“實驗-實訓-實戰”漸進式全過程實踐和創新教學體系的構建
——以采礦工程專業為例

李新旺，凌向陽，孫利輝，程立朝

(河北工程大學 礦業與測繪工程學院，河北 邯鄲 056038)

我國煤炭行業發展進入了新時代，“四個革命、一個合作”的能源安全新戰略、“碳達峰碳中和”的減排目標，為煤炭行業轉型升級和綠色清潔發展帶來更高要求。煤炭開采必須要直面問題和挑戰，探索煤炭資源的安全、高效、綠色、智能開采和清潔利用技術，做好能源供給的兜底保障和壓艙石作用[1]。

采礦工程作為傳統工科專業，既要應對煤炭行業高質量發展給人才培養帶來的巨大挑戰，要積極變革，按照新工科建設和工程教育認證要求，實現傳統工科與現代技術的有機結合，傳統理念與現代理念的融合與交流，以“解決復雜工程問題”為導向回歸工程實踐，凸顯工程性與創新性的工程教育體系，滿足新時代背景下高等工程人才培養需求；又要應對能源革命，人才培養服務于當前處于百年未有之大變局下的能源革命和產業變革[2]。同時，更要落實立德樹人的根本任務。

采礦工程專業中的實踐教學是學生感知理論聯系實際的重要環節，是提高學生實踐能力和創新能力的重要途徑，在工科專業技術人才培養過程中占據重要地位。煤炭行業的發展新形勢以及立德樹人教育目標對實踐創新教學體系的構建和持續改進提出了新要求，為了增強采礦工程專業人才培養對行業企業需求的適應性，本文以河北工程大學采礦工程專業實踐教學體系構建與實施為例，構建“實驗-實訓-實習”漸進式全過程的實踐創新教學體系，打造校內-校外實踐教學平臺，實現多層次、多模塊融合的“實踐鍛煉不斷線”的全過程實踐教學，以期提高教學質量，培養合格的適應社會和行業需求的應用型創新人才。

一、實踐教學現狀與存在問題

國內礦業類高校的教育工作者對采礦工程本科實踐教學進行了諸多探索和研究，取得了較豐碩的成果，為采礦工程專業進一步深化實踐教學體系改革奠定了堅實的基礎，提供了很好的改革思路。通過文獻綜述并結合日常教學實踐和問卷調查，目前采礦專業實踐教學體系普遍存在如下四個方面問題。

(一)實踐教學體系不符合創新型人才的培養要求

創新能力是現階段社會對人才的基本要求之一，較強的創新能力能提高學生對社會的適應能力，對個人的發展至關重要。創新能力的培養與良好的專業基礎、實驗技能和實踐能力密不可分。實踐教學是提升學生實踐能力和創新能力的有效途徑，是提高工程技術人才培養質量的重要環節。國內礦業類高校在培養方案修訂時普遍增加了實踐教學的學時，豐富了實踐教學的內容和方式，意識到了實踐教學的重要作用。但大部分高校在培養方案制定時對實踐教學的內涵和外延理解不到位，將實踐教學環節狹義的理解為實驗、實習和設計等傳統環節，沒有將學科競賽、科技創新等創新創業環節統籌納入實踐創新教學體系，將實踐能力和創新能力培養人為地進行了孤立，造成在頂層設計上先天不足，難以體現最新的實踐教學指導思想和教學理念。

(二)實踐教學內容與形式不適應復合型人才的培養要求

隨著生態文明建設理念的提出和新發展理念的貫徹落實，綠色發展、創新發展等五大發展理念日益深入人心。采礦業由簡單的獲取煤炭資源的工程活動已向經濟社會發展的一環進行全面審視，要向安全、高效、綠色的科學采礦活動轉變[3]。采礦活動本身也已由傳統的粗放式的重體力勞動，向機械化、自動化和智能化轉變。但作為培養采礦工程師的高校采礦工程專業在實踐教學內容設置上仍然以煤炭、鋼鐵、有色等辦學行業背景為主，僅開設礦壓、開采方法、通風等專業核心課程實驗，未能構建寬口徑、重工程的教學內容體系；在教學形式上相對單一，校內實驗占比較大，且以演示性為主，校外實習受安全因素影響，以參觀為主，難以實際操作。采礦專業應順應行業發展，全面深化改革教學體系，特別是實踐教學，必須實現由單科性向多科性和綜合化的轉型，培養的采礦工程專業人才要適應行業高質量發展的需要；實踐教學手段也必須借助信息時代的多媒體、網絡等技術，由講授式、演示式向形式更加豐富、手段更加先進的方向發展。

