采礦工程專業本科教學體系改革與建設模式研究

趙興東，曹建立，陳 松

(1.東北大學 采礦工程系，沈陽 110819;2.東北大學 資源與土木工程學院，沈陽 110819)

為加快推進采礦工程專業教育現代化，不斷深化教育綜合改革，提高本科人才培養質量，需將采礦工程專業頂層設計和實踐探索有機結合，通過改革創新充分調動學校、師生的積極性、主動性和創造性，創新體制機制和人才培養模式[1-2]，構建新型的本科人才培養體系和培養模式。采礦工程專業作為傳統的工科專業，對學生實踐能力和創新能力的培養是人才培養中十分重要的一環。如何將理論教學與實踐(驗)教學有機結合，提高學生的實踐(驗)與創新能力，是采礦工程專業本科生實踐教學改革的核心目標，也是卓越工程師培養、本科審核評估和工程教育專業認證的根本要求。

一、采礦工程專業面對的國家重大需求

礦產資源是具有不可再生性、國家戰略需求的重要物質保障。伴隨世界經濟、工業和市場規模的持續擴大，礦產資源的開發也不斷增大，世界資源短缺的問題不斷顯露，并將逐步成為阻礙經濟發展的重要因素。與此同時，伴隨礦山開采和資源利用，環境壓力及伴生地質災害等問題日益嚴重，給經濟可持續發展帶來了壓力。基于現狀和未來發展需要，中國對建設資源節約型、環境友好型社會提出了新的要求，并對礦產資源的可持續開發與利用提出了更高要求。切實合理開發利用礦產資源，提高資源利用效率，直接關系到我國經濟社會的可持續發展，是具有戰略性的重大決策。礦產資源可持續開發與利用的關鍵是提高礦產資源開發的效率和水平，降低能源消耗，增加社會經濟效益，降低廢棄物排放，降低對生態環境的影響。基于上述現實條件，實現礦產資源的可持續開發與利用必然要使用先進的生產技術，而高精尖礦業人才又決定了先進技術的程度和水平。

根據澳大利亞領先的勞動力網站“資源頻道”和公關公司Market force 聯合發布的新研究顯示，目前世界范圍的礦業人才嚴重短缺，老齡化的技術團隊和源自其他資源型國家的人才爭奪戰，對澳大利亞礦業發展帶來了巨大壓力。然而，礦業人才短缺不僅是澳大利亞面臨的問題，而是全球性的問題。

國家“十三五”發展綱要重點提出加強深海、深地、深空和深藍等領域的戰略高技術部署。預計采礦工程未來發展將向以下三個方向深入。

(1)深部開采。隨著淺表資源的枯竭導致世界采礦技術向深部發展，給深部采礦技術的發展帶來新的機遇和挑戰。目前，南非開采深度超過3 500 m 的礦山主要有Kloof 金礦、Western Deep Levels 金礦、East Rand Proprietary 金礦(3 585 m)和Driefontein 金礦等，加拿大Falconbridge 公司的Kidd Creek 銅金礦開采深度為3 220 m，采用下向深孔和上向水平充填采礦，日礦石產量約7 000 t。我國許多金屬礦山開采深度也已經超過1 000 m，例如：紅透山銅礦開采深度超過了1 360 m，冬瓜山銅礦開拓深度1 100 m。國家實施2 000～4 000 m 的深部找礦計劃，一些深部礦床不斷被發現。深部開采是我國未來采礦業面臨的一大趨勢。

(2)智能采礦。智能采礦是21 世紀礦業發展的前瞻性目標，部分西方發達國家已經致力于智能采礦研發20 余年。1996—2000 年，加拿大Inco 國際鎳業公司，規劃了五年的智能采礦計劃，主要研究內容包括：井下移動網絡、采礦過程監測與遙控系統、適合遠程遙控采礦的采礦方法、智能化采礦裝備及地下鏟運機自動定位和導航系統，使采礦勞動生產率從2006 年的3 350 t/人年，提高到2008 年的6 350 t/人年;智利的Teniente 礦采用自然崩落法進行開采，采用遙控出礦，采礦控制室設在地表，單一采區產量達到28 000 t/d。同時，蒙古國Oyu Tologi 銅礦、巴布亞新幾內亞Wafi 金銅礦、菲律賓Didipio 金銅礦建立智能采礦示范區。

(3)綠色開采。綠色開采技術是以經濟的增長為核心，追求自然生態平衡的采礦技術。在國外，貫穿于礦山全部生命周期的基于生態和安全成本的綠色開采設計理念已經被廣泛應用，在礦山廢棄物綜合利用、礦區土地復墾等方面，英國、美國、澳大利亞、德國、匈牙利和波蘭等開展了卓有成效的研究工作。在中國，早在2003年，綠色開采的理念就被提出，并且政府部門也出臺了多個法規促進綠色采礦的實施。

