采礦工程一流專業(yè)建設(shè)背景下非煤礦床開采課案例-模型教學(xué)改革與實(shí)踐

馬振乾 周浪 左少杰

摘? 要：通過對(duì)貴州省非煤礦床開采課程教學(xué)現(xiàn)狀的分析，總結(jié)出該課程在教學(xué)過程中存在以下幾點(diǎn)問題。課程內(nèi)容缺乏趣味性和吸引性，教學(xué)方法手段傳統(tǒng)，學(xué)生主動(dòng)性不夠；理論與實(shí)踐脫節(jié)，實(shí)踐教學(xué)不足；考核形式單一，學(xué)習(xí)效果有限?；诖耍诤辖虒W(xué)相長(zhǎng)、學(xué)生為本的思想，以學(xué)生能理解、吸收、消化所學(xué)知識(shí)并能靈活應(yīng)用知識(shí)為出發(fā)點(diǎn)，該文提出案例-模型教學(xué)方法改革思路：案例驅(qū)動(dòng)式教學(xué)改革；任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)改革；實(shí)體模型-虛擬仿真相結(jié)合的教學(xué)改革；考核方式改革。將成果推廣到教學(xué)實(shí)踐中，取得顯著的教學(xué)成效，為貴州省非煤礦床開采課程教學(xué)改革提供新的思路。

關(guān)鍵詞：非煤礦床開采；案例-模型；教學(xué)改革；應(yīng)用型人才；實(shí)踐能力

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2023）19-0023-04

Abstract： Based on the analysis of the teaching status of the course "Non-coal Mining" in Guizhou Province， the following problems are summarized in the teaching process of the course： the course content is not interesting and attractive， the teaching methods and means are traditional， and the students' initiative is not enough. Theory is disjointed from practice and practice teaching is insufficient. Examination form is single， learning effect is limited. Based on this， combining teaching and learning， student-centered ideas， starting from students' ability to understand， absorb， digest and flexibly apply the knowledge， the reform ideas of case-model teaching method are put forward： case-driven teaching reform; task-driven teaching reform; teaching reform combining entity model and virtual simulation; reform of assessment methods. The results are extended to teaching practice， and remarkable teaching results are achieved， which provides new ideas for the teaching reform of "Non-coal mining" course in Guizhou Province.

Keywords： non-coal mining; case-model; teaching reform; applied talents; practical ability

煤炭是我國(guó)能源生產(chǎn)消費(fèi)結(jié)構(gòu)的主體，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐。長(zhǎng)期以來，煤炭行業(yè)作為我國(guó)集采礦業(yè)、能源業(yè)、基礎(chǔ)原材料業(yè)特征于一體的行業(yè)，為運(yùn)輸行業(yè)、發(fā)電行業(yè)等提供了強(qiáng)大的能源保障，同時(shí)也促進(jìn)了高校采礦專業(yè)的發(fā)展。近年來，隨著國(guó)家推進(jìn)多元化的能源結(jié)構(gòu)，各行業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也在發(fā)生翻天覆地的變化。以高校為例，采礦學(xué)科被肢解為煤礦和非煤礦開采。在煤炭剛新興的階段，煤礦開采類的采礦工程專業(yè)得到快速發(fā)展，而非煤礦開采類的采礦工程專業(yè)受到抑制。隨著國(guó)家推進(jìn)多元化的能源結(jié)構(gòu)，煤炭行業(yè)內(nèi)的采礦工程專業(yè)局限性逐漸顯現(xiàn)，不能適應(yīng)新工科一流專業(yè)建設(shè)背景下采礦工程的教學(xué)要求，也不適應(yīng)當(dāng)今科學(xué)技術(shù)高度綜合的發(fā)展趨勢(shì)及采礦學(xué)科自身發(fā)展，對(duì)采礦工程專業(yè)中非煤礦床開采課程教學(xué)進(jìn)行改革探索與實(shí)踐迫在眉睫。