(三)實踐創新平臺未能有效整合資源統籌建設

實驗、實訓、實習等實踐教學平臺是保障實踐教學水平的載體。傳統的平臺建設只注重基礎實驗室、專業實驗室建設，多以演示、驗證實驗為主，導致學生缺乏感性認識；創新創業實驗室、重點實驗室等科研平臺，難以做到真正對本科教學開放共享，在引導學生自主實驗和開展創新創業教育方面難以充分發揮作用。煤炭行業是高危行業，存在瓦斯、頂板等五大災害，種種原因使得煤炭企業不愿意接受學生實習，學生到企業實習次數少、時間短，認知很難達到預期效果。如我校采礦專業擁有綜合實驗中心和采煤實訓基地等教學實驗室和河北省煤炭礦井建設技術創新中心等省市級科研平臺，同時還與冀中能源集團等大型煤炭企業共建有省級大學生實踐教學基地和省級示范性專業學位研究生實踐教學基地等校外實踐平臺，但在資源建設上存在教學實驗平臺和科研平臺未能統一規劃、統一建設，校內實踐資源和校外實踐資源難以統籌建設等問題，未能充分發揮校內高層次科研教學平臺與校外實習實踐基地等實踐創新平臺的育人優勢，未有效整合到教學工作并統籌建設。實踐創新平臺未能有效整合資源統籌建設會造成學生實際動手能力差、現場適應能力差，導致企業招收不到快速進入工程師角色的創新型合格人才。

(四)實踐教學的管理體制不符合新的發展形勢

隨著實踐教學內涵的延伸，實踐教學的內容由傳統的實驗、實習向學科競賽和創新能力培養拓展，傳統的實踐教學由教務部門單一管理的體制難以適應新的發展形勢要求，不同高校結合自身實際和歷史背景在管理體制上都進行了諸多探索，但出現管理體制不明確、多頭管理的局面。傳統的實驗、實習教學都由教務部門管理，但學科競賽、科技創新的管理部門就不盡一致，既有由教學處、團委或學工等單一部門管理的，也有根據項目牽頭組織單位不同，共同承擔管理的。如我校的學科競賽就由教務處管理，科技創新由團委和創新創業部門牽頭，但所有創新活動都離不開學工部門的積極組織，同時，所有實踐教學活動都要由教學系和老師來具體承擔和完成。如何加強頂層設計，厘清各方職責，制定科學的評價考核指標體系，調動指導教師、學生的積極性成為新的問題。

二、實踐教學體系構建

新時代背景下采礦工程專業漸進式全過程實踐創新教學體系構建的總體思路是：全面貫徹立德樹人培養目標，按照新工科建設和工程教育認證的要求，注重學生“大工程”觀的培育，分析煤炭綠色、智能開采對采礦專業人才綜合能力的要求，梳理實踐能力、創新能力培養各關鍵教學環節，遵循認知規律重組教學模塊和實踐層次，構建科學合理的實踐創新教學體系，保障實踐鍛煉不斷線，以適應工程教育及煤炭高質量發展對人才的需求。

具體構建原則是：以煤炭安全高效、綠色智能開采轉型升級和高質量發展對實踐教學內容需求為教學目標，以實踐能力和創新能力培養為主線，遵循“實驗(基本技能)-實訓(工程能力)-實戰(創新能力)”的三層次實踐教學認知規律，構建實驗、實習、實訓、學科競賽、創新項目等多模塊的“一二三N”漸進式全過程實踐創新教學體系，見圖1[4]。

圖1 實踐創新教學體系圖

(一)培養目標的改革

長期服務煤炭行業的地方高校，既面臨高等教育發展改革和行業轉型升級帶來的共性問題，又要著力為所在地方經濟和行業發展服務，要面向未來探索多樣化和特色化的實踐教學模式，培養具有跨界整合能力和實踐創新能力的工程科技人才。針對煤炭行業跨越式發展和變革的新需求與高校人才培養滯后的矛盾，學院應重構高校與行業產學協同育人的工程實踐和創新平臺，培養實踐能力突出、創新能力強、工程特色鮮明的應用型技術人才[5]。

