基于OBE 理念的智能采矿导论课程教学实践

郭兵兵，吴金刚，张蓓，郭军杰，陈国祥

（1.河南工程学院 资源与安全工程学院，河南郑州 451191；2.郑州城市职业学院 建筑工程学院，河南郑州 452300）

OBE（Outcomes-Based Education，产出导向教育）理念起源于美国[1]。后来，OBE 理念得到国际高等教育界的广泛认同，并将其作为工程教育认证标准的理念之一。我国是工程教育学位互认协议——《华盛顿协议》的正式成员。随着我国工程教育认证的全面推进，OBE 理念作为工科类教育改革的重要方向，引起了学者的高度关注，并取得众多具有中国特色的研究成果。比如：赵明洲等[2]运用OBE 理念分析了地方院校采矿工程专业人才培养中的不足，并针对人才培养目标、毕业要求与课程体系、师资队伍、教学支持条件、持续改进机制等方面提出了具体的改革措施；周爱桃等[3]提出用OBE 理念改进岩石力学与矿山压力课程教学，初步探讨了OBE 理念下的岩石力学与矿山压力课程教学改革；曹先革等[4]介绍了基于学习产出教育范式的在线开放课程资源结构及其在数字地形测量学的具体应用情况，薛鹏等[5]研究了OBE 理念在工科类实验室开放中的实践应用，李回贵等[6]针对矿山岩石力学课程教学存在的问题，开展了基于OBE 理念的矿山岩石力学课程教学改革与实践；易怀安等[7]构建并实践了OBE理念下的理论力学课程过程考核体系。

智能采矿是当今科技发展趋势下采矿工程发展的新阶段，加之采矿行业亟需一批具备采矿、网络与软件、信号通信和人工智能等知识与技能的复合型人才[8-9]，故培养适应国家社会发展需要、满足产业升级需求的新型采矿复合型人才成为智能采矿工程专业的重要使命与责任。现阶段，基于OBE 理念的矿业类等学科的课程建设改革研究方兴未艾[10-13]。矿业类学科及专业教师应积极发展行业特色，有效开展专业课程改革与实践，落实立德树人根本任务，培养智能采矿新型人才。作为智能采矿工程专业的基础必修课程，智能采矿导论课程融合了采矿技术与新一代信息技术的相关内容，涉及面广、知识点多，有一定的学习难度[14]。同时，智能采矿导论课程作为专业导论课，承担着帮助学生形成系统的专业认识，坚定专业信心，提高专业兴趣，初步培养学生创新意识和科学探索精神的作用。本文在阐述相关背景的基础上，对基于OBE理念的智能采矿导论课程教学实践加以论述。

1 OBE 理念的内涵与实施步骤

尽管国内对OBE 理念的定义众多，但其核心内涵基本是相同的，即基于对利益相关方（雇主企业、毕业生、在校生和学生家长等）的调查，并依据服务区域的经济社会发展需求及所在行业的技术发展要求综合确定人才培养目标（毕业3～5 年后），进行反向设计。以人才培养目标为起点，确定学生毕业时期望达到的学习效果（毕业要求），再将毕业要求细化分解到指标点。根据指标点构建课程体系，设计具体课程目标，确定具体课程教学内容及教学环节，评价具体课程教学效果及目标达成，最后依据目标达成情况持续改进教育教学过程。

OBE 理念的实施可分为工程专业人才培养层面和专业课程教学层面。在工程专业人才培养层面，实施OBE 理念应按照“需求（社会需求、行业需求和人才发展需求）→培养目标→毕业要求→课程体系→需求”闭环，以人才培养目标为纲，实现人才培养目标与教育过程的一致性。在实施过程中，教师必须对学生毕业时要达到的能力、水平及素质有清晰的预期目标，然后再不断寻求设计适宜的教育过程（课程体系、教学内容及教育环节），保证学生通过学习和实践能达到预期目标，学生培养目标达成（产出导向）是驱动教学实施的内在动力。