目前對(duì)非煤礦床開采課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐尚處于初步階段。張東升等[1]率先在煤炭系統(tǒng)采礦工程專業(yè)開設(shè)非煤礦床地下開采課程，并對(duì)授課方法、教學(xué)手段進(jìn)行改革，拓展了學(xué)生的眼界，取得較佳的教學(xué)效果；王旭峰等[2]介紹了非煤礦山地下開采新技術(shù)課程的定位與目標(biāo)，初步構(gòu)建了礦井開拓新理念、采礦新方法、采掘新設(shè)備為主要的內(nèi)容體系；成云海[3]分析了非煤礦床地下開采課程中出現(xiàn)的問題，提出了以實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)為主，理論教學(xué)為輔的教學(xué)方法；馬振乾等[4]以貴州大學(xué)非煤礦床開采課程為例，按照畢業(yè)要求制定了課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。總結(jié)前人教學(xué)改革成果，非煤礦床開采課程教學(xué)改革探索還需進(jìn)一步發(fā)展，建立一套完整的教學(xué)體系。

本文以貴州省為例，分析非煤礦床開采課程教學(xué)現(xiàn)狀存在的問題，融合教學(xué)相長(zhǎng)、學(xué)生為本的思想，以學(xué)生能理解、吸收、消化所學(xué)知識(shí)并能靈活應(yīng)用知識(shí)為出發(fā)點(diǎn)，提出了非煤礦床開采案例-模型教學(xué)方法改革思路。將成果應(yīng)用到課程實(shí)踐中，提高了學(xué)生的積極性和實(shí)踐動(dòng)手能力，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)空間概念及復(fù)雜工程問題的理解，取得顯著的教學(xué)成效。

一? 非煤礦床開采課教學(xué)現(xiàn)狀及存在問題

采礦工程專業(yè)開設(shè)非煤礦床開采課程，目的是讓學(xué)生了解和掌握非煤礦床地下開采理論和技術(shù)，為解決煤礦開采相關(guān)問題奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也可以拓寬學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)和就業(yè)渠道。貴州省礦產(chǎn)資源豐富，除煤炭外，探明儲(chǔ)量居全國(guó)前5位的有27種，其中磷、鋁、黃金、汞、錳和重晶石等礦產(chǎn)資源優(yōu)勢(shì)明顯，為開展非煤礦床開采課程奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為學(xué)生提供了廣闊的就業(yè)市場(chǎng)。

（一）? 非煤礦床開采課程在貴州省的教學(xué)現(xiàn)狀

1? 采礦領(lǐng)域創(chuàng)新能力先天不足

貴州省地處我國(guó)西南地區(qū)，屬經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2007—2016年以來，以貴州省211高校貴州大學(xué)為第一單位在《煤炭學(xué)報(bào)》發(fā)表的論文量?jī)H11篇，其中機(jī)械類、煤化工類、地質(zhì)類論文占一半以上，與采礦工程密切相關(guān)的論文相對(duì)較少，這從側(cè)面反映了貴州地區(qū)在采礦工程領(lǐng)域的創(chuàng)新能力不足。在師資隊(duì)伍中，碩士及以下學(xué)歷人員占一定比例，也造成貴州地區(qū)采礦領(lǐng)域創(chuàng)新性研究先天不足。因此，目前貴州省在采礦工程專業(yè)人才培養(yǎng)過程中，主要以東部經(jīng)驗(yàn)為主，而缺乏原創(chuàng)性研究，區(qū)域特色并不凸顯。

2? 教材內(nèi)容與貴州省情匹配度不高

目前非煤礦床開采所用教材為2010年東北大學(xué)王青教授主編的《采礦學(xué)》第二版，教材中涉及大量的理論知識(shí)，而缺少相應(yīng)的案例，僅有的部分案例以湖南、甘肅等地的礦山地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，而缺少富有貴州特色的典型案例，造成這門課在貴州省教學(xué)時(shí)偏重于理論教學(xué)，學(xué)生對(duì)課程的興趣偏低。