(二)實踐創新教學劃分

為達到實踐教學培養目標，將實踐教學的內涵拓展為實踐能力和創新能力教學兩大類別，既便于培養目標的達成，又便于與現有教學活動和管理體制進行銜接。實踐能力教學主要包括實驗、實習、畢業設計等環節，創新能力教學一般涵蓋學科競賽、創新項目、科技創新比賽和創業競賽。二者既有區別又在能力培養上有交叉，并不存在特別清晰的界限，如畢業設計，既是對四年所學理論和專業知識的綜合訓練，又能鍛煉創新能力。

(三)漸進式實踐創新教學

“漸進式”是指依據“由現象到本質、由淺入深、鞏固推進、全面掌握”的原則，逐層遞進地設計了實驗、實訓和實戰三個階段。三個階段對應培養學生的基本能力、工程能力和創新能力，由易到難，由簡單到復雜，遵循認知規律，逐漸由知識儲備、技能訓練到綜合運用，進而達到創新意識和能力培養。三個階段既相互獨立又相互滲透，注重學生的基本技能、綜合技能和創新意識的系統培養[6]。

1.實驗

目前的實驗教學普遍存在實驗課內容設置和理論課割裂、驗證性實驗比重偏大等弊端，未能有效的整合理論教學和實驗教學的合力，進而實現設計性和創新性教學內容的有效落實。本體系構建時統籌了專業基礎實驗室與專業課實驗室、任課教師和實驗教師間的建設、協調和管理，以學生為中心，著眼于培養學生的基本實驗技能和綜合實踐能力。統籌安排巖石力學實驗、礦山測量實驗與實習、礦山機械課程設計、地質實驗與實習、開采方法實驗、通風實驗、相似材料實驗、課程設計等內容。

2.實訓

實訓主要是對課程所學知識的綜合運用和工程能力的培養。主要包括認識實習、教學實習、課程設計和工程訓練。特別是在工程訓練環節，學校建設虛擬仿真實驗室和校內實訓基地，豐富了教學手段，克服了現場實習時間短、難以實際操作、效果差的弊端，有效打通理論教學和現場實習間的鴻溝。教師通過設計不同的實訓項目，有效規避了井下的危險環境，學生在實際動手中加深了對理論知識的理解，深化了對工程現場的感性認識，提高了實踐動手能力。同時，學校與大中型煤炭企業簽署校外實踐教學協議，共建了省級大學生實踐教學基地[7]。

3.實戰

實戰主要是指以學科競賽、科技競賽和創新項目、畢業論文為抓手開展的創新創業活動，鼓勵學生在老師的指導下開展依托專業的自主創新鍛煉，培養創新能力。專業建設了眾創空間、創新實訓室，開放了專業實驗室和省市級科研平臺，建立和完善了面向學生全天候開放的管理模式，鼓勵學生參加全國高等學校采礦工程專業學生實踐作品大賽，支持學生參與指導老師的科研項目，由指導教師或研究生引導學生在充填材料研發、綠色開采方法、礦壓監測儀器研發等方向自主發現問題、分析問題和解決問題，鍛煉動手實踐能力，通過反復的實戰訓練，進而逐步固化為創新意識和創新能力，實現創新人才培養目標。

(四)N個模塊

N個模塊是指把實踐和創新教學活動分為實驗、實習、科技創新和畢業論文(設計)等模塊。實踐教學和創新教學各模塊學分占比見表1。不同模塊和課程與整個課程體系形成有機整體，在每年培養方案小修訂時可以根據發展需要進行局部修改和完善，也可以增設或調整相應的內容。從大一開始到大四，每年都組織學生嚴格按照培養計劃中既定的實踐環節進行，并嚴格開展考評，有效保證實踐教學目標的達成。

