采矿工程一流专业建设背景下非煤矿床开采课案例-模型教学改革与实践

马振乾 周浪 左少杰

摘  要：通过对贵州省非煤矿床开采课程教学现状的分析，总结出该课程在教学过程中存在以下几点问题。课程内容缺乏趣味性和吸引性，教学方法手段传统，学生主动性不够；理论与实践脱节，实践教学不足；考核形式单一，学习效果有限。基于此，融合教学相长、学生为本的思想，以学生能理解、吸收、消化所学知识并能灵活应用知识为出发点，该文提出案例-模型教学方法改革思路：案例驱动式教学改革；任务驱动式教学改革；实体模型-虚拟仿真相结合的教学改革；考核方式改革。将成果推广到教学实践中，取得显著的教学成效，为贵州省非煤矿床开采课程教学改革提供新的思路。

关键词：非煤矿床开采；案例-模型；教学改革；应用型人才；实践能力

中图分类号：G642        文献标志码：A          文章编号：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

煤炭是我国能源生产消费结构的主体，是国民经济发展的重要支撑。长期以来，煤炭行业作为我国集采矿业、能源业、基础原材料业特征于一体的行业，为运输行业、发电行业等提供了强大的能源保障，同时也促进了高校采矿专业的发展。近年来，随着国家推进多元化的能源结构，各行业的产业结构也在发生翻天覆地的变化。以高校为例，采矿学科被肢解为煤矿和非煤矿开采。在煤炭刚新兴的阶段，煤矿开采类的采矿工程专业得到快速发展，而非煤矿开采类的采矿工程专业受到抑制。随着国家推进多元化的能源结构，煤炭行业内的采矿工程专业局限性逐渐显现，不能适应新工科一流专业建设背景下采矿工程的教学要求，也不适应当今科学技术高度综合的发展趋势及采矿学科自身发展，对采矿工程专业中非煤矿床开采课程教学进行改革探索与实践迫在眉睫。

目前对非煤矿床开采课程教学改革探索与实践尚处于初步阶段。张东升等[1]率先在煤炭系统采矿工程专业开设非煤矿床地下开采课程，并对授课方法、教學手段进行改革，拓展了学生的眼界，取得较佳的教学效果；王旭峰等[2]介绍了非煤矿山地下开采新技术课程的定位与目标，初步构建了矿井开拓新理念、采矿新方法、采掘新设备为主要的内容体系；成云海[3]分析了非煤矿床地下开采课程中出现的问题，提出了以实验、实践教学为主，理论教学为辅的教学方法；马振乾等[4]以贵州大学非煤矿床开采课程为例，按照毕业要求制定了课程目标达成度评价标准。总结前人教学改革成果，非煤矿床开采课程教学改革探索还需进一步发展，建立一套完整的教学体系。

本文以贵州省为例，分析非煤矿床开采课程教学现状存在的问题，融合教学相长、学生为本的思想，以学生能理解、吸收、消化所学知识并能灵活应用知识为出发点，提出了非煤矿床开采案例-模型教学方法改革思路。将成果应用到课程实践中，提高了学生的积极性和实践动手能力，增强了学生对空间概念及复杂工程问题的理解，取得显著的教学成效。

一  非煤矿床开采课教学现状及存在问题

采矿工程专业开设非煤矿床开采课程，目的是让学生了解和掌握非煤矿床地下开采理论和技术，为解决煤矿开采相关问题奠定基础，同时也可以拓宽学生知识结构和就业渠道。贵州省矿产资源丰富，除煤炭外，探明储量居全国前5位的有27种，其中磷、铝、黄金、汞、锰和重晶石等矿产资源优势明显，为开展非煤矿床开采课程奠定了坚实的基础，也为学生提供了广阔的就业市场。

（一）  非煤矿床开采课程在贵州省的教学现状

1  采矿领域创新能力先天不足

贵州省地处我国西南地区，属经济欠发达地区。据统计，2007—2016年以来，以贵州省211高校贵州大学为第一单位在《煤炭学报》发表的论文量仅11篇，其中机械类、煤化工类、地质类论文占一半以上，与采矿工程密切相关的论文相对较少，这从侧面反映了贵州地区在采矿工程领域的创新能力不足。在师资队伍中，硕士及以下学历人员占一定比例，也造成贵州地区采矿领域创新性研究先天不足。因此，目前贵州省在采矿工程专业人才培养过程中，主要以东部经验为主，而缺乏原创性研究，区域特色并不凸显。

2  教材内容与贵州省情匹配度不高

目前非煤矿床开采所用教材为2010年东北大学王青教授主编的《采矿学》第二版，教材中涉及大量的理论知识，而缺少相应的案例，仅有的部分案例以湖南、甘肃等地的矿山地质条件为基础，而缺少富有贵州特色的典型案例，造成这门课在贵州省教学时偏重于理论教学，学生对课程的兴趣偏低。