OBE 理念落实到具体课程上，实施过程包括5个步骤：第一，明确课程的教学产出（教学目标）；第二，以教学产出设计教学过程；第三，教学过程有效实施；第四，对教学产出的评价（教学目标达成度评价）；第五，针对薄弱环节持续改进，形成闭环，进行下一轮教学。同时，教师应对课程教学目标有清晰准确的认识，然后设计适宜的教学过程（教学内容、教学环节及课程考核），保证学生通过课程学习过程能够达到预期教学目标，课程教学目标达成（最终产出）是驱动教学过程运作的内在动力。

在OBE 理念下，课程教学更加关注最终产出，即学生知识、能力和素质方面的获得，以学有所得、学有所成为最终目标。同时，课程教学目标不是一成不变的，应根据课程目标达成度，不断增加课程目标难度和挑战度，引导学生实现更高目标，促使教师持续改进教学过程。

2 基于OBE理念的智能采矿导论课程教学实践

保证课程教学质量是实现人才培养目标的重要途径，故笔者拟在专业课程教学层面，基于OBE 理念，围绕复合型人才培养目标，从以下4 个方面对智能采矿导论课程教学实践加以论述。

2.1 教学目标

智能采矿工程专业旨在培养适应国家和区域社会经济发展需要，德、智、体、美、劳全面发展，基础牢固、专业面向宽，具有扎实的自然科学基础和煤炭等固体矿床智能开采的基础理论及专业知识，具有较强创新精神和创新能力，能适应采矿工程及其智能化领域的需要，从事建设与评估、生产与管理、设计与施工、开发与研究等工作的复合型人才。之后通过5 年左右实际工作的锻炼和发展，毕业生能够成长并达到以下目标：具有良好人文科学素养、强烈的社会责任感和工程职业道德，树立正确的价值观和劳动观；具有一定国际视野、写作和表达能力，能在多学科和跨文化工作环境中与团队成员、同行和社会公众沟通和交流；能运用管理与经济决策方法，能履行项目负责人职责，组织、协调和指挥团队开展工作；在工程实践中有独立的观点，对复杂的采矿工程问题进行研究和方案设计，不断更新知识和技能，适应未来发展；达到中级职称水平，具备采矿工程师的专业技能，有科学的思维及方法和可持续发展意识，能够胜任采矿工程专业技术岗位及管理岗位，能够独立解决智能开采的建设评估、工艺设计、生产运营、安全管理和科学研究等方面的问题，在工程实践中，能够综合考虑社会、法律、经济和环境等多方面因素的影响。

智能采矿导论课程可根据智能采矿工程专业人才培养目标及学生毕业后达成目标，构建课程对毕业要求的支撑关系，如表1 所示。

表1 课程对毕业要求的支撑关系

根据智能采矿导论课程对毕业要求的支撑关系，基于OBE 理念，重构后的教学目标如下。课程目标①：掌握采矿基本概念及知识，智能矿山系统的基本概念及组成；认识智能化采掘工作面基础理论与关键技术；了解智能采矿技术发展现状等（对应指标点1.4）。课程目标②：应用采矿基础理论及知识，分析矿井生产系统及智能矿山系统（对应指标点2.1）。课程目标③：应用采矿工程基本研究方法及理论，开展对采矿工程问题的研究分析（对应指标点4.1）。思政目标：形成系统的专业认识，提升学习专业课程的兴趣和信心，初步培养创新意识和科学探索精神，树立正确的世界观、人生观、价值观。

2.2 教学内容

智能采矿导论课程教学内容主要包括：绪论、煤矿地质与矿井开拓、巷道掘进、采煤方法与工艺、矿山压力、矿井通风与安全、采煤机械与智能装备、智能矿山系统、智能化工作面基础理论与技术、矿山物联网、数字孪生与虚拟现实技术、煤矿机器人和露天矿智能开采等。具体教学内容如下。