表1 實踐創新教學環節所占的結構比例

三、實踐和創新教學體系的實施和成效

(一)實驗

實驗教學是理論與實踐相結合最直接、最方便、最有效的途徑之一，是實踐教學最基礎、最常見的方式。為此，本專業設置了相關的實驗教學課程。實驗課程開設目的是鞏固知識、驗證理論、培養基本實驗技能、動手能力和知識應用能力。我校采礦工程專業建設有采礦工程綜合實驗中心，下屬包括開采方法模型室、巖石加工與測試實驗室、礦山壓力實驗室、礦山安全實驗室、礦井建設實驗室、采礦安全虛擬仿真實驗室等7個實驗室，此外，專業基礎課程中的機械類課程、電工電子類課程和地質類課程實驗在相關學院的實驗室完成。開設的實驗分為獨立實驗課程和課程內實驗，合計106學時，折合6.5學分。采礦工程專業制定了完善的實驗室管理制度和實驗課成績考評制度，按規定配備了實驗人員，并制定了實驗員和任課教師的溝通和共同備課制度，減少了演示性實驗，擴大了綜合性、設計性和創新性實驗的比例，學生滿意度和實驗開出率100%，讓學生從旁觀者轉變為參與者，培養學生的實驗操作能力和科學探索興趣。

(二)實訓

1.校內實訓基地

采礦實訓基地始建于2007年9月，得到了中央和地方共建資金的支持，開灤集團和峰峰集團也無償捐贈了采煤機、液壓支架等大型煤礦開采設備，設備原值1000余萬元。在新校區搬遷項目資金支持下，實訓基地對原有功能進行重新布局和升級改造，真正打造成集模型展示、虛擬仿真、實物實操為一體的地面模擬現代化煤礦。實訓基地內安裝有綜采液壓支架、綜采輕型放頂煤支架、單體液壓支柱、大型采煤機、刮板輸送機和綜合掘進機，真實呈現了不同采煤工藝的工作面、綜掘工作面和工作面平巷，再現了高檔普采、綜采和綜放工藝。平巷采用三段不同的巷道斷面，模擬了錨網、U鋼和梯形棚三種支護方式，并配套移動變電站和液壓泵站。同時，建有“露天煤礦”、“地下煤礦”“垮落法頂板管理”等8組浮雕和“矸石固體充填開采”、“膏體充填開采”和“沿充留巷”3組模型。設備合計105臺套，是國內同類高校中規模最大，配套齊全的礦業工程實訓基地。主要服務于礦井建設和采礦工程專業本科和研究生的教學科研任務，承擔采礦學、礦山壓力及其控制、礦山固定機械、液壓傳動等課程中的采煤認識、工藝、機械、液壓、電氣等實驗，實現“教”與“學”的互動，“教、學、做”一體化；同時也為承擔采煤工藝技術研究提供直觀的地面試驗環境。

實訓基地內建有礦山虛擬仿真實驗室，配備有采礦 3D 交互、礦井三維虛擬仿真、采掘安全三維仿真等實驗教學系統，能夠分別開展虛擬漫游、礦井開拓、開采工藝與方法和礦山安全等方面的虛擬教學和44項安全事故案例的再現展示。另外，配備了掘進操作實驗機和采煤操作試驗機各1臺，能夠滿足學生的上機操作使用[8]。

2.校外實踐基地

采礦工程專業重視同煤炭企事業單位的交流，聯合共建校外實習基地10余家，主要分布在峰峰集團、開灤集團和邯礦集團，為本專業學生現場實習創造了便利條件，其中，“河北工程大學-邯礦集團陶一煤礦工程實踐教育中心”為省級大學生實踐基地，與冀中能源集團聯合建立省級專業學位研究生實踐基地，2019年11月通過驗收并獲評省級示范性專業學位研究生實踐基地。學院依托與相關單位的科研合作，定期選派優秀本科生赴合作單位進行實踐，共計選派800余人次。鼓勵教師到企業生產一線進行鍛煉，開辦了青年教師培養學校，利用假期深入企業礦山第一線進行鍛煉，制定了青年教師托舉計劃，鼓勵教師主持或參與工程項目，提高工程實踐和創新教學水平。邀請企業專家參與培養方案修訂、舉辦學術報告，承擔畢業設計指導等教學任務。

由于近兩年校外實習困難，采礦專業加強頂層設計和全方位聯動、充分發揮網絡優勢多渠道構建共享資源，努力探索云實踐的共享模式。學院認真分析現有不同專業、同一專業不同層次實習的基礎上找到共同點，打通了專業間、年級間、實習類型間的界限，分類統籌安排線上實習和講座，最大限度擴大受益學生數量；打破時空和地域限制，邀請國內不同區域、不同工藝特點的相關企業專家進行線上現場講座，使學生在校園就可以了解全國各地實習企業的概況，最大限度擴大學生的視野；打破虛擬和實體實踐資源的界限，構建集傳統電教資料、網絡視頻、三維軟件等電子虛擬媒介，與校內采礦工程訓練中心、虛擬仿真實驗室、第二課堂實訓室等實體媒介相結合的多渠道、多形式實踐資源，最大限度發揮資源的利用率。截止目前，本專業已連續開展線上云實踐3年，邀請15位企事業單位的總工程師、區隊長和技術員舉辦線上專場講座、技術作業直播、在線設計指導等系列云共享活動，每年受益學生300余人，取得良好成效。

