西部地方院校实验教学示范中心建设实践与探索

李金波，许兴亮，2，李永武，张俊敏，杨长德，常治国

（1.新疆工程学院矿业工程与地质学院，乌鲁木齐 830000；2.中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州 221116）

0 引言

高等工程教育在我国高等教育中占有重要的地位。深化工程教育改革、建设工程教育强国，对服务和支撑我国经济转型升级意义重大［1］。在新工科背景下，作为以煤炭为特色的西部地方应用型本科高校，深化并加强工程教育的主要途径是加强实践教学与创新教育，其载体即校内实验室与校外实习基地。高校实验室是补充理论教学不足而开展实验教学环节的重地［2］，它承载着激发学生动手兴趣、培养学生工程意识、锻炼学生实践能力、塑造学生创新潜力以及提升学生综合素质和管理能力的重任。《教育部办公厅关于开展2015年国家级实验教学示范中心建设工作的通知》［3］指出，以促进大学生的全面发展和适应社会需要为宗旨，以培养创新精神和实践能力为核心，通过建设布局相对合理的国家级、省级和校级实验教学示范中心体系，推动高等学校实验教学改革和实验教学中心建设与发展，实现高等教育人才培养水平的不断提升。新疆工程学院采矿工程实验教学示范中心（以下简称采矿实验示范中心），是在“中央财政支持地方高校发展专项资金项目”支持下，整合井工开采实验室和露天开采实验室重组新建的实验室，于2019年底建设完成。采矿实验示范中心建设过程中，在实践教学条件改善、学生实践创新能力提升、采矿专业与课程建设发展、教师科研创新水平提高以及服务经济社会能力等方面成效显著，对采矿实验教学与应用型人才培养具有重要意义，对西部地方高校实验教学示范中心建设具有一定借鉴意义。

1 建设背景与发展规划

1.1 建设背景

采矿实验示范中心以采矿工程学科为依托，挂靠新疆工程学院矿业工程与地质学院矿业工程系。采矿工程是学校升本后经教育部批准的首批具有本科招生资格的专业之一，具有60余年的发展历史，是学校的龙头与特色专业。在其发展历程中，于2008年获批自治区重点产业紧缺人才专业建设计划、2009年被新疆教育厅评为自治区特色专业、2013年获批第三批“教育部卓越工程师培养教育计划”、2019年获批自治区级一流本科专业［4-6］。采矿工程学科建设立足新疆、辐射西北，服务全疆乃至我国西北5省煤炭工业。随着我国东部地区煤炭资源面临枯竭，国家煤炭战略向内蒙古、陕西以及新疆等区域发展，尤其作为全国煤炭预测资源储量排名第一的新疆，更是国家煤炭战略资源储备的聚集区［7］；同时，随着国家“一带一路”倡议发展，学校所在地新疆恰是我国“一带一路”倡议的西北区域核心区，所在城市乌鲁木齐市是核心区的重要枢纽与核心城市［8］；近年来，随着社会经济、高等教育和煤炭工业技术的发展，面向绿色、安全、高效、智能与信息化的智慧矿山建设，对工程应用与创新创业型矿业类人才需求迫不及待［9］。学校以煤炭为特色，建设采矿实验教学示范中心、加速推进煤炭应用型人才培养势在必行。

1.2 发展规划

采矿实验示范中心是根据新疆煤炭产业特色，结合学校采矿工程现有实验教学平台现状，成立的一个集实验教学、科研试验、创新创业、社会服务为一体的综合示范中心。

采矿实验示范中心建设，预期达到具有先进的教育教学理念、精良完备的实验教学设备以及理论与实践并重的“双师型”师资队伍，以培养学生技能技术、工程意识、实践能力和创新思维为核心，建成校内重点、自治区一流，具有行业特色的“基础型与综合型、工程型与创新型、智能型与开放型”实验教学示范中心。中心建设形成了“1-2-3-4-5”的总体发展规划战略体系。如图1所示。

图1 示范中心总体发展规划战略体系

2 建设内容

2.1 整合与重组实验室

学校采矿工程专业分设井工开采与露天开采两个方向，原设有井工开采与露天开采两个方向共计6个实验教学实验室［10］。为统筹资源、集中规划与管理，针对6个实验室进行资源整合，重组建成采矿工艺模型、采掘施工与设备及矿山灾害监测3个实验室，见图2。