3? 教材內(nèi)容與培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)不符合

貴州大學(xué)生源以省內(nèi)生源為主，由于貴州省教育水平落后，省內(nèi)生源的文化課基礎(chǔ)弱于東部地區(qū)的生源，英語四六級(jí)通過率及考研率整體要低于東部同類院校。與東部著力于培養(yǎng)研究型、管理型、創(chuàng)新型和國(guó)際型人才相比，經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)的高校主要為本省培養(yǎng)應(yīng)用型人才，服務(wù)于區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。貴州省高校的采礦類人才主要服務(wù)于本省礦山企事業(yè)單位，就要求在教學(xué)過程中結(jié)合本省省情展開教學(xué)內(nèi)容，因教材的編寫需要時(shí)間和積累，教學(xué)實(shí)踐又不能因缺乏針對(duì)性強(qiáng)的教材而停止，故而當(dāng)前教學(xué)環(huán)節(jié)中應(yīng)結(jié)合貴州省情選取典型案例，結(jié)合教學(xué)模型將教材知識(shí)與省情案例相結(jié)合，通過案例驅(qū)動(dòng)式教學(xué)來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

（二）? 非煤礦床開采課程在教學(xué)工程中存在的問題

1? 課程內(nèi)容缺乏趣味性和吸引性，教學(xué)方法手段傳統(tǒng)，學(xué)生主動(dòng)性不夠

非煤礦床開采課程涵蓋的內(nèi)容非常廣，但當(dāng)前的傳統(tǒng)教學(xué)模式以理論講授為主，多采用PPT+黑板的模式講授，對(duì)于采礦方法空間巷道布置等三維抽象內(nèi)容，學(xué)生反映較難理解，如教材第五章中的分段礦房法巷道布置圖，僅靠平面布置圖很難講解空間位置關(guān)系，而該課程涉及十幾種采礦方法，課程內(nèi)容缺乏趣味性和吸引性。如何提高學(xué)生對(duì)該課程的興趣，激發(fā)其學(xué)習(xí)積極性，也是本門課程在教學(xué)過程中遇到的問題。

2? 理論與實(shí)踐脫節(jié)，實(shí)踐教學(xué)不足

非煤礦床開采實(shí)踐性較強(qiáng)，在目前教與學(xué)的過程中，大多僅僅停留在課本知識(shí)上。近幾年的畢業(yè)生反映到礦山工作時(shí)，涉及礦山安全、生產(chǎn)等問題，學(xué)校所學(xué)的與現(xiàn)場(chǎng)相差較遠(yuǎn)，這是由礦山條件的復(fù)雜性所決定的，但也與課程教學(xué)過程中的理論教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)脫節(jié)有一定的相關(guān)性。

3? 考核形式單一，學(xué)習(xí)效果有限

目前非煤礦床開采課程采用閉卷考試，總成績(jī)80%為期末試卷卷面成績(jī)，20%為平時(shí)考勤成績(jī)，且考試試卷多為名詞解釋、問答等常規(guī)題型。當(dāng)前的考核形式下考題單一、知識(shí)點(diǎn)相對(duì)松散，只是考察了學(xué)生短時(shí)備考能力，不能有效考查學(xué)生對(duì)非煤礦山綜合知識(shí)的掌握和運(yùn)用，是一門輕松易過的課程。

二? 非煤礦床開采課教學(xué)方法改革探索

（一）? 非煤礦床開采案例驅(qū)動(dòng)式教學(xué)改革

結(jié)合科研項(xiàng)目、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研等方式收集貴州省優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)資源開采案例，并根據(jù)現(xiàn)有教材的內(nèi)容體系，將最新內(nèi)容與現(xiàn)有教材進(jìn)行有機(jī)匹配，為課堂開展教學(xué)實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。案例的選取需遵循本土化、多樣化、典型性和鮮活性的原則，盡可能選取與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的貴州省內(nèi)案例。

在申請(qǐng)教改項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步借助科研項(xiàng)目、實(shí)習(xí)、查閱文獻(xiàn)資料等途徑收集了開磷磷礦、錦豐金礦、萬山汞礦和松桃錳礦等典型礦井資料，結(jié)合非煤礦床開采里的三大類采礦方法制作相應(yīng)的課件，使難以理解的抽象的采礦方法具體化，由于貼近實(shí)際、貼近生活，這樣也可以激發(fā)起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。如可以利用錦豐金礦的案例講解分層充填采礦法，學(xué)生更容易理解和接受；利用馬路坪礦的案例講解空?qǐng)鏊煤蟪涮?，結(jié)合學(xué)生的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)的親身經(jīng)歷，增強(qiáng)學(xué)生的求知欲，激發(fā)其學(xué)習(xí)的積極性。

