面向創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的礦山壓力與巖層控制課程改革與實踐

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新實踐能力；人才培養(yǎng)；礦業(yè)壓力與巖層控制；課程改革；三位一體協(xié)同教學(xué)模式

中圖分類號：G640" " " 文獻標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2025）18-0066-04

Abstract： With the rapid development of coal science and technology， the coal industry has put forward higher requirements for the innovative and practical ability of mining engineering professionals. The course of Ground Pressure and Strata Control is a professional core course that closely combines theory and practice. It is imperative to carry out targeted course reform. Based on this， the course teaching team of Ground Pressure and Strata Control in Shandong University of Science and Technology updates the course content， adds \"key strata theory of strata control\" and ground pressure theory of developed countries in mining industry， and introduces strata control technology such as intelligent prevention and control technology of rock burst; it also innovates the teaching mode， puts forward the three-in-one collaborative teaching mode of \"target problem-oriented teaching + inquiry teaching + online and offline mixed teaching\"， enriches teaching resources， builds and constantly improves the ideological and political material library， teaching model library and teaching case library; it also carries out innovative practice， arranges project-based homework and guides active participation in innovative practice activities such as competitions， so as to meet the needs of industry development for talents with innovative practical ability， and also provide reference for the course reform of Ground Pressure and Strata Control in similar universities.

Keywords： innovation and practice ability; personnel cultivation; Ground Pressure and Strata Control; course reform; three-in-one collaborative teaching mode

建設(shè)國家人才力量，培養(yǎng)創(chuàng)新實踐能力，是全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐。2017年，教育部積極推進新工科建設(shè)，先后形成“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”[1]。2021年12月，習(xí)近平總書記在《求是》雜志上發(fā)表《深入實施新時代人才強國戰(zhàn)略 加快建設(shè)世界重要人才中心和創(chuàng)新高地》重要文章[2]。2022年10月，黨的二十大報告對教育、科技、人才進行了“三位一體”的系統(tǒng)部署，并明確指出“全面提高自主人才培養(yǎng)質(zhì)量，著力造就拔尖創(chuàng)新人才”[3-4]。近年來，隨著“深地戰(zhàn)略”“雙碳目標(biāo)”“‘十四五’礦山安全生產(chǎn)規(guī)劃”和“沖擊地壓源頭防治”等國家戰(zhàn)略或政策的提出，智能化技術(shù)、“雙碳”科技、礦山重大災(zāi)害超前精準(zhǔn)防治技術(shù)快速發(fā)展[5-7]，這對應(yīng)用研究型高等院校提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，需要高校培養(yǎng)出具有礦業(yè)創(chuàng)新精神、工程實踐能力，能夠滿足社會和行業(yè)發(fā)展需要的高等人才。

礦山壓力與巖層控制是采礦工程專業(yè)的主干課程之一，被譽為“采礦方法創(chuàng)新發(fā)展的靈魂”。山東科技大學(xué)采礦工程專業(yè)的核心必修課程礦山壓力與巖層控制、具有非常悠久的歷史和特殊地位，是以宋振騏院士提出的“實用礦壓理論”體系為主線，工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和新工科建設(shè)為牽引，行業(yè)人才需求為導(dǎo)向的專業(yè)核心課程。自1978年宋振騏院士等編寫講義《礦壓壓力及控制》，開設(shè)了本課程，之后經(jīng)過了起步（1978—1987年）、發(fā)展（1988—2003年）、改進（2004—2007年）、優(yōu)化（2008—2017年）和提高（2018年至今）五個階段，形成了融“課程內(nèi)容、思政育人、行業(yè)需求”于一體的教學(xué)特色，如圖1所示。

新時代背景下具有創(chuàng)新實踐能力的人才是國家現(xiàn)代化建設(shè)的基礎(chǔ)性支撐，針對礦山壓力與巖層控制課程特點、存在問題，探索面向創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的課程教學(xué)方法勢在必行。

