信息化時(shí)代采礦工程專業(yè)巖體測試課程教學(xué)改革思考

劉建坡 白瑞雪 鄒瑞凌

[摘 要] 隨著信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，巖體測試技術(shù)在礦產(chǎn)資源開采信息化、無人化、智能化過程中發(fā)揮著越來越重要的信息和數(shù)據(jù)支撐作用。結(jié)合采礦工程專業(yè)巖體測試技術(shù)的教學(xué)體會，分析當(dāng)前巖體測試課程在師資力量、教材建設(shè)、教學(xué)方法等方面存在的問題，以培養(yǎng)學(xué)生主動思考、敢于實(shí)踐、善于總結(jié)的綜合素質(zhì)能力為目標(biāo)，探討提高教學(xué)效果的措施及方法。

[關(guān)鍵詞] 高等教育;采礦工程;巖體測試;信息化;教學(xué)改革

[基金項(xiàng)目] 東北大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目“面向智能、綠色和深部金屬采礦的人才培養(yǎng)體系構(gòu)建”

[作者簡介] 劉建坡（1982—），男，河北保定人，工學(xué)博士，東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院副教授，博士生導(dǎo)師，主要從事礦山開采安全監(jiān)測與防控方面的教學(xué)與科研工作;白瑞雪（1997—），男，山西忻州人，東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院2016級采礦工程專業(yè)本科生;鄒瑞凌（1998—），男，湖南長沙人，東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院2016級采礦工程專業(yè)本科生。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）31-0206-03? ? [收稿日期] 2020-02-07

伴隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對于礦產(chǎn)資源的需求日益增長，我國礦產(chǎn)資源開采逐步向深部發(fā)展。習(xí)近平總書記在2016年發(fā)表重要講話，提出“向地球深部進(jìn)軍”，采礦工程行業(yè)也形成了信息化、無人化、智能化的發(fā)展共識，這對新時(shí)期采礦工程專業(yè)相關(guān)課程的教學(xué)提出了新的要求。對于高等教育來說，如何培養(yǎng)適應(yīng)新一輪科學(xué)技術(shù)革命和知識經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)的卓越工程人才，是新時(shí)期采礦專業(yè)教學(xué)改革所必然面對的挑戰(zhàn)。

概括講，采礦活動是如何安全合理的破壞巖體（采出礦石）和防止巖體發(fā)生不必要的破壞（地壓災(zāi)害防控）。采礦學(xué)等開采設(shè)計(jì)類課程教授如何合理的破壞巖體，巖石力學(xué)等基礎(chǔ)理論類課程指導(dǎo)如何防止巖體發(fā)生不必要的破壞。巖體測試技術(shù)等課程是采礦工程和巖石力學(xué)課程的橋梁和紐帶，為采礦活動和災(zāi)害防控提供重要的數(shù)據(jù)信息支撐。在信息技術(shù)日新月異發(fā)展的今天，巖體測試技術(shù)在信息化數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)智能分析處理方面取得了長足進(jìn)步。如果采用傳統(tǒng)的知識內(nèi)容體系和授課方式，將遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代礦產(chǎn)開采的需求，亟待積極開展巖體測試課程的改革與實(shí)踐，培養(yǎng)適應(yīng)采礦信息化和智能化發(fā)展要求的專業(yè)人才。

一、目前采礦工程巖體測試課程教學(xué)面臨的問題

1.重視程度不夠。從目前的情況來看，不管是教師還是學(xué)生，普遍對巖體測試課程的重視程度不夠。采礦專業(yè)是工程實(shí)踐應(yīng)用超前于基礎(chǔ)理論研究的學(xué)科，因此采礦學(xué)等面向工程現(xiàn)場的課程一直為采礦工程專業(yè)教師和學(xué)生所重視。此外，巖石力學(xué)等理論課程是許多學(xué)校考研的必備課程，也是大學(xué)本科期間學(xué)生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。相比之下，巖體測試課程作為巖石力學(xué)理論和采礦設(shè)計(jì)必要數(shù)據(jù)支撐的重要性卻往往被忽視。巖體測試可以為礦山的開采設(shè)計(jì)工作提供必要的基礎(chǔ)參數(shù)，例如礦石和巖石的硬度、強(qiáng)度，巖體的完整性、穩(wěn)固程度、破碎情況等。缺少了這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，礦山開采則沒有設(shè)計(jì)依據(jù)。同樣，巖石力學(xué)理論研究只有與實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對照校驗(yàn)才能日益成熟與可靠。

在通識教育被日趨重視的今天，采礦工程專業(yè)課程的學(xué)分總數(shù)持續(xù)被壓縮，而地位相對較低的巖體測試課程的學(xué)分被壓縮得更為明顯，這就造成學(xué)生在選課過程中通常會忽視這種低學(xué)分的課程，經(jīng)常導(dǎo)致該課程因選修人數(shù)不足而無法開課。另一方面，教師對于該類課程不重視，往往體現(xiàn)在考核要求低，不會過高要求學(xué)生，給學(xué)生造成“混混就能過”的錯(cuò)覺。實(shí)踐課程設(shè)計(jì)過于簡單，且實(shí)踐課程的評分在很大程度上是由教師主觀決定的，從而使得學(xué)生潛意識中忽視了該課程。