绪论包括：采矿工程的内涵、采矿工程特点，采矿技术发展现状、采矿装备发展现状，河南工程学院采矿工程专业发展现状、采矿人才培养情况、采矿知识结构及课程、课程主要内容及要求。

煤矿地质与井田开拓包括：煤炭的形成、岩石组成及分类、地质作用与地质构造，井田开拓基本概念、矿井生产系统、矿井主要开拓方式。

巷道掘进、采煤方法与工艺包括：巷道分类与作用、巷道掘进方法、巷道支护方式，采煤方法基本概念、采煤方法分类及发展，采煤工艺基本概念、爆破采煤与普通机械化采煤、综合机械化采煤、智能综采工作面，矿山压力基本概念、采场覆岩移动变形。

矿井通风与安全包括：矿井通风的基本概念、矿井通风方法、矿井通风方式，矿井灾害基本概念、矿井灾害类型、矿井灾害的防治。

智能矿山系统包括：智能矿山基本概念、智能化技术基础、智能矿山组成与架构，智能煤矿系统、智能综采工作面、智能露天矿山系统。

智能综采工作面理论与技术包括：综采工作面“三机”配套，采煤机智能控制、自适应截割技术、自主定位技术、状态控制技术，液压支架智能控制、液压支架姿态感知、支架电液控制系统，刮板输送机智能技术、变频调速软启动、链条张力自动控制，三机远程视频监控、煤矿监控系统、可视化远程干预技术、远程可视化监控技术。

智能掘进工作面理论与技术包括：掘进工作面破岩理论、智能掘进工作面工艺及控制系统，掘进工作面智能控制关键技术、掘进机自动纠偏技术、智能专家控制技术、设备状态动态管理。

矿山物联网包括：物联网的基本知识、矿山物联网发展现状、矿山物联网组成，矿山物联网架构、矿山传感及接入技术、传输网技术、物联网智能信息处理、云平台技术。

数字孪生与虚拟现实技术包括：虚拟现实技术的发展过程与现状、虚拟现实技术基础、虚拟现实技术应用，数字孪生技术基本概念、数字孪生技术基础等。

煤矿机器人包括：煤矿机器人基本概念、煤矿机器人发展现状、煤矿机器人关键技术等。

露天矿智能开采包括：露天矿开采工艺及装备、露天矿智能开采的关键技术、露天矿智能开采技术现状。

2.3 教学目标达成

根据智能采矿导论课程对毕业要求的支撑关系，基于OBE 理念，重构了课程教学目标。为实现前述课程目标，针对具体教学内容，设计教学方式及确定各章节学习要求如下。

绪论教学采用课堂讲授及观看视频的方式，支撑课程目标①和③。要求学生认识采矿工程的内涵及特点，了解采矿技术及装备发展现状，了解学校采矿工程专业发展，掌握采矿知识结构及课程体系，了解课程主要内容及要求，培养学生爱岗敬业的意识和新发展理念。

煤矿地质与井田开拓教学采用课堂讲授和实验室演示的方式，支撑课程目标①和②。要求学生认识煤炭的形成过程，掌握岩石组成及分类、地质作用与主要地质构造、井田开拓的基本概念、矿井生产系统组成，了解矿井开拓方式，培养学生马克思主义哲学世界观与方法论。

巷道掘进、采煤方法与工艺教学采用课堂讲授和实训中心操作的方式，支撑课程目标①和②。要求学生认识巷道的分类及作用，掌握巷道的掘进方法，认识采煤方法及采煤工艺，掌握综合机械化采煤工艺过程，认识智能综采工作面，掌握采场覆岩的移动变形，培养学生的创新意识与工程意识。

矿井通风与安全教学采用课堂讲授和实训中心操作的方式，支撑课程目标①、②和③。要求学生认识矿井通风的任务及作用，掌握矿井通风方法及主要方式，认识矿井灾害的主要类型和防治要点，培养学生创新意识、安全生产与以人为本意识。