二、國內外采礦工程專業建設現狀分析

隨著國際上采礦工業的發展需求變化，國外許多高校采礦工程專業亦在不斷地調整與變革，并隨著礦業工業化和信息化發展，不斷探索和改革采礦工程專業教學體系和模式。澳大利亞采礦工程專業教學形式多樣，設置多種學位和課程，涵蓋礦山行業所需所有專業領域和層次。德國采礦工程專業設置面較寬，采礦專業學生不僅要求學習各種礦產的開采知識，還要學習礦山建設、經濟管理、企業管理等知識，強調學生的動手能力，現場工程實踐學習時間長達幾個月，培養學生實踐操作能力。美國和加拿大在采礦工程專業教學中，課內學時較少，偏重實踐應用，引導學生積極思考、主動學習，鼓勵學生發展個性、敢于創新[3]。夏季學期通常不設課程，方便學生到礦山企業實踐和參觀訪問。

隨著我國經濟建設的發展，特別是改革開放之后，對采礦領域的理論研究成果向生產力的轉化極為重視，自此采礦工程專業教育開始迅速發展。中國礦業大學、北京科技大學及中南大學等全國著名高校，積極恢復和重建采礦工程專業學科，在學科建設中大力借鑒國外先進經驗，不斷改革和完善培養模式和培養體系，為我國礦業發展奠定了基礎。

中國礦業大學的采礦工程本科專業在前三學年為集中教學，大四學年分為4 個專業方向，即地下開采、露天開采、通風與安全和工業工程分別培養，其培養目標為：培養能在固體礦床開采特別是煤炭開采和巖土工程領域從事生產、施工、管理、設計及科學研究等方面的高級工程技術人才。此外，該校積極探索創新人才培養模式，包括主輔修培養模式、卓越工程師培養模式、孫越崎學院拔尖人才培養模式、本-碩(博)連讀培養模式、應用型人才培養模式、國際合作培養模式等，形成了多樣化、開放性的人才培養體系，滿足了學生個性化發展需要和社會多樣化的人才需求。中南大學的采礦工程專業目前已經拓寬為采礦與巖土工程專業，人才的雙向流動得以實現，堅持卓越性、創新性、個性化和國際化等人才培養原則，從通識教育、學科教育、專業教育和個性培養四方面出發，不斷增強學生的學科前沿意識、開放意識和國際意識，為社會輸送勇于擔當的高素質科技領軍人才。北京科技大學通過主干學科(力學、礦業工程)、主要課程、科研實踐等建設，培養具備固體礦床開采的基本理論和方法，具備采礦工程師的基本能力，能在采礦領域等方面從事礦區開發規劃、礦山設計、礦山安全技術及工程設計、監察、生產技術管理及科學研究的高等工程技術人才[4-5]。

通過對中國礦業大學、中南大學、北京科技大學等高校采礦工程專業培養目標、課程體系、畢業要求等方面對比分析發現：(1)中國礦業大學利用教師教學水平及科研能力，不斷提高和更新教學內容，尤其是專業課教學內容要求每年更新10%，即每年有10%左右的課時為本科生講授最新研究動態和科研成果;全面推廣本科生導師制;加強實踐基地建設，創立虛擬實驗室，實現實踐教學與理論教學并重，吸引大學生積極參加“大學生科研訓練計劃”，建立基于創新能力培養的教學管理與質量保證體系;(2)中國礦業大學、中南大學為采礦工程本科生就業及學科發展考慮，在課程設置里有意識增加巖土工程的課程內容，增加采礦本科畢業生就業機會;(3)中國礦業大學、中南大學和北京科技大學三所院校均重視實踐教學，增加實踐教學比重，但與國外采礦學生教育相比，其實踐課程比重和培養學生動手能力方面還有一些差距;中國礦業大學盡管增加了許多工程實踐教學比重，但相比國外還是差距較大。

東北大學采礦工程專業現行專業實踐教學體系以科學實驗—課程設計—專業實習—畢業設計為主線，保障各環節實施的規章制度也均已形成，體系結構已較為完善。但畢業生專業實踐能力尚不能滿足用人單位的需求，校內招聘會上用人單位對采礦工程本科生的評價亦多為理論知識豐富，但到工作崗位上能力欠缺，根本原因在于實踐教學質量有待提高。