一" 課程特點

（一）" 課程內(nèi)容量大，覆巖運動理論與巖層控制實踐關(guān)系復(fù)雜

礦山壓力與巖層控制課程內(nèi)容分為覆巖運動基本規(guī)律、采煤工作面頂板控制、回采巷道頂板控制和礦壓災(zāi)害及其防治等四大模塊，覆巖運動基本規(guī)律模塊主要講解礦山壓力與上覆巖層運動關(guān)系、覆巖運動時空演化規(guī)律等，采煤工作面頂板控制模塊主要講述采煤工作面支架-圍巖關(guān)系及合理支護強度確定方法，回采巷道頂板控制模塊主要講解回采巷道開掘及支護設(shè)計方法，礦壓災(zāi)害及防治模塊主要講述沖擊地壓、頂板事故等災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警及防治方法，如圖2所示。課程內(nèi)容量大，覆巖運動基本規(guī)律模塊為傳遞巖梁等礦山壓力理論，其他三個模塊為采場、巷道和礦壓災(zāi)害防治等巖層控制技術(shù)，由于覆巖運動理論抽象難懂和巖層控制技術(shù)應(yīng)用條件多變，使得覆巖運動理論與巖層控制實踐之間的關(guān)系復(fù)雜。

（二）" 課程知識邏輯性強，與專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科內(nèi)容關(guān)系密切

礦山壓力與巖層控制課程是采礦工程專業(yè)的核心課程之一，是以巖體力學(xué)為基礎(chǔ)，密切結(jié)合井巷工程、采煤學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)課程，與工程力學(xué)、安全工程等工程學(xué)科相互交叉、相互滲透，是我國礦山壓力與巖層控制領(lǐng)域研究成果和現(xiàn)場實踐經(jīng)驗的集中體現(xiàn)[8-9]。課程涉及巖體力學(xué)性質(zhì)、巷道布置、力學(xué)分析等內(nèi)容，知識體系復(fù)雜、邏輯性強，尤其是礦山壓力理論部分，隨著其他教師授課內(nèi)容的變化而優(yōu)化調(diào)整，進而便于學(xué)生理論掌握課程知識。

（三）" 課程實踐性強，工程條件復(fù)雜多變

礦山壓力與巖層控制課程作為典型的礦業(yè)類課程，以解決實際工程問題為目標(biāo)，具有較強的實踐性。課程中的覆巖結(jié)構(gòu)模型、力學(xué)模型等都是依據(jù)工程實際條件進行建立和求解的，當(dāng)運用礦山壓力理論和巖層控制技術(shù)求解現(xiàn)場實際工程問題時，礦井地質(zhì)開采條件復(fù)雜多變，在不同礦區(qū)、不同礦井，甚至是同一工作面的不同開采階段所面臨的工程問題都不一致。

二" 教學(xué)中存在的問題

（一）" 教學(xué)內(nèi)容更新慢，難以滿足工程發(fā)展需求

礦山壓力與巖層控制課程內(nèi)容涉及地質(zhì)學(xué)、力學(xué)、采煤學(xué)等學(xué)科內(nèi)容[10]，系統(tǒng)介紹了煤層開采引起的礦山壓力演化規(guī)律與巖層控制理論。但在目前教學(xué)中，教材內(nèi)容更新緩慢，“普采工作面頂板控制設(shè)計”等內(nèi)容和行業(yè)需求不相符合，課程教學(xué)中所采用的工程案例不具有典型性和代表性。同時，礦壓領(lǐng)域國內(nèi)外研究的前沿內(nèi)容、熱點內(nèi)容和最新研究成果等也未引入課程教學(xué)中，致使教學(xué)內(nèi)容與實際工程問題匹配度低，難以滿足工程發(fā)展需求。

（二）" 教學(xué)模式單調(diào)，難以保障良好的教學(xué)效果

目前，在礦山壓力與巖層控制的課程教學(xué)中，大多采用“教師主動授課，學(xué)生被動聽講”的傳統(tǒng)教學(xué)模式，這種教學(xué)模式主要在于任課老師將課程內(nèi)容結(jié)合自身理解、相關(guān)工程經(jīng)驗進行講解，而學(xué)生主要是憑借個人主觀喜愛程度進行被動聽講。當(dāng)授課內(nèi)容為復(fù)雜的覆巖運動時空演化規(guī)律、位態(tài)方程等理論性較強的內(nèi)容時，學(xué)生更是以“聽”為主，很難積極投入到課程內(nèi)容并主動進行思考，良好的教學(xué)效果很難得到保障。