图2 实验室整合重组图

2.2 新建岩石力学实验室

矿业工程与地质学院设有矿业工程系与地质工程系2个教学系部。矿业系采矿工程为自治区级一流本科专业，地质系地质工程为自治区级重点专业。两系以共建共享原则，新建落成拥有价值200余万元资产的岩石力学实验室。

实验室拥有岩石力学三轴流变试验机（DSZ-2000微机控制电液伺服机）、岩样钻取机、岩石切割机及岩石力学试验配套软件等，见表1。可进行岩石不同围压下三轴压缩试验、单轴拉压试验，孔隙渗透试验、高低温环境试验等，同时可进行单向低周循环及组合波形程序控制等多种控制方式。实验室既可满足岩体力学课程基础岩石力学实验教学，同时可为工程项目研究提供技术支持，可针对煤矿巷道围岩基本物理力学参数测定开展科研试验。

表1 岩石力学实验室仪器设备

2.3 新建相似模拟实验室

相似材料模拟实验室由相似模拟台架、力学模拟加载系统、材料模拟变形监测系统等组成。主要包括应用于煤炭安全开采的井下巷道平面应力模拟系统、工作面采场矿压模拟系统，针对新疆煤层赋存状态的急倾斜特厚煤层模拟系统、顶底板位移监测系统、三维光学摄影测量系统以及三维应力模拟加载系统等。

2.4 新建虚拟仿真实验室

采矿工程虚拟仿真实验教学实验室是在原数字矿山实验室基础上搭建而成，拥有掘进、综采等多种虚拟仿真系统构成。它是采矿工程学生感知矿山实体三维空间、理解采矿专业相关概念、熟悉采矿采掘生产工艺等实验教学体系中的重要平台。在“交互式与体验式”虚拟仿真实验中，学生身临其境，对井工矿山的巷道、采场、设备等可见、可触、可控，实现与实际矿山接近的仿真操作和感知［11-12］。虚拟仿真实验教学系统具有人机互动功能，可实现浸入式体验矿山开采全部工艺流程，从矿山整体概况的认知到煤炭采掘全过程的熟悉与掌握，再延伸至巷道支护及开采设计等实践创新环节。实现全程高度仿真体验式学习。

2.5 强化实验教学师资队伍建设

实验室是实验示范中心的组成单元，实验室建设的关键因素是实验教学师资队伍的质量建设［13］。学院副院长担任实验示范中心主任，统筹实验示范中心管理和未来发展。实验教学师资队伍建设，着眼于努力培养专业对口、理论丰富、善于实践的教师开展实验教学工作。与此同时，打破原理论教师与实验教师泾渭分明的传统模式，在实行全员教师参与实验教学的基础上，设置专兼职实验教学师资队伍，同时从行业企业聘请优秀工程技术人才充实实验教学队伍，兼任实验教学教师。

实验示范中心现有专、兼职教师30名。本校教师18名，其中正高2名，副高6名，中级10名；援疆干部1名；天山学者6名；企事业单位聘请具有高级职称的工程技术人员5人。校内实验教师队伍中，正高职称占比36%，副高职称占比24%，中级职称占比40%；校外实验教师队伍均为副高以上职称。

2.6 构建实验教学体系

高校人才培养教学体系包含理论教学体系和实践教学体系［14］，在新工科背景下，工科性较强的采矿工程专业，学生工程应用能力与创新能力的培养主要依赖于实践教学体系［15］。

采矿专业在办学历程中，结合地方经济发展、国家煤炭战略布局和煤炭工业技术进步，不断改革教育培养模式，更新实验教学内容，加强实验教学体系建设，严格规范实验教学过程管理。采矿实验示范中心在采矿师资创新团队指导下，打破原有传统实验教学体系与教学模式，按照“扎实稳定是基础、改革改进是手段、质量提升是目标”的建设思路，把培养行业感性认知、增强工程素养、提高创新思维作为实验教学体系改革的立足点，构建了“基础演示型—综合验证型—设计创新型”三层次、递进式实验教学体系，见图3。该体系的构建，与理论课程及学生年级相匹配、与学生学习认知规律相一致。基础演示型实验教学主要设置在大一、大二年级，与采矿工程专业导论、采煤概论、煤矿地质学、工程制图等专业基础课程结合；综合验证型实验教学主要设置在大三年级，与井巷工程、采矿学、矿山压力与岩层控制、矿山机械等专业课程结合；设计创新型实验教学主要设置在大四年级，与毕业实习、毕业设计、毕业论文、课题研究及学科竞赛等结合。