三、采礦工程本科培養目標改革

針對采礦工程專業存在專業課程分散，核心課程不突出(專業課程共有42 門)，存在同一門類課程重復開課或部分內容重復現象，學科基礎類課程所占比重偏低(畢業要求學分僅占11.84%);實踐教學體系薄弱，實驗教學空間嚴重不足，實驗設備陳舊、數量不足，現場實習經費不足，時間偏短，礦山企業缺乏指導積極性，實習流于形式;教學質量不高，存在部分教師上課不認真，敷衍等現象，教學模式陳舊，以“教”為主，方式單一，學生學習缺乏興趣和積極性，主動學習能力差，缺乏有效的教學過程質量監控機制、畢業生反饋機制及社會評價機制等問題。提出相應的采礦工程專業建設目標：(1)突出教學中心地位，回歸人才培養核心功能;(2)以專業認證和審核評估為契機，改革和完善專業人才培養體系，建立以學生為中心，以目標(結果)為導向的OBE 人才培養模式，完善評價體系和機制，形成對教學全過程持續改進的良性循環機制;(3)以培養目標為指導，以畢業要求及其指標點為目標改革課程體系，精簡課程，突出專業核心課程和主干課程，加強學科專業基礎和專業知識;(4)注重專業實踐和創新。完善由課程設計、課程實驗和現場實習組成的實踐教學體系，增加創新實驗訓練(3D 打印);大力建設本科實驗教學平臺，努力建成采礦工程國家級實驗教學示范中心;(5)建立教學過程質量監控機制、畢業生反饋機制、社會評價機制及學生學習激勵機制等，形成完善的本科人才培養體系。

通過在校學生調研、畢業生座談、用人單位調查和國內外相關院校調研等，綜合東北大學采礦工程專業秉承的培養目標，結合當前卓越工程師、本科審核評估、工程教育專業認證要求，以及礦業經濟發展需求，本著“厚基礎、寬專業、重實踐、國際化”的指導方針，凝練出了東北大學采礦工程專業特色，即以金屬礦床深部、安全、高效開采為核心，發展綠色開采和智能開采，將專業知識與前沿技術相結合，構建專業核心課程、實踐教學與科研活動相結合的創新人才培養體系，提高專業課程雙語教學和國際交流比重，培養新型工業化、國際化的采礦工程專業人才。為此，修訂了本科生培養目標，使學生能夠運用現代礦業開發理論、方法和技術，突出教學中心地位，回歸人才培養核心功能;完善教學制度和激勵機制，使教師重視教學;加強學科專業基礎知識教育，注重專業實踐和創新能力培養，完善由課程設計、課程實驗和現場實習組成的實踐教學體系，增加創新實驗訓練(諸如3D 打印等);圍繞采礦工程專業特色，精簡專業課程數量，突出核心課程和主干課程，增加專業核心課程數量和學位課比重;建立教學質量監督和評價機制、畢業生反饋機制、學生學習激勵制度等，切實做好本科人才培養。針對學生未來發展提出分類培養，在第三學年下半期以及第四學年上半期，劃分為卓越工程師和學術英才兩種類型人才。

四、采礦工程本科課程體系建設

為進一步完善和提高采礦工程專業教學質量，按照課程性質將采礦工程專業課程劃分為學科基礎類、專業教育類和工程實踐類三大門類;按照課程內容將采礦工程專業劃分為礦床地質與工程地質、基礎力學與巖石力學、金屬礦床地下開采、露天與綠色開采、智能開采與管理、鑿巖爆破與井巷工程、課程設計及工程實踐(驗)八大本科教學課群(圖1)，每個課群設置專任責任教授，主要負責各課群中每門課程建設、教學內容研討、教材建設、教學質量監督與檢查、教學日歷和教學大綱制定以及精品課程建設。

圖1 實踐(驗)類課程體系建設

構建專業課程實驗室與科學實驗相結合的采礦工程本科實驗教學中心，將實驗教學與科學實驗有機結合，以學生為中心，發揮學生的主觀能動性，形成以專業課程實驗、實習實訓與畢業設計相結合的工程實踐能力提升教學體系，以及形成以專業課程實驗(圖2)、科學實驗、虛擬仿真和3D 打印(圖3)相結合的創新實驗教學體系，提高學生的創新能力。

圖2 東北大學巷道模擬實訓基地

圖3 東北大學井巷工程教學模型

為提高學生的工程實踐能力，在現有采礦工程專業綜合改革試點項目、金屬礦山巖石力學與安全開采國家級虛擬仿真實驗教學中心，以及現有的5 個實踐教學基地的基礎上，通過與紅透山銅礦深入合作，構建地測采綜合實踐教學基地，能夠充分保證認識實習、生產實習及畢業實習的學時數和實習效果，特別通過地質、測量、采礦三個專業現場實習內容的相互滲透、有機融合，全面提高學生的實習質量。

五、結束語

社會經濟的發展和行業需求的變化對采礦工程本科畢業生提出了更高的要求。通過對國內外采礦工程專業調研、詳細對比分析，凝練出了東北大學采礦工程專業特色;通過改革本科生課程體系和培養模式進一步明確了以培養學生工程實踐能力和創新能力為導向的培養目標，在此基礎上不斷完善體制機制，以期為社會培養更多優秀的采礦工程技術人才。