（三）" 教學(xué)資源不足，難以滿足高階學(xué)習(xí)需求

礦山壓力與巖層控制課程內(nèi)容主要是通過書本、文字類PPT進行授課講解，這種教學(xué)方法對于實踐性強、課程內(nèi)容復(fù)雜的課程很難給予學(xué)生直觀理解，盡管具有一部分的3D演示動畫，但由于其只是和基礎(chǔ)內(nèi)容相關(guān)，對于課程之外且與本課程相關(guān)的延伸內(nèi)容較少，同時學(xué)生獲取礦壓領(lǐng)域最新研究成果、文獻等途徑較少，不能及時了解行業(yè)前沿內(nèi)容，從而很難保障高階、優(yōu)秀學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

（四）" 教學(xué)活動匱乏，難以激發(fā)學(xué)生積極性與參與度

礦山壓力與巖層控制課程中涉及巖體力學(xué)性質(zhì)測試、礦山壓力監(jiān)測等室內(nèi)試驗由于其需要耗費較多的人力、物力和財力，很難讓每位學(xué)生獲得動手實踐的機會[11]。同時，由于課程的特殊性，學(xué)生在授課期間對于比賽、現(xiàn)場工程實踐等創(chuàng)新實踐活動參與較少，難以發(fā)揮學(xué)習(xí)的主觀能動性。室內(nèi)試驗、比賽和現(xiàn)場工程實踐等教學(xué)活動的匱乏，使得很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和課程參與度。

三" 課程改革方案

（一）" 更新課程內(nèi)容，提升內(nèi)容高階性和內(nèi)涵

新工科建設(shè)和工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的背景下，礦山壓力與巖層控制課程內(nèi)容需要緊密結(jié)合煤炭科技研究熱點和行業(yè)發(fā)展需求，舍棄不合時宜的課程內(nèi)容，增加新的課程內(nèi)容。優(yōu)化課程體系，更新課程內(nèi)容，以“實用礦山壓力理論”為核心主線，增加國內(nèi)“巖層控制關(guān)鍵層理論”和美國、澳大利亞等采礦業(yè)發(fā)達國家的礦山壓力理論成果，引入并重視線上課程，使線上課程和線下課程相互融合、補充。結(jié)合當(dāng)前“雙碳”科技、礦壓災(zāi)害源頭防治技術(shù)等煤炭科技的發(fā)展趨勢，引入國內(nèi)外熱點研究內(nèi)容、前沿研究內(nèi)容和最新研究成果等，融入沖擊危險性智能評價方法、沖擊地壓智能防治技術(shù)及裝備等巖層智能控制技術(shù)，提升礦山壓力與巖層控制課程內(nèi)容的高階性和內(nèi)涵。

（二）" 創(chuàng)新教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)習(xí)主動性和潛能

新時代背景下礦山壓力與巖層控制課程的人才培養(yǎng)目標(biāo)面臨著重新定位，要求任課教師著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力，這就需要改變以往的教學(xué)模式，從“被動接受”向“主動探究”轉(zhuǎn)變。山東科技大學(xué)礦山壓力與巖層控制教學(xué)團隊創(chuàng)新設(shè)計了“目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)+探究式學(xué)習(xí)+線上線下混合授課”的三位一體協(xié)同教學(xué)模式，實現(xiàn)基于課程目標(biāo)設(shè)計教學(xué)問題，學(xué)生帶著問題探究式自學(xué)，任課教師基于學(xué)生反饋線上線下混合授課，進而提升教學(xué)效果。三位一體協(xié)同教學(xué)模式強調(diào)了學(xué)生的主體地位，充分激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和潛能。以《礦山壓力與巖層控制》教材中第8章煤層巷道開掘位置和時間為例，說明三位一體協(xié)同教學(xué)模式的組織實施情況，見表1。

（三）" 豐富教學(xué)資源，助力教學(xué)情景化和效率

基于礦山壓力與巖層控制課程教學(xué)資源不足的現(xiàn)狀，課程團隊融育人于課程教學(xué)全過程，以宋振騏院士等老一輩科學(xué)家精神、工匠精神為切入點，完善思政素材庫，引導(dǎo)學(xué)生崇尚科學(xué)、追求真理和創(chuàng)新精神；提高教學(xué)效果，以覆巖運動時空演化規(guī)律、典型礦井沖擊地壓防治技術(shù)體系等課程內(nèi)容為原型，制作動畫模型、實物模型等，優(yōu)化教學(xué)模型庫，深化學(xué)生對于理論知識的理解；強化學(xué)生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)，以國家能源安全重大需求、深地戰(zhàn)略、“雙碳”戰(zhàn)略等為指引，構(gòu)建包括代表性科研成果、工程案例和學(xué)科前沿?zé)狳c的典型案例庫，將學(xué)科發(fā)展、行業(yè)需求與課程建設(shè)深度融合。持續(xù)優(yōu)化思政素材庫、教學(xué)模型庫，構(gòu)建教學(xué)案例庫，豐富線上、線下教學(xué)資源，助力課程教學(xué)情景化，提升課程教學(xué)效率，如圖3所示。