智能矿山系统教学采用课堂讲授和实训中心操作的方式，支撑课程目标①和②。要求学生认识智能矿山，掌握智能化技术基础及智能矿山的组成，认识智能煤矿系统、智能综采工作面、智能露天矿山系统，培养学生的创新意识。

智能综采工作面理论与技术教学采用课堂讲授和实训中心操作的方式，支撑课程目标②和③。要求学生认识智能综采工作面“三机”配套、采煤机智能控制技术，掌握自适应截割技术理论基础；认识液压支架智能控制，掌握理论刮板输送机智能技术理论基础，掌握液压支架电液控制系统原理，认识“三机”远程视频监控和煤矿监控系统，掌握可视化远程干预技术理论，培养学生科学探索方法、创新意识和道路自信。

智能掘进工作面理论与技术教学采用课堂讲授和实训中心操作的方式，支撑课程目标②和③。要求学生认识掘进工作面破岩理论，掌握智能掘进工作面工艺及控制系统，认识掘进机自动纠偏技术，理解智能专家控制系统，培养学生的创新意识。

矿山物联网教学采用课堂讲授和实验室演示的方式，支撑课程目标①和②。要求认识矿山物联网技术的发展现状，掌握物联网的基本知识和矿山物联网的基本架构，认识矿山传感及接入技术，了解传输网技术、矿山物联网智能信息处理技术和云平台技术，培养学生的创新意识和科学探索精神。

数字孪生与虚拟现实技术采用课堂讲授和实验室演示的方式，支撑课程目标①。要求学生了解虚拟现实技术的发展过程与现状，认识虚拟现实技术基础及其在矿山中的应用，认识数字孪生技术及其应用，培养学生的创新意识和科学探索精神。

煤矿机器人教学采用课堂讲授和实验室演示的方式，支撑课程目标①和③。要求学生掌握煤矿机器人基本概念，认识煤矿机器人发展现状，了解煤矿机器人关键技术，培养学生的创新意识和科学探索精神。

露天矿智能开采教学采用课堂讲授和观看视频的方式，支撑课程目标①。要求学生掌握露天开采工艺过程及主要装备，熟悉露天矿智能开采发展现状，了解露天矿智能开采的关键技术，培养学生的工程意识和道路自信。

2.4 课程考核

在OBE 理念下，课程考核本质上就是对教学产出的评价（教学目标达成度评价）。通过教学目标达成度评价，发现教学薄弱环节，在下一轮教学持续改进。教学产出评价是驱动教学过程运作的内在动力。

智能采矿导论课程考核（教学目标达成度评价）包括过程性考核和终结性考核（期末考核）。过程性考核方式有：课堂提问与讨论、课程作业、课程实验（实训技能）等；终结性考核（期末考试）方式有：闭卷考试、课程论文、调研报告、开放试题和实验报告等。 课程综合成绩构成如表2 所示。

表2 课程综合成绩构成表

课程考核结束后，课程目标达成度按照公式（1）计算，各考核方式对课程目标支撑权重如表3所示。根据课程目标达成情况，查找目标达成情况的薄弱点，分析原因，并针对下一轮课程教学进行整改提高，形成闭环，持续改进。

表3 各考核方式对课程目标支撑权重

式（1）中：O为课程目标的达成度；i为课程考核方式，i=1,2,3,4，分别代表课堂提问与讨论、课程作业、课程实验和期末考试；Ki为考核方式i对课程目标的支撑权重；Di为考核方式i的达成度。

3 结束语

智能采矿导论是智能采矿工程专业的导论课程，在课程体系中具有基础性和引导性作用。本文基于OBE 理念，开展了智能采矿导论课程教学实践。围绕人才培养目标及课程对毕业要求的支撑关系，重构课程教学目标，结合课程教学内容，设计教学方式及学习要求，最后开展课程目标达成度评价，确定后续课程教学改进的方向，实现了课程教学的闭环，保证了教学产出与教学过程的一致性。OBE理念指导下的专业课程建设将成为智能采矿工程课程教学改革的重要方向之一。