礦業(yè)類“專業(yè)導(dǎo)論”課程內(nèi)容與教學(xué)模式創(chuàng)新實踐

［摘 要］ 礦業(yè)類專業(yè)早期的艱苦、危險形象深入人心，導(dǎo)致礦業(yè)類學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，轉(zhuǎn)專業(yè)率、轉(zhuǎn)行率較高，而實際上新世紀以來，我國煤礦礦井面貌、工作環(huán)境、職業(yè)福利待遇有了極大改善。在詳細分析我國煤炭行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及智能化建設(shè)成就的基礎(chǔ)上，借助智能礦山模型、VR虛擬礦山、視頻連線生產(chǎn)現(xiàn)場、畢業(yè)校友回校報告等方式改革教學(xué)模式，讓采礦專業(yè)學(xué)生客觀、詳細地了解采礦專業(yè)的重要性及行業(yè)現(xiàn)狀，有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使采礦專業(yè)學(xué)生轉(zhuǎn)專業(yè)率、轉(zhuǎn)行率明顯下降。

［關(guān)鍵詞］ 采礦工程；專業(yè)導(dǎo)論；智能化礦井；教學(xué)模式

［基金項目］ 2022年度河南省專業(yè)學(xué)位研究生精品教學(xué)案例項目“現(xiàn)代采礦技術(shù)與智能裝備案例課程”（YJS2022AL029）；2021年度河南理工大學(xué)教育教學(xué)改革研究與實踐項目“智能采礦工程專業(yè)核心課程群建設(shè)與實踐”（2021JG100）

［作者簡介］ 袁瑞甫（1977—），男，河北保定人，博士，河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院教授，主要從事礦山壓力與控制研究；杜 鋒（1984—），男，安徽合肥人，博士，河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院講師，主要從事煤礦安全開采研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）19-0105-04 ［收稿日期］ 2023-04-17

引言

采礦工程是一門主要研究礦產(chǎn)資源開采理論與方法，開發(fā)采礦新技術(shù)的綜合性很強的學(xué)科，采礦專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生一般服務(wù)于礦產(chǎn)資源開采和利用。由于筆者所在學(xué)校采礦工程專業(yè)主要面向煤炭行業(yè)，本文以煤炭開采和煤炭行業(yè)為例研究礦業(yè)類“專業(yè)導(dǎo)論”課程的改革。

煤礦開采技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展需要眾多的煤炭專業(yè)人才，但是由于目前采礦工程專業(yè)課程缺少系統(tǒng)的“專業(yè)導(dǎo)論”教材，對煤炭從業(yè)人員的工作環(huán)境、生產(chǎn)安全及采礦工程的先進技術(shù)等介紹不夠到位，導(dǎo)致采礦專業(yè)學(xué)生對煤炭行業(yè)的認識還停留在技術(shù)落后、環(huán)境惡劣、條件艱苦的層面，從而對煤炭行業(yè)及學(xué)習(xí)的采礦工程專業(yè)形成認知偏差，導(dǎo)致部分學(xué)生不愿意學(xué)習(xí)和從事這方面的工作。其中還存在部分學(xué)生入學(xué)后便萌生了轉(zhuǎn)專業(yè)的想法，或者在畢業(yè)之后選擇轉(zhuǎn)行。這些原因都直接或間接地導(dǎo)致了采礦行業(yè)人才的缺失，也造成高等院校礦業(yè)類專業(yè)教師、教學(xué)資源的浪費，這對我國采礦行業(yè)的發(fā)展是極為不利的。為改變這一現(xiàn)狀，為采礦行業(yè)的發(fā)展培養(yǎng)更多、更好的高層次人才，亟須為新入學(xué)的采礦本科學(xué)生普及現(xiàn)代采礦知識，對現(xiàn)有礦業(yè)類“專業(yè)導(dǎo)論”教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式進行更新和改革。