（四）" 開展創(chuàng)新實踐，實踐中提高素質(zhì)和能力

基于礦山壓力與巖層控制課程的創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)目標(biāo)，以東部礦區(qū)、西部礦區(qū)的典型礦井為實際工程背景，布置項目式作業(yè)，讓學(xué)生參與到項目中并完成相關(guān)任務(wù)，提高學(xué)生解決實際工程問題的創(chuàng)新意識和實踐能力；同時，引導(dǎo)學(xué)生積極參與中國國際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽、“挑戰(zhàn)杯”中國大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計劃競賽、全國高等學(xué)校采礦工程專業(yè)學(xué)生實踐作品大賽等創(chuàng)新實踐活動，著重培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的實踐能力，在實踐中提高自身的素質(zhì)和能力。

四" 實踐效果分析

經(jīng)過多年的課程建設(shè)和教學(xué)改革，山東科技大學(xué)礦山壓力與巖層控制課程教學(xué)團隊基于學(xué)校應(yīng)用基礎(chǔ)性人才培養(yǎng)定位和國家一流本科專業(yè)建設(shè)要求，以工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和新工科建設(shè)為牽引，以行業(yè)人才需求為導(dǎo)向，依據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，任課教師以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力為目標(biāo)，積極開展課程教學(xué)實踐工作，學(xué)生的課程參與度、知識掌握程度和綜合素質(zhì)能力明顯提高。

2022—2024年，山東科技大學(xué)礦山壓力與巖層控制課程教學(xué)團隊承擔(dān)教育教學(xué)改革研究與實踐項目5項，發(fā)表教學(xué)改革論文6篇，新版教材和習(xí)題解答列入普通高等教育、煤炭高等教育“十四五”規(guī)劃教材，支撐獲得省級教學(xué)成果一等獎、二等獎各1項；指導(dǎo)學(xué)生獲“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽等三大科技創(chuàng)新競賽國賽最高獎1項、省賽最高獎3項，全國高等學(xué)校采礦工程專業(yè)學(xué)生實踐作品大賽一等獎15項，其他競賽獎勵90余項，教學(xué)改革實踐效果較為顯著；2024年被認(rèn)定為山東省一流本科課程。

五" 結(jié)束語

創(chuàng)新實踐人才是全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的重要支撐。近年來，煤炭行業(yè)把握機遇、應(yīng)對挑戰(zhàn)，“雙碳”科技、智能防控等理論技術(shù)快速發(fā)展，給礦業(yè)類高校課程教學(xué)提出重視創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的需求。山東科技大學(xué)礦山壓力與巖層控制課程教學(xué)團隊基于行業(yè)發(fā)展需求，更新課程內(nèi)容，增加“巖層控制關(guān)鍵層理論”和采礦業(yè)發(fā)達國家的礦山壓力理論并引入沖擊地壓智能防治技術(shù)等巖層控制技術(shù)，提高內(nèi)容高階性和內(nèi)涵；創(chuàng)新教學(xué)模式，提出“目標(biāo)問題導(dǎo)向式教學(xué)+探究式學(xué)習(xí)+線上線下混合授課”的三位一體協(xié)同教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)習(xí)主動性和潛能；豐富教學(xué)資源，構(gòu)建并不斷完善思政素材庫、教學(xué)模型庫和教學(xué)案例庫，助力教學(xué)情景化和效率；開展創(chuàng)新實踐，布置項目式作業(yè)和引導(dǎo)積極參加比賽等創(chuàng)新實踐活動，在實踐中提高素質(zhì)和能力，全面提高學(xué)生的知識、能力和素質(zhì)，為煤炭行業(yè)快速發(fā)展輸送高質(zhì)量創(chuàng)新實踐人才。

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