(三)實戰

1.學科競賽

學科競賽是培養學生運用所學知識、解決實際問題的有效途徑，能幫助學生掌握基本的創新方法，追求創新的態度與團隊意識，提升學生的科研意識和創新精神。本專業積極探索實施本科生導師制和班主任制，引導本科生盡早參與到學科競賽中，每年舉辦校級的采礦專業實踐作品大賽，鼓勵學生參與國內各類大賽，選擇具有豐富實踐經驗的教師進行指導。近三年來，我院共獲得全國采礦工程專業實踐作品大賽、全國安全科學與工程大學生實踐與創新作品大賽等專業領域頂級賽事一等獎5項、二等獎5項、三等獎16項，獲河北省大學生數學競賽一等獎1項。學校制定政策鼓勵學生參與大賽，根據大賽類別和獲獎等級折算學分和績點，計入獎學金和保研的考評。

2.創新項目

采礦專業建設了創新實訓室，開辟獨立空間，配備有各種日常工具50余臺套。學院建有眾創空間，吸納有創新或創業意愿的項目入駐。專業擁有的河北省煤炭礦井建設工程技術中心、煤炭行業充填采煤工程研究中心等省部級平臺8個全部對學生開放。實行本科生導師制，引導學生參加創新創業。實踐課程體系中開設第二課堂，固定安排課表和教師，開展與第一課堂相關的側重于實踐和創新能力培養的教學活動，緊緊跟蹤采礦科學與技術的發展進行第二課堂項目的設置，選聘有現場工作經驗或科研項目經歷的雙師型教師圍繞科研能力訓練、實踐技能訓練、社會實踐、學科競賽、各類專題講座等形式開展項目，培養學生實踐動手能力和創新精神。目前開設有礦山虛擬仿真訓練、礦山爆破講座、煤礦安全監察與管理講座、礦山建模實訓、礦圖設計競賽等課程與訓練項目，制定了第二課堂教學環節的主要質量要求、監控措施及責任人，從創新訓練的態度、知識學習情況、綜合能力培養及綜合素質培育等四個方面來評定學生的綜合成績。

近三年在本科生導師制和第二課堂政策推動下，有100余人次參與教師各類項目40多項，獲得國家級大學生創新創業訓練計劃項目1項、省級1項、校級6項，入駐大學生創業園項目2項。

3.畢業設計

畢業實習與畢業設計(論文)是對四年所學知識的綜合訓練。本專業的畢設目標使學生通過綜合知識的整體運用及實踐能力的強化更好地提升和完善自我，使學生具有處理復雜工程問題的能力。畢業設計(論文)選題全部為工程設計類，均為井工礦設計，一人一題，以真實礦井條件為基礎進行模擬設計。指導教師均為高級職稱或具有工程背景的老師，要求從選題、數據收集與處理到論文答辯都邀請行業專家參與全過程。畢業設計實行網絡化管理，從選題、任務書下達、開題報告審定、中期檢查、初稿審核、定稿審核、論文查重、論文答辯、成績評定等全過程管理和預警。

四、結論與展望

為增強人才培養對行業企業發展的適應性，本文以河北工程大學采礦工程專業實踐教學體系構建與實踐為例，構建了“實驗-實訓-實戰”漸進式全過程的實踐創新教學體系，該體系實踐后提高了學生的實踐動手能力和創新能力。但該體系將傳統的實踐教學和日益受重視的創新教學進行有機整合，對于實踐創新教學的管理模式、教師的知識廣度和實踐能力、評價過程和結果的運用以及師生參與積極性都提出了更高的要求。在以后的實踐中，對于如何更好的劃分實踐模塊、做好實踐階段的銜接要進行更深入的思考和設計，使得模塊、階段間既做到界限清晰、便于考核，又能做到有機融合、形成合力，實現“實踐鍛煉不斷線”的全過程實踐教學，為培養合格的適應社會和行業需求的應用型創新創業人才奠定堅實基礎。