西部地方院校實驗教學示范中心建設實踐與探索

李金波，許興亮，2，李永武，張俊敏，楊長德，常治國

（1.新疆工程學院礦業工程與地質學院，烏魯木齊 830000；2.中國礦業大學礦業工程學院，江蘇徐州 221116）

0 引言

高等工程教育在我國高等教育中占有重要的地位。深化工程教育改革、建設工程教育強國，對服務和支撐我國經濟轉型升級意義重大［1］。在新工科背景下，作為以煤炭為特色的西部地方應用型本科高校，深化并加強工程教育的主要途徑是加強實踐教學與創新教育，其載體即校內實驗室與校外實習基地。高校實驗室是補充理論教學不足而開展實驗教學環節的重地［2］，它承載著激發學生動手興趣、培養學生工程意識、鍛煉學生實踐能力、塑造學生創新潛力以及提升學生綜合素質和管理能力的重任?！督逃哭k公廳關于開展2015年國家級實驗教學示范中心建設工作的通知》［3］指出，以促進大學生的全面發展和適應社會需要為宗旨，以培養創新精神和實踐能力為核心，通過建設布局相對合理的國家級、省級和校級實驗教學示范中心體系，推動高等學校實驗教學改革和實驗教學中心建設與發展，實現高等教育人才培養水平的不斷提升。新疆工程學院采礦工程實驗教學示范中心（以下簡稱采礦實驗示范中心），是在“中央財政支持地方高校發展專項資金項目”支持下，整合井工開采實驗室和露天開采實驗室重組新建的實驗室，于2019年底建設完成。采礦實驗示范中心建設過程中，在實踐教學條件改善、學生實踐創新能力提升、采礦專業與課程建設發展、教師科研創新水平提高以及服務經濟社會能力等方面成效顯著，對采礦實驗教學與應用型人才培養具有重要意義，對西部地方高校實驗教學示范中心建設具有一定借鑒意義。

1 建設背景與發展規劃

1.1 建設背景

采礦實驗示范中心以采礦工程學科為依托，掛靠新疆工程學院礦業工程與地質學院礦業工程系。采礦工程是學校升本后經教育部批準的首批具有本科招生資格的專業之一，具有60余年的發展歷史，是學校的龍頭與特色專業。在其發展歷程中，于2008年獲批自治區重點產業緊缺人才專業建設計劃、2009年被新疆教育廳評為自治區特色專業、2013年獲批第三批“教育部卓越工程師培養教育計劃”、2019年獲批自治區級一流本科專業［4-6］。采礦工程學科建設立足新疆、輻射西北，服務全疆乃至我國西北5省煤炭工業。隨著我國東部地區煤炭資源面臨枯竭，國家煤炭戰略向內蒙古、陜西以及新疆等區域發展，尤其作為全國煤炭預測資源儲量排名第一的新疆，更是國家煤炭戰略資源儲備的聚集區［7］；同時，隨著國家“一帶一路”倡議發展，學校所在地新疆恰是我國“一帶一路”倡議的西北區域核心區，所在城市烏魯木齊市是核心區的重要樞紐與核心城市［8］；近年來，隨著社會經濟、高等教育和煤炭工業技術的發展，面向綠色、安全、高效、智能與信息化的智慧礦山建設，對工程應用與創新創業型礦業類人才需求迫不及待［9］。學校以煤炭為特色，建設采礦實驗教學示范中心、加速推進煤炭應用型人才培養勢在必行。

1.2 發展規劃

采礦實驗示范中心是根據新疆煤炭產業特色，結合學校采礦工程現有實驗教學平臺現狀，成立的一個集實驗教學、科研試驗、創新創業、社會服務為一體的綜合示范中心。

采礦實驗示范中心建設，預期達到具有先進的教育教學理念、精良完備的實驗教學設備以及理論與實踐并重的“雙師型”師資隊伍，以培養學生技能技術、工程意識、實踐能力和創新思維為核心，建成校內重點、自治區一流，具有行業特色的“基礎型與綜合型、工程型與創新型、智能型與開放型”實驗教學示范中心。中心建設形成了“1-2-3-4-5”的總體發展規劃戰略體系。如圖1所示。

圖1 示范中心總體發展規劃戰略體系

2 建設內容

2.1 整合與重組實驗室

學校采礦工程專業分設井工開采與露天開采兩個方向，原設有井工開采與露天開采兩個方向共計6個實驗教學實驗室［10］。為統籌資源、集中規劃與管理，針對6個實驗室進行資源整合，重組建成采礦工藝模型、采掘施工與設備及礦山災害監測3個實驗室，見圖2。