（二）? 非煤礦床開采任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)改革

根據(jù)以往的教學(xué)中存在的課程難度低、學(xué)生參與度低等問題，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，將當(dāng)前礦山行業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)問題為引例，在備課時(shí)提前準(zhǔn)備一些行業(yè)前沿經(jīng)典問題，開設(shè)對(duì)應(yīng)的專題探討，將專題探討和授課內(nèi)容緊密結(jié)合，以礦山實(shí)踐問題為著眼點(diǎn)，學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)、制作專題匯報(bào)進(jìn)行課堂匯報(bào)。

布置專題匯報(bào)任務(wù)，根據(jù)學(xué)生人數(shù)一般分6～8組，每組2～3人。布置專題匯報(bào)內(nèi)容——貴州省優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)資源，介紹磷、鋁、金、汞、重晶石和錳等礦種，由學(xué)生任選，分組情況如圖1所示。匯報(bào)分兩次，第一次簡(jiǎn)單介紹小組選定礦種的概況、資源分布、用途及其在貴州省的儲(chǔ)量等情況，PPT展示控制在5～6分鐘；第二次匯報(bào)介紹該類礦產(chǎn)的開采方法，在課程進(jìn)展到相應(yīng)章節(jié)后根據(jù)小組情況自行決定講解順序，要求針對(duì)某一個(gè)典型礦井的案例詳細(xì)介紹，內(nèi)容不要大而全，案例要求“小而精”，PPT展示控制在6～8分鐘。專題匯報(bào)100分，以20%計(jì)入總成績(jī)。

這種方式改變傳統(tǒng)的“滿堂灌”后突擊性備考的模式，有效激發(fā)了學(xué)生的能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

（三）? 實(shí)體模型-網(wǎng)格視頻相結(jié)合的教學(xué)改革探索

非煤礦床開采課程具有一定的空間想象能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S能力，對(duì)重要概念的理解和應(yīng)用一直是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。采用網(wǎng)絡(luò)視頻（圖2）、實(shí)體模型相結(jié)合，對(duì)于難以理解的空間概念及復(fù)雜工程問題，采用多媒體等多種方式穿插教學(xué)，使得課堂內(nèi)容更加形象、直觀。同時(shí)，在課堂講授后可到實(shí)驗(yàn)室參觀，將抽象理論與實(shí)驗(yàn)室立體空間模型相結(jié)合，有效促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的消化和理解。

借助采礦工程一流專業(yè)資助，2018年11月購(gòu)置了包括全面采礦法、房柱采礦法在內(nèi)的15個(gè)教學(xué)模型。借助實(shí)體模型和網(wǎng)絡(luò)視頻使得難以理解的空間概念及復(fù)雜工程問題更加形象、直觀，有助于培養(yǎng)工程技術(shù)與管理人才。需要說明的是，對(duì)于極難講解的5～6種采礦方法的網(wǎng)絡(luò)視頻可以借助采礦工程一流專業(yè)資助購(gòu)買，其他的由教師自行制作或鼓勵(lì)學(xué)生在創(chuàng)新實(shí)踐這門課程中制作，如圖3所示。

（四）? 微型礦井-真實(shí)礦井相結(jié)合的教學(xué)改革

傳統(tǒng)教學(xué)工作的教學(xué)手段相對(duì)單一，學(xué)生很難想象真實(shí)的作業(yè)環(huán)境與場(chǎng)景，因此學(xué)習(xí)效率相對(duì)較低。借助“河北省礦山智能化開采技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”設(shè)備可以使教學(xué)“現(xiàn)場(chǎng)化”，使理論知識(shí)與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用進(jìn)一步融合，使學(xué)生實(shí)時(shí)了解當(dāng)今煤炭行業(yè)智能化先進(jìn)技術(shù)、一線知識(shí)和發(fā)展水平，同時(shí)也可以使學(xué)生明白礦山開采人才在行業(yè)發(fā)展中的作用，明確責(zé)任擔(dān)當(dāng)與發(fā)展方向，為將來快速成為礦山開采的高級(jí)技術(shù)人員奠定重要基礎(chǔ)。