2.7 健全机构设置与管理体制

采矿实验示范中心行政上隶属矿业工程与地质学院矿业系，业务上由学校教务处、实验室与设备管理处双重指导。采矿实验示范中心设置中心主任1名、井工开采实验与露天开采实验负责人各1名，各实验室设置具体实验室负责人及实验教学成员。

图3 三层次递进式实验教学体系

建立健全实验室规章制度，是确保实验示范中心有序运行的必要条件［16］。结合学校和矿地学院矿业系实际情况，中心制定有“校级实验教学示范中心管理制度汇编”，实验示范中心主任岗位职责、实验示范中心专职实验教师岗位职责、实验示范中心兼职实验教师岗位职责、实验室实验教学与试验管理制度、实验室安全卫生与文化建设管理制度、实验室实验教学活动学生须知、实验室责任负责人岗位职责、实验室资产购置与报废管理制度、实验室科研创新知识产权管理制度、实验室大学生创新实践管理制度、实验室科研成果奖励管理办法。

3 建设成效

3.1 改善了实验教学条件

随着学校电力—采矿新工科实验楼的落成，实验示范中心新建实验室3个，新增实验场地面积达800 m2，新增实验建设投入近500万元，新增实验仪器设备20多台套，新增实验教学项目12项，新增科研试验项目6项。

3.2 提高了应用型人才培养质量

依托实验示范中心，成立智能采矿社团，组建学生创新创业实践梯队，近3年来立项国家级、自治区级、校级大学生创新创业项目10余项；学生通过中心平台完成专利申报、授权6项；学科实践竞赛实现零的突破，获得全国高校采矿工程专业学生实践作品大赛二等、三等奖2项；学生就业率有效提升，对口就业率得到明显改善，签约煤炭行业基层生产单位的学生，实现了下得去、留得住、干得好。

3.3 推动了课程建设和专业发展

依托实验示范中心，获批采矿专业世行项目核心课程建设三门：《井巷工程》《矿山压力与岩层控制》与《露天矿设计原理》。采矿工程专业获批自治区级一流本科专业。

3.4 促进了师资队伍有序健康发展

依托示范中心，在师资队伍高标准要求背景下，实验教学师资队伍的有序健康发展体现在教师职称晋升、学历提升、实践锻炼以及队伍壮大等方面。

近3年，2名三级教授晋升二级教授，1名副教授晋升教授，2位讲师晋升副教授，1名实验师晋升高级实验师，1名助理实验师晋升实验师，职称晋级发展迅速；1名教师获得博士学位，3名教师博士在读，2名教师获得硕士学位；3名教师赴生产企业挂职锻炼，新进1名拥有硕士学位、6年工程经验的现场技术人员，聘请5名生产企业高级工程师兼职实验教师；培育一个校级创新教学团队—采矿工程教学创新团队。

在实验示范中心支持下，教师科研业绩迅速增长，服务社会能力明显提高。

近3年，结题国家自然科学基金1项，获批国家自然基金地区基金与联合基金各1项，获批自治区科技厅自然基金青年项目与重点项目各1项，获批自治区教育厅高校计划科研项目3项，获批自治区教育厅教学改革与研究项目共3项，获得世行项目—采矿工程实践教学与创新人才培养研究项目1项，获批校级自然基金与教改项目10余项。作为第一完成单位且第一完成人荣获新疆维吾尔自治区人民政府科技进步二等奖1项；发表论文50余篇、授权专利15项。在科研创新能力提升基础上，不断进行科技转化与服务地方经济发展，完成企业委托项目3项，在研项目6项，为煤矿安全高效生产做出了一定贡献。

4 结语

采矿工程实验教学示范中心结合学校煤炭特色优势，以新工科背景下实验教学示范中心为标杆，重组新建实验室，构建实验教学新体系，规范实验教学运行管理与评价制度。在实验室建设、实验教师队伍培育、实验教学体系创新、机构设置及制度管理等方面进行了实践与探索。实践证明，中心的建设，完善并优化了实验教学条件，提高了实验教学水平与人才培养质量，调动了全体师资参与实验教学积极性并促成了师资队伍高速发展，激发了教师科教融合意识并大力提升了科研创新、解决工程问题、服务经济社会发展的水平和能力。为培养服务于新疆及西北5省煤炭工业工程创新技术人才，为我校本科合格评估及打造一流应用型地方高校奠定了基础。