一、教學(xué)內(nèi)容改革

系統(tǒng)規(guī)劃了采礦工程“專業(yè)導(dǎo)論”課程的內(nèi)容，且每年及時更新煤炭行業(yè)的最新動態(tài)和最新技術(shù)。內(nèi)容主要包括：采礦工程的現(xiàn)狀和歷史、采礦工程的基本知識、智能采礦工程專業(yè)培養(yǎng)方案及采礦工程就業(yè)與讀研。

（一）采礦工程的現(xiàn)狀和歷史

煤炭是世界上最豐富、最廣泛和最經(jīng)濟的一種能源。全球已探明的煤炭儲量為107 539億噸，包含81 300億噸的硬煤和26 229億噸的褐煤。我國煤炭資源豐富，截至2021年，我國煤炭總儲量為2 078.85億噸，分布廣泛，煤田面積約55萬平方公里，居世界產(chǎn)煤國家前列［1］。據(jù)中國煤炭工業(yè)協(xié)會調(diào)查統(tǒng)計，截至2021年6月，我國已建成千萬噸級煤礦72處，核定生產(chǎn)能力11.24億噸/年，截至2021年底，全行業(yè)建成一批智能化示范煤礦，建成800多個智能化采掘工作面，多種類型煤礦機器人在煤礦井下示范應(yīng)用，推動了煤礦質(zhì)量變革、效率變革、動力變革［2］。

中國煤礦開采技術(shù)發(fā)展歷史悠久，遠在2 000多年前的春秋時期，已能開鑿立井、斜井和平巷采取礦物；后經(jīng)漢魏、唐宋，開采技術(shù)內(nèi)容逐步充實，單井開采范圍有的超過100米。中國煤層賦存條件多樣，開采條件復(fù)雜，是世界上采煤方法最多的國家之一［3］。自20世紀50年代以來，經(jīng)過70多年的采煤方法改革，中國發(fā)展了以長壁采煤法為主的采煤體系，逐步走上科學(xué)、正規(guī)、高效的采煤道路。

我國煤礦綜采機械化經(jīng)過40多年的發(fā)展取得了歷史性的巨大成績，全國已基本實現(xiàn)煤礦機械化和綜采機械化，煤炭智能化開采技術(shù)實現(xiàn)了智能采掘，操作工可以遠程在智能化掘進集控室進行操作。2021年，全國原煤產(chǎn)量達41.3億噸，創(chuàng)歷史新高；同年底，全行業(yè)建成一批智能化示范煤礦，建成800個智能化采掘工作面，多種類型煤礦機器人在煤礦井下示范應(yīng)用。

（二）采礦工程的基本知識

此部分內(nèi)容是讓學(xué)生了解煤礦開采的基本知識，主要包括煤礦地質(zhì)、井田開拓、準備方式及采煤方法等內(nèi)容［4］，前三部分內(nèi)容基本沒變，在此不再贅述。

采煤方法是指采煤工藝與回采巷道布置及其在時間上、空間上的相互配合［5］，重點介紹了智能化開采技術(shù)。我國煤層賦存條件多樣，開采技術(shù)條件各異，促進了采煤方法的多樣化發(fā)展。我國使用的采煤方法很多，是世界上采煤方法種類最多的國家。智能化開采技術(shù)是指采用具有感知能力、記憶能力、學(xué)習(xí)能力、決策能力的液壓支架、采煤機、刮板輸送機等裝備，以自動化控制系統(tǒng)為核心，以可視化遠程監(jiān)控為手段，實現(xiàn)綜采工作面采煤全過程“無人跟機作業(yè)，有人安全巡視”的安全高效開采技術(shù)。這是信息化與工業(yè)化深度融合的基礎(chǔ)上煤炭開采技術(shù)的深刻變革，構(gòu)建了煤礦創(chuàng)新發(fā)展、安全發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展的全新技術(shù)體系。