圖2 實驗室整合重組圖

2.2 新建巖石力學實驗室

礦業工程與地質學院設有礦業工程系與地質工程系2個教學系部。礦業系采礦工程為自治區級一流本科專業，地質系地質工程為自治區級重點專業。兩系以共建共享原則，新建落成擁有價值200余萬元資產的巖石力學實驗室。

實驗室擁有巖石力學三軸流變試驗機（DSZ-2000微機控制電液伺服機）、巖樣鉆取機、巖石切割機及巖石力學試驗配套軟件等，見表1。可進行巖石不同圍壓下三軸壓縮試驗、單軸拉壓試驗，孔隙滲透試驗、高低溫環境試驗等，同時可進行單向低周循環及組合波形程序控制等多種控制方式。實驗室既可滿足巖體力學課程基礎巖石力學實驗教學，同時可為工程項目研究提供技術支持，可針對煤礦巷道圍巖基本物理力學參數測定開展科研試驗。

表1 巖石力學實驗室儀器設備

2.3 新建相似模擬實驗室

相似材料模擬實驗室由相似模擬臺架、力學模擬加載系統、材料模擬變形監測系統等組成。主要包括應用于煤炭安全開采的井下巷道平面應力模擬系統、工作面采場礦壓模擬系統，針對新疆煤層賦存狀態的急傾斜特厚煤層模擬系統、頂底板位移監測系統、三維光學攝影測量系統以及三維應力模擬加載系統等。

2.4 新建虛擬仿真實驗室

采礦工程虛擬仿真實驗教學實驗室是在原數字礦山實驗室基礎上搭建而成，擁有掘進、綜采等多種虛擬仿真系統構成。它是采礦工程學生感知礦山實體三維空間、理解采礦專業相關概念、熟悉采礦采掘生產工藝等實驗教學體系中的重要平臺。在“交互式與體驗式”虛擬仿真實驗中，學生身臨其境，對井工礦山的巷道、采場、設備等可見、可觸、可控，實現與實際礦山接近的仿真操作和感知［11-12］。虛擬仿真實驗教學系統具有人機互動功能，可實現浸入式體驗礦山開采全部工藝流程，從礦山整體概況的認知到煤炭采掘全過程的熟悉與掌握，再延伸至巷道支護及開采設計等實踐創新環節。實現全程高度仿真體驗式學習。

2.5 強化實驗教學師資隊伍建設

實驗室是實驗示范中心的組成單元，實驗室建設的關鍵因素是實驗教學師資隊伍的質量建設［13］。學院副院長擔任實驗示范中心主任，統籌實驗示范中心管理和未來發展。實驗教學師資隊伍建設，著眼于努力培養專業對口、理論豐富、善于實踐的教師開展實驗教學工作。與此同時，打破原理論教師與實驗教師涇渭分明的傳統模式，在實行全員教師參與實驗教學的基礎上，設置專兼職實驗教學師資隊伍，同時從行業企業聘請優秀工程技術人才充實實驗教學隊伍，兼任實驗教學教師。

實驗示范中心現有專、兼職教師30名。本校教師18名，其中正高2名，副高6名，中級10名；援疆干部1名；天山學者6名；企事業單位聘請具有高級職稱的工程技術人員5人。校內實驗教師隊伍中，正高職稱占比36%，副高職稱占比24%，中級職稱占比40%；校外實驗教師隊伍均為副高以上職稱。

2.6 構建實驗教學體系

高校人才培養教學體系包含理論教學體系和實踐教學體系［14］，在新工科背景下，工科性較強的采礦工程專業，學生工程應用能力與創新能力的培養主要依賴于實踐教學體系［15］。

采礦專業在辦學歷程中，結合地方經濟發展、國家煤炭戰略布局和煤炭工業技術進步，不斷改革教育培養模式，更新實驗教學內容，加強實驗教學體系建設，嚴格規范實驗教學過程管理。采礦實驗示范中心在采礦師資創新團隊指導下，打破原有傳統實驗教學體系與教學模式，按照“扎實穩定是基礎、改革改進是手段、質量提升是目標”的建設思路，把培養行業感性認知、增強工程素養、提高創新思維作為實驗教學體系改革的立足點，構建了“基礎演示型—綜合驗證型—設計創新型”三層次、遞進式實驗教學體系，見圖3。該體系的構建，與理論課程及學生年級相匹配、與學生學習認知規律相一致?；A演示型實驗教學主要設置在大一、大二年級，與采礦工程專業導論、采煤概論、煤礦地質學、工程制圖等專業基礎課程結合；綜合驗證型實驗教學主要設置在大三年級，與井巷工程、采礦學、礦山壓力與巖層控制、礦山機械等專業課程結合；設計創新型實驗教學主要設置在大四年級，與畢業實習、畢業設計、畢業論文、課題研究及學科競賽等結合。