依托華北科技學(xué)院“河北省礦山智能化開采技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”微型礦井與真實(shí)礦井相結(jié)合的教學(xué)改革探索，微型礦井采用“模擬巷道+真實(shí)設(shè)備”的方式，系統(tǒng)展現(xiàn)礦床開采工作面相關(guān)關(guān)鍵設(shè)備，重點(diǎn)針對(duì)工作面采用“實(shí)際行走+網(wǎng)絡(luò)漫游”方式進(jìn)行礦床巷道布置和智能開采生產(chǎn)展示，形成了基于“微型礦井-真實(shí)礦井”相結(jié)合的教學(xué)改革平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了“理論教學(xué)+實(shí)際操作+真實(shí)礦井”的現(xiàn)代化采礦人才教學(xué)模式變革。

（五）? 考核方式改革探索

1? 考核評(píng)價(jià)體系

課程考核改變傳統(tǒng)的單一閉卷式考試，對(duì)多項(xiàng)環(huán)節(jié)分別賦權(quán)，給出綜合評(píng)價(jià)結(jié)果?？己瞬捎谩翱偝煽?jī)=平時(shí)成績(jī)×30%+專題匯報(bào)×20%+期末試卷×50%”的方式考查學(xué)生對(duì)課程的掌握能力。

1）平時(shí)成績(jī)：根據(jù)學(xué)生出勤、課堂問題回答的積極性等方面評(píng)定，以50%計(jì)入平時(shí)成績(jī)；每一章講完，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)綜合性作業(yè)，學(xué)生在1周內(nèi)完成，以50%計(jì)入平時(shí)成績(jī)。

2）專題匯報(bào)：根據(jù)課堂專題及小組分配情況，進(jìn)行小組專題匯報(bào)，以20%計(jì)入總成績(jī)。

3）期末考試：最后，為了考查學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，還需要進(jìn)行正常的期末考試，以50%計(jì)入總成績(jī)。

此外，為鼓勵(lì)學(xué)生參加模型制作及網(wǎng)絡(luò)視頻制作，凡是以非煤礦床為基礎(chǔ)制作模型及視頻成績(jī)達(dá)到優(yōu)秀的，個(gè)人總成績(jī)上加2分。

2? 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1）平時(shí)成績(jī)：100分，曠課扣10分，遲到扣5分，以50%計(jì)入平時(shí)成績(jī)。課程作業(yè)：5次作業(yè)，學(xué)生在布置后1周內(nèi)完成，成績(jī)分A、B兩檔，5次作業(yè)全為A則為滿分100分，成績(jī)?yōu)锽扣10分。一次不交作業(yè)扣20分。作業(yè)成績(jī)以50%計(jì)入平時(shí)成績(jī)。

2）專題匯報(bào)：兩次專題匯報(bào)各100分，取平均值以20%計(jì)入總成績(jī)。

3）期末考試：最后，為了考查學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，還需要進(jìn)行正常的期末考試，以50%計(jì)入總成績(jī)。

三? 結(jié)束語

針對(duì)貴州省非煤礦床開采課程教學(xué)內(nèi)容與培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)不符，理論與實(shí)踐脫節(jié)，實(shí)踐教學(xué)不足，考核形式單一，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高等眾多影響人才培養(yǎng)質(zhì)量提高的問題，提出了案例-模型教學(xué)方法改革思路：案例驅(qū)動(dòng)式教學(xué)改革；任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)改革；實(shí)體模型-虛擬仿真相結(jié)合的教學(xué)改革；考核方式改革。將成果推廣到教學(xué)實(shí)踐中，豐富了課堂內(nèi)容，解決了傳統(tǒng)教學(xué)難以深入理解的空間概念及復(fù)雜工程問題，授課資料不直觀、不豐富、片面的問題，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及投身科研的決心，拓展了學(xué)生思維開闊了學(xué)生的眼界，提升了學(xué)生將理論與實(shí)際相結(jié)合的能力，取得顯著的教學(xué)成效， 為貴州省非煤礦床開采課程教學(xué)改革提供新的思路。

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第一作者簡(jiǎn)介：馬振乾（1987-），男，漢族，河南商丘人，博士，教授。研究方向?yàn)榈V山壓力與巖層控制、巖石力學(xué)等。