采煤工作面是井工煤礦生產(chǎn)的核心，是煤礦智能化建設(shè)的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)。綜采工作面以“三機”設(shè)備為核心，包括轉(zhuǎn)載、破碎、泵站、供電等一系列配套裝備，各裝備需要協(xié)同工作完成采煤任務(wù)，并面臨著生產(chǎn)環(huán)境移動、多變的復(fù)雜條件。自動化的綜采工作面需要為主要設(shè)備加裝各類傳感器、電控及數(shù)控系統(tǒng)，升級為智能化單機系統(tǒng)，然后將整個工作面設(shè)備聯(lián)網(wǎng)組成綜合管控平臺，利用操控軟件實現(xiàn)設(shè)備的協(xié)同控制。進一步來說，自動化綜采工作面升級為更高級的智能化工作面，需要將人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、智能感知等與自動化采煤設(shè)備深度融合。

（三）智能采礦工程專業(yè)的培養(yǎng)方案

此部分內(nèi)容重點介紹河南理工大學(xué)智能采礦工程專業(yè)的歷史和現(xiàn)狀、專業(yè)特點、培養(yǎng)目標、核心課程、學(xué)分學(xué)時及大學(xué)四年每學(xué)期的具體教學(xué)安排（即讓學(xué)生詳細了解這四年的課程“菜單”）。具體包括以下幾方面。

1.專業(yè)介紹。河南理工大學(xué)智能采礦工程專業(yè)于2021年獲教育部批準建設(shè)。該專業(yè)依托于學(xué)校傳統(tǒng)優(yōu)勢專業(yè)采礦工程，前身可追溯到1909年的焦作路礦學(xué)堂礦冶組，具有百年建設(shè)歷程，是學(xué)校的傳統(tǒng)優(yōu)勢專業(yè)，具有豐富的辦學(xué)經(jīng)驗和文化積淀。采礦工程專業(yè)為國家級一流本科專業(yè)、國家級特色專業(yè)、國家級卓越工程師培養(yǎng)計劃試點專業(yè)、國家級專業(yè)綜合改革試點專業(yè)，具有學(xué)士、碩士、博士學(xué)位授予權(quán)，設(shè)有礦業(yè)工程博士后科研流動站，三次通過中國工程教育專業(yè)認證（學(xué)歷證書國際互認）［6］。

2.培養(yǎng)目標。智能采礦工程專業(yè)按照“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強能力、高素質(zhì)”的人才培養(yǎng)思路，培養(yǎng)具有社會責(zé)任感、健全人格、扎實基礎(chǔ)、寬闊視野、創(chuàng)新精神和實踐能力的德智體美勞全面發(fā)展的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才。要求畢業(yè)生掌握煤和非煤固體礦床開發(fā)建設(shè)的基本理論與方法、智能開采的基本原理和技術(shù)，具備智能采礦工程師的基本能力，能在礦產(chǎn)資源開發(fā)和智能開采領(lǐng)域從事工程設(shè)計與施工、生產(chǎn)運行與管理、技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新等方面的工作。

3.核心課程。智能采礦工程專業(yè)的核心課程為“采礦學(xué)”“智能開采技術(shù)”“巖體力學(xué)與工程”“礦山壓力智能感知與巖層控制”“井巷工程與智能掘進”“礦井智能通風(fēng)與安全”“采礦系統(tǒng)工程”“礦山機械裝備及其智能化”“礦井通信與物聯(lián)網(wǎng)”。

（四）采礦專業(yè)的就業(yè)與讀研

采礦業(yè)本身是工業(yè)的龍頭行業(yè)，承擔(dān)著為工業(yè)企業(yè)提供能源及動力的重任，在國民經(jīng)濟發(fā)展中有重要的地位。《煤炭工業(yè)“十四五”高質(zhì)量發(fā)展指導(dǎo)意見》指出，“十四五”時期，煤炭在我國能源體系中的主體地位和壓艙石作用不會改變。