3  教材内容与培养应用型人才的目标不符合

贵州大学生源以省内生源为主，由于贵州省教育水平落后，省内生源的文化课基础弱于东部地区的生源，英语四六级通过率及考研率整体要低于东部同类院校。与东部着力于培养研究型、管理型、创新型和国际型人才相比，经济不发达地区的高校主要为本省培养应用型人才，服务于区域经济社会发展。贵州省高校的采矿类人才主要服务于本省矿山企事业单位，就要求在教学过程中结合本省省情展开教学内容，因教材的编写需要时间和积累，教学实践又不能因缺乏针对性强的教材而停止，故而当前教学环节中应结合贵州省情选取典型案例，结合教学模型将教材知识与省情案例相结合，通过案例驱动式教学来实现应用型人才培养的目标。

（二）  非煤矿床开采课程在教学工程中存在的问题

1  课程内容缺乏趣味性和吸引性，教学方法手段传统，学生主动性不够

非煤矿床开采课程涵盖的内容非常广，但当前的传统教学模式以理论讲授为主，多采用PPT+黑板的模式讲授，对于采矿方法空间巷道布置等三维抽象内容，学生反映较难理解，如教材第五章中的分段矿房法巷道布置图，仅靠平面布置图很难讲解空间位置关系，而该课程涉及十几种采矿方法，课程内容缺乏趣味性和吸引性。如何提高学生对该课程的兴趣，激发其学习积极性，也是本门课程在教学过程中遇到的问题。

2  理论与实践脱节，实践教学不足

非煤矿床开采实践性较强，在目前教与学的过程中，大多仅仅停留在课本知识上。近几年的毕业生反映到矿山工作时，涉及矿山安全、生产等问题，学校所学的与现场相差较远，这是由矿山条件的复杂性所决定的，但也与课程教学过程中的理论教学与实践环节脱节有一定的相关性。

3  考核形式单一，学习效果有限

目前非煤矿床开采课程采用闭卷考试，总成绩80%为期末试卷卷面成绩，20%为平时考勤成绩，且考试试卷多为名词解释、问答等常规题型。当前的考核形式下考题单一、知识点相对松散，只是考察了学生短时备考能力，不能有效考查学生对非煤矿山综合知识的掌握和运用，是一门轻松易过的课程。

二  非煤矿床开采课教学方法改革探索

（一）  非煤矿床开采案例驱动式教学改革

结合科研项目、现场调研等方式收集贵州省优势矿产资源开采案例，并根据现有教材的内容体系，将最新内容与现有教材进行有机匹配，为课堂开展教学实践奠定基础。案例的选取需遵循本土化、多样化、典型性和鲜活性的原则，尽可能选取与教学内容相关的贵州省内案例。

在申请教改项目的基础上，进一步借助科研项目、实习、查阅文献资料等途径收集了开磷磷矿、锦丰金矿、万山汞矿和松桃锰矿等典型矿井资料，结合非煤矿床开采里的三大类采矿方法制作相应的课件，使难以理解的抽象的采矿方法具体化，由于贴近实际、贴近生活，这样也可以激发起学生学习的兴趣。如可以利用锦丰金矿的案例讲解分层充填采矿法，学生更容易理解和接受；利用马路坪矿的案例讲解空场嗣后充填，结合学生的认识实习的亲身经历，增强学生的求知欲，激发其学习的积极性。

（二）  非煤矿床开采任务驱动式教学改革

根据以往的教学中存在的课程难度低、学生参与度低等问题，采用任务驱动式教学，将当前矿山行业发展的热点问题为引例，在备课时提前准备一些行业前沿经典问题，开设对应的专题探讨，将专题探讨和授课内容紧密结合，以矿山实践问题为着眼点，学生通过查阅文献、制作专题汇报进行课堂汇报。

布置专题汇报任务，根据学生人数一般分6～8组，每组2～3人。布置专题汇报内容——贵州省优势矿产资源，介绍磷、铝、金、汞、重晶石和锰等矿种，由学生任选，分组情况如图1所示。匯报分两次，第一次简单介绍小组选定矿种的概况、资源分布、用途及其在贵州省的储量等情况，PPT展示控制在5～6分钟；第二次汇报介绍该类矿产的开采方法，在课程进展到相应章节后根据小组情况自行决定讲解顺序，要求针对某一个典型矿井的案例详细介绍，内容不要大而全，案例要求“小而精”，PPT展示控制在6～8分钟。专题汇报100分，以20%计入总成绩。

这种方式改变传统的“满堂灌”后突击性备考的模式，有效激发了学生的能动性，培养学生主动发现问题、解决问题的能力。

（三）  实体模型-网格视频相结合的教学改革探索

非煤矿床开采课程具有一定的空间想象能力和严谨的逻辑思维能力，对重要概念的理解和应用一直是教学的重点和难点。采用网络视频（图2）、实体模型相结合，对于难以理解的空间概念及复杂工程问题，采用多媒体等多种方式穿插教学，使得课堂内容更加形象、直观。同时，在课堂讲授后可到实验室参观，将抽象理论与实验室立体空间模型相结合，有效促进学生对知识的消化和理解。