2.7 健全機構設置與管理體制

采礦實驗示范中心行政上隸屬礦業工程與地質學院礦業系，業務上由學校教務處、實驗室與設備管理處雙重指導。采礦實驗示范中心設置中心主任1名、井工開采實驗與露天開采實驗負責人各1名，各實驗室設置具體實驗室負責人及實驗教學成員。

圖3 三層次遞進式實驗教學體系

建立健全實驗室規章制度，是確保實驗示范中心有序運行的必要條件［16］。結合學校和礦地學院礦業系實際情況，中心制定有“校級實驗教學示范中心管理制度匯編”，實驗示范中心主任崗位職責、實驗示范中心專職實驗教師崗位職責、實驗示范中心兼職實驗教師崗位職責、實驗室實驗教學與試驗管理制度、實驗室安全衛生與文化建設管理制度、實驗室實驗教學活動學生須知、實驗室責任負責人崗位職責、實驗室資產購置與報廢管理制度、實驗室科研創新知識產權管理制度、實驗室大學生創新實踐管理制度、實驗室科研成果獎勵管理辦法。

3 建設成效

3.1 改善了實驗教學條件

隨著學校電力—采礦新工科實驗樓的落成，實驗示范中心新建實驗室3個，新增實驗場地面積達800 m2，新增實驗建設投入近500萬元，新增實驗儀器設備20多臺套，新增實驗教學項目12項，新增科研試驗項目6項。

3.2 提高了應用型人才培養質量

依托實驗示范中心，成立智能采礦社團，組建學生創新創業實踐梯隊，近3年來立項國家級、自治區級、校級大學生創新創業項目10余項；學生通過中心平臺完成專利申報、授權6項；學科實踐競賽實現零的突破，獲得全國高校采礦工程專業學生實踐作品大賽二等、三等獎2項；學生就業率有效提升，對口就業率得到明顯改善，簽約煤炭行業基層生產單位的學生，實現了下得去、留得住、干得好。

3.3 推動了課程建設和專業發展

依托實驗示范中心，獲批采礦專業世行項目核心課程建設三門：《井巷工程》《礦山壓力與巖層控制》與《露天礦設計原理》。采礦工程專業獲批自治區級一流本科專業。

3.4 促進了師資隊伍有序健康發展

依托示范中心，在師資隊伍高標準要求背景下，實驗教學師資隊伍的有序健康發展體現在教師職稱晉升、學歷提升、實踐鍛煉以及隊伍壯大等方面。

近3年，2名三級教授晉升二級教授，1名副教授晉升教授，2位講師晉升副教授，1名實驗師晉升高級實驗師，1名助理實驗師晉升實驗師，職稱晉級發展迅速；1名教師獲得博士學位，3名教師博士在讀，2名教師獲得碩士學位；3名教師赴生產企業掛職鍛煉，新進1名擁有碩士學位、6年工程經驗的現場技術人員，聘請5名生產企業高級工程師兼職實驗教師；培育一個校級創新教學團隊—采礦工程教學創新團隊。

在實驗示范中心支持下，教師科研業績迅速增長，服務社會能力明顯提高。

近3年，結題國家自然科學基金1項，獲批國家自然基金地區基金與聯合基金各1項，獲批自治區科技廳自然基金青年項目與重點項目各1項，獲批自治區教育廳高校計劃科研項目3項，獲批自治區教育廳教學改革與研究項目共3項，獲得世行項目—采礦工程實踐教學與創新人才培養研究項目1項，獲批校級自然基金與教改項目10余項。作為第一完成單位且第一完成人榮獲新疆維吾爾自治區人民政府科技進步二等獎1項；發表論文50余篇、授權專利15項。在科研創新能力提升基礎上，不斷進行科技轉化與服務地方經濟發展，完成企業委托項目3項，在研項目6項，為煤礦安全高效生產做出了一定貢獻。

4 結語

采礦工程實驗教學示范中心結合學校煤炭特色優勢，以新工科背景下實驗教學示范中心為標桿，重組新建實驗室，構建實驗教學新體系，規范實驗教學運行管理與評價制度。在實驗室建設、實驗教師隊伍培育、實驗教學體系創新、機構設置及制度管理等方面進行了實踐與探索。實踐證明，中心的建設，完善并優化了實驗教學條件，提高了實驗教學水平與人才培養質量，調動了全體師資參與實驗教學積極性并促成了師資隊伍高速發展，激發了教師科教融合意識并大力提升了科研創新、解決工程問題、服務經濟社會發展的水平和能力。為培養服務于新疆及西北5省煤炭工業工程創新技術人才，為我校本科合格評估及打造一流應用型地方高校奠定了基礎。