采礦工程專業(yè)畢業(yè)生可以在礦產(chǎn)資源調(diào)查，礦山開采，工程勘察、設(shè)計、施工、管理，地學(xué)信息處理等領(lǐng)域從事生產(chǎn)技術(shù)、科學(xué)研究、教學(xué)和管理等工作；另外，涉及各種礦產(chǎn)的工廠、進出口公司、國家相關(guān)部門均有就業(yè)機會。依據(jù)我校能源學(xué)院2020—2022年間554份本科畢業(yè)生樣本進行采礦工程專業(yè)就業(yè)形勢分析，就業(yè)行業(yè)主要分布在石油／化工／礦產(chǎn)／地質(zhì)、專業(yè)服務(wù)、建筑／建材／工程。就業(yè)地區(qū)主要分布在河南、山東、山西、陜西等地區(qū)。

對于采礦工程專業(yè)的本科生而言，在考研時，首先必須了解該專業(yè)的特性。一般來說，采礦工程專業(yè)研究生招生的人數(shù)不是很多，進行碩士生招生的科研院所也不是很多。全國招生采礦工程專業(yè)碩士研究生的高校及科研院所只有36所，其中，一部分高校及科研院所是以一級學(xué)科礦業(yè)工程招生的［7］。

采礦工程專業(yè)的畢業(yè)生在以后的工作中可以考取結(jié)構(gòu)工程師、土木工程師（巖土）、土木工程師（道路工程）、建造師、監(jiān)理工程師、造價工程師、咨詢工程師、安全工程師、消防工程師、爆破工程技術(shù)人員等資格證書。

二、教學(xué)模式創(chuàng)新

課堂教學(xué)是高校教學(xué)的基本組織形式，在影響課堂教學(xué)質(zhì)量的諸多因素中，教學(xué)模式是最主要的因素之一［8］。采礦工程專業(yè)的課程涉及技術(shù)性和理論性內(nèi)容，針對學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和興趣，“專業(yè)導(dǎo)論”課程在開展過程中引入了一些新的教學(xué)模式，包括融合式教學(xué)、開放式教學(xué)等，理論與實踐相結(jié)合的方式，讓學(xué)生能夠自主學(xué)習(xí)并參與到創(chuàng)新實踐中。

在課程開展過程中，開展了一系列實踐及參觀活動，帶領(lǐng)學(xué)生參觀了智能采礦、現(xiàn)代礦山模型，這對采礦專業(yè)的學(xué)生來說具有巨大的幫助，有助于學(xué)生了解有關(guān)采礦行業(yè)和現(xiàn)代技術(shù)的最新信息，豐富了他們關(guān)于采礦的理論知識和實踐知識。此外，還可以展示有關(guān)安全生產(chǎn)、機械設(shè)備使用、自動化控制技術(shù)、跟蹤管理系統(tǒng)等最新技術(shù)的細節(jié)，讓學(xué)生能夠更全面地掌握采礦技術(shù)并到實地進行實踐性研究。

得益于目前通信技術(shù)的飛速發(fā)展，在礦井下使用手機已不再是奢望。在礦井之下，煤礦工人如需與地面聯(lián)絡(luò)，可使用專用的礦用防爆手機，與在地面一樣接打電話、視頻對話。在課堂教學(xué)過程中，帶領(lǐng)學(xué)生與在礦井下工作的學(xué)長進行視頻通話，使其為學(xué)生現(xiàn)場講解礦井下真實的工作環(huán)境和工作過程，讓學(xué)生了解更加深入。

除此之外，基于采礦技術(shù)現(xiàn)狀，課程對未來的采礦場景進行了大膽地預(yù)測。未來人們將會把采礦行業(yè)延伸至太空之中，月球、火星及數(shù)之不盡的小行星上蘊含著大量的資源，足以解決人類數(shù)百萬年的需求。太空采礦目前還處于探索和發(fā)展初期，許多公司和政府機構(gòu)正在投資并推動相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。一些科學(xué)家和工程師認為太空采礦是未來可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵領(lǐng)域之一，有望解決地球資源枯竭的問題，但是這還需要更多的技術(shù)突破和實踐經(jīng)驗。目前已有許多國家的學(xué)者對太空采礦進行研究，希望在不遠的將來，在科幻電影中見到的太空礦場會變?yōu)楝F(xiàn)實。