借助采矿工程一流专业资助，2018年11月购置了包括全面采矿法、房柱采矿法在内的15个教学模型。借助实体模型和网络视频使得难以理解的空间概念及复杂工程问题更加形象、直观，有助于培养工程技术与管理人才。需要说明的是，对于极难讲解的5～6种采矿方法的网络视频可以借助采矿工程一流专业资助购买，其他的由教师自行制作或鼓励学生在创新实践这门课程中制作，如图3所示。

（四）  微型矿井-真实矿井相结合的教学改革

传统教学工作的教学手段相对单一，学生很难想象真实的作业环境与场景，因此学习效率相对较低。借助“河北省矿山智能化开采技术重点实验室”设备可以使教学“现场化”，使理论知识与现场应用进一步融合，使学生实时了解当今煤炭行业智能化先进技术、一线知识和发展水平，同时也可以使学生明白矿山开采人才在行业发展中的作用，明确责任担当与发展方向，为将来快速成为矿山开采的高级技术人员奠定重要基础。

依托华北科技学院“河北省矿山智能化开采技术重点实验室”微型矿井与真实矿井相结合的教学改革探索，微型矿井采用“模拟巷道+真实设备”的方式，系统展现矿床开采工作面相关关键设备，重点针对工作面采用“实际行走+网络漫游”方式进行矿床巷道布置和智能开采生产展示，形成了基于“微型矿井-真实矿井”相结合的教学改革平台，实现了“理论教学+实际操作+真实矿井”的现代化采矿人才教学模式变革。

（五）  考核方式改革探索

1  考核评价体系

课程考核改变传统的单一闭卷式考试，对多项环节分别赋权，给出综合评价结果。考核采用“总成绩=平时成绩×30%+专题汇报×20%+期末试卷×50%”的方式考查学生对课程的掌握能力。

1）平时成绩：根据学生出勤、课堂问题回答的积极性等方面评定，以50%计入平时成绩；每一章讲完，教师根据教学内容，设计综合性作业，学生在1周内完成，以50%计入平时成绩。

2）专题汇报：根据课堂专题及小组分配情况，进行小组专题汇报，以20%计入总成绩。

3）期末考试：最后，为了考查学生对知识点的掌握，还需要进行正常的期末考试，以50%计入总成绩。

此外，为鼓励学生参加模型制作及网络视频制作，凡是以非煤矿床为基础制作模型及视频成绩达到优秀的，个人总成绩上加2分。

2  评分标准

1）平时成绩：100分，旷课扣10分，迟到扣5分，以50%计入平时成绩。课程作业：5次作业，学生在布置后1周内完成，成绩分A、B两档，5次作业全为A则为满分100分，成绩为B扣10分。一次不交作业扣20分。作业成绩以50%计入平时成绩。

2）专题汇报：两次专题汇报各100分，取平均值以20%计入总成绩。

3）期末考试：最后，为了考查学生对知识点的掌握，还需要进行正常的期末考试，以50%计入总成绩。

三  结束语

针对贵州省非煤矿床开采课程教学内容与培养应用型人才的目标不符，理论与实践脱节，实践教学不足，考核形式单一，学生学习积极性不高等众多影响人才培养质量提高的问题，提出了案例-模型教学方法改革思路：案例驱动式教学改革；任务驱动式教学改革；实体模型-虚拟仿真相结合的教学改革；考核方式改革。将成果推广到教学实践中，丰富了课堂内容，解决了传统教学难以深入理解的空间概念及复杂工程问题，授课资料不直观、不丰富、片面的问题，激发了学生的学习兴趣以及投身科研的决心，拓展了学生思维开阔了学生的眼界，提升了学生将理论与实际相结合的能力，取得显著的教学成效， 为贵州省非煤矿床开采课程教学改革提供新的思路。

参考文献：

[1] 张东升，付国彬，张农.《非煤矿床地下开采》课程的改革与实践[J].煤炭高等教育，1997（4）：67-68.

[2] 王旭锋，张东升，万志军，等.煤炭类高校“非煤矿山地下开采新技术”课程内容体系构建——以采矿工程专业为例[J].课程教育研究，2015（3）：28-30.

[3] 成云海.《非煤矿床地下开采》课程教学刍议[J].中国科技信息，2012（15）：140，151.

[4] 马振乾，吴桂義，康向涛，等.工程教育认证课程目标达成度评价标准研究——以贵州大学非煤矿床开采课程为例[J].高教学刊，2022，8（5）：71-74.

基金项目：教育部第二批新工科研究与实践项目“新工科人才学习质量评价制度研究与实践——以采矿工程专业为例”（E-KYDZCH20201822）；2021年贵州大学一流课程培育项目 “岩石力学与工程”（XJG2021057）

第一作者简介：马振乾（1987-），男，汉族，河南商丘人，博士，教授。研究方向为矿山压力与岩层控制、岩石力学等。