軟件，增強授課的生動性和趣味性。另一方面，教師可以結合自己的工程現(xiàn)場科研項目，在保證學生安全的前提下，帶領學生赴礦山現(xiàn)場開展實地測試工作，或邀請設計院和礦山企業(yè)具有豐富測試經(jīng)驗的人員為學生授課，拓展學生的思維和眼界。教師還可以將自己的研究成果與授課內(nèi)容相結合，鼓勵學生閱讀巖體測試技術方面的期刊文獻，并以小組的形式開設一系列關于最新測試技術及應用案例的研討課，作為教材內(nèi)容的有益補充，培養(yǎng)學生主動思考和善于總結分析的綜合素質(zhì)能力。

在信息化、智能化和數(shù)據(jù)化技術快速發(fā)展的今天，特別是采礦工程專業(yè)信息化水平較其他行業(yè)存在較大差距的情況下，巖體測試課程應該在采礦工程專業(yè)高等教育過程中發(fā)揮引領作用，培養(yǎng)適應礦山信息化、無人化、智能化發(fā)展目標的復合型人才，促進我國采礦模式從粗放型向數(shù)字精細化、信息智能化、自動無人化方向發(fā)展，為我國礦產(chǎn)資源開發(fā)向深部進軍提供重要的數(shù)據(jù)支撐和信息保證。

參考文獻

[1]及方華，姚金環(huán)，王桂霞.以社會需求為導向的青年教師工程實踐能力培養(yǎng)模式探索[J].青年與社會，2019（16）：266-267.

[2]及方華，姚金環(huán).王桂霞.“兩個構建一個引導”的工程實踐能力培養(yǎng)[J].知識文庫，2019（23）：159+163

[3]賈蓬.新時期土木工程專業(yè)英語教學改革思考[J].教育教學論壇，2019，4（1）：108-109.