三、教學(xué)效果

在互聯(lián)網(wǎng)背景下的教學(xué)模式創(chuàng)新中，通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，教師能夠組織更多、更適合學(xué)生學(xué)習(xí)的資源進課堂，可以制造各種更新的教學(xué)情景，采取更多的教學(xué)流程實施教學(xué)，讓整個教學(xué)更能達到目標。

總之，采用新的教學(xué)模式取得了良好的效果：（1）有效地提高了學(xué)習(xí)效率，提升了學(xué)生的參與度。學(xué)生可以在更短的時間內(nèi)完成更多的學(xué)習(xí)任務(wù)，加深對知識的理解和吸收，取得更好的成績。（2）提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。鼓勵學(xué)生以創(chuàng)新的方式思考問題、解決問題，讓學(xué)生的思維更加開闊，學(xué)會利用現(xiàn)有資源，更好地發(fā)揮自己的潛力。（3）讓學(xué)生對采礦工程專業(yè)和煤炭行業(yè)有了更加全面、深入和客觀地認識，打消了因不了解本專業(yè)而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)專業(yè)、轉(zhuǎn)行的想法，使更多對采礦專業(yè)有興趣的學(xué)生能夠投身采礦行業(yè)中。

結(jié)語

針對我國煤炭行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和人才需求現(xiàn)狀、礦業(yè)類專業(yè)學(xué)生專業(yè)思想及就業(yè)問題，以煤炭類的采礦工程專業(yè)為例，進行了礦業(yè)類“專業(yè)導(dǎo)論”課程的內(nèi)容更新和教學(xué)模式改革。（1）詳細分析了我國煤炭行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及智能化建設(shè)成就。將采礦工程“專業(yè)導(dǎo)論”課程內(nèi)容更新為采礦工程的現(xiàn)狀和歷史、采礦工程的基本知識、智能采礦工程專業(yè)培養(yǎng)方案及采礦工程就業(yè)與讀研等四部分。（2）借助了新開發(fā)的智能采礦、現(xiàn)代礦山模型、VR虛擬礦山等平臺，讓學(xué)生更直觀地了解了現(xiàn)代化礦井的真實狀況。利用先進的網(wǎng)絡(luò)和通信工具，與井下生產(chǎn)現(xiàn)場職工視頻連線，更真實地了解煤礦井下實際生產(chǎn)狀態(tài)及工作環(huán)境。邀請在現(xiàn)代化礦井工作的校友回校做報告，讓學(xué)生更詳細地了解煤礦職業(yè)的工作、生活情況。（3）經(jīng)過課程改革，有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，提升了學(xué)生的參與度，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，采礦專業(yè)學(xué)生轉(zhuǎn)專業(yè)率、轉(zhuǎn)行率明顯下降，學(xué)生對專業(yè)課程的學(xué)習(xí)積極性明顯提升，更多的采礦專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后選擇投身采礦行業(yè)中。

參考文獻

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Innovative Practice of Course Content and Teaching Mode of Introduction to Speciality in Mining

YUAN Rui-fua，b， DU Fenga，b

（a. School of Energy Science and Engineering， b. Collaborative Innovation Center of Coal Work Safety and Clean High Efficiency Utilization， Henan Polytechnic University， Jiaozuo， Henan 454000， China）

Abstract： The traditional hard， dangerous and backward image of mining majors is deeply rooted in the hearts of the people， which leads to the low learning enthusiasm of mining students， and the high rate of changing majors and changing careers. In fact， since the new century， the face， working environment and occupational welfare of coal mines in China have been greatly improved. Based on the detailed analysis of the development status of China’s coal industry and the achievements of intelligent construction， the teaching mode is reformed by means of intelligent mine model， VR virtual mine， video connection production site， graduate alumni back to school report， etc.， so that mining students can objectively and in detail understand the importance of mining specialty and the current situation of the industry， effectively improve their learning efficiency， their interest in learning， and their turnover rate has decreased significantly.

Key words： mining engineering; introduction to speciality; intelligent mine; teaching mode