2.教師的知識儲備和工程實(shí)踐能力不足。巖體測試課程所涉及的知識范圍非常廣泛，涉及采礦設(shè)計(jì)理論、巖石力學(xué)理論、電子信息技術(shù)、測試與控制技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)等多學(xué)科。教師只有在這些學(xué)科領(lǐng)域均有所涉獵，融會貫通，才能更好地將知識傳授給學(xué)生。巖體測試課程的教師往往畢業(yè)于采礦工程專業(yè)，僅僅在采礦設(shè)計(jì)理論和巖石力學(xué)理論方面有一定的知識儲備，缺乏其他相關(guān)信息科學(xué)技術(shù)的知識積累，對教材中的知識不能完全吃透，在授課過程中經(jīng)常照本宣科，從而造成課堂活躍度差，學(xué)生的學(xué)習(xí)效率低下。

此外，在掌握多學(xué)科知識的基礎(chǔ)上，該類課程對于教師的實(shí)踐能力要求也極高。如果教師沒有經(jīng)歷過大量的試驗(yàn)操作過程和現(xiàn)場的實(shí)際測試，對于該課程很多知識的了解就只能浮于表面。在絕大多數(shù)高校中，許多青年教師往往是“從校門走向校門”的年輕博士[1]。這些年輕教師偏重理論知識，缺乏工程實(shí)踐能力。教師自身的水平不足，更遑論教導(dǎo)學(xué)生，這直接導(dǎo)致了學(xué)生工程實(shí)踐能力偏低，不能滿足畢業(yè)后進(jìn)入礦山現(xiàn)場開展巖體測試工作的需要，或者攻讀研究生開展實(shí)驗(yàn)工作的需要。全國政協(xié)委員錢峰院士一語道破，我國工科教師隊(duì)伍“非工化”趨向日益明顯，工程設(shè)計(jì)和實(shí)踐教育嚴(yán)重缺失，這一狀況亟待扭轉(zhuǎn)[2]。

3.教材建設(shè)相對落后。目前關(guān)于巖體測試技術(shù)的教材并不少見，但是教材內(nèi)容整體上比較陳舊。最近二十年，伴隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，涌現(xiàn)出以智能監(jiān)測技術(shù)、大數(shù)據(jù)智能分析、無線通信技術(shù)為代表的諸多新的巖體測試手段。這些新技術(shù)、新方法在教材中鮮有體現(xiàn)，即使部分教材有關(guān)于最新研究成果及技術(shù)的介紹，也缺乏系統(tǒng)性和前瞻性。例如微震監(jiān)測技術(shù)，國外從上世紀(jì)80年代開始研究并在礦山應(yīng)用，而在國內(nèi)經(jīng)過近20年的發(fā)展并應(yīng)用于40余座地下金屬礦山。然而，這種礦山安全管理中廣泛應(yīng)用的巖體安全監(jiān)測技術(shù)在教材中卻很少被提及。

采礦工程專業(yè)在信息化和智能化方面遠(yuǎn)落后于其他行業(yè)，例如航天工業(yè)、交通行業(yè)等。所謂“上天容易入地難”，鑒于礦巖體地質(zhì)條件的復(fù)雜性，更需要先進(jìn)的測試技術(shù)為開采設(shè)計(jì)和理論研究提供相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。因此，相對應(yīng)的巖體測試教材必須引入最新的信息化和智能化方面的內(nèi)容。同時(shí)，考慮到當(dāng)今信息技術(shù)發(fā)展日新月異，巖體測試教材需要加快更新速度，保證學(xué)生所掌握的測試技術(shù)和方法能夠緊跟信息化時(shí)代步伐。

4.教學(xué)方法亟待改進(jìn)。多年來，大多數(shù)高校在采礦工程巖體測試課程上的教學(xué)方法仍是以理論知識為主，對于大量的傳感器知識、多樣的測試設(shè)備及技術(shù)，學(xué)生如果不實(shí)際操作，學(xué)習(xí)起來枯燥乏味。“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”，尤其對于像巖體測試這類實(shí)踐性與應(yīng)用性極強(qiáng)的課程，更多的應(yīng)是教導(dǎo)學(xué)生親自上手試驗(yàn)，這樣才能讓學(xué)生們加深對實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)過程的理解，提高學(xué)生們的動手能力。部分高校在此類課程中設(shè)置一定的實(shí)驗(yàn)課時(shí)，但是實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量有限且陳舊，更新迭代緩慢，實(shí)驗(yàn)課上常常出現(xiàn)十多人操作一臺設(shè)備的場景。在這種情況下，教師費(fèi)心又費(fèi)力，學(xué)生浪費(fèi)了大量時(shí)間，上課效果也不盡人意。除此之外，一些高校即使購買了最新的儀器設(shè)備，也不會留給學(xué)生課上使用，主要是因?yàn)檫@些儀器設(shè)備精密的同時(shí)也易損壞，又因大部分是在國外采購，消耗和修復(fù)成本較高。部分高校對于實(shí)踐類課程的輕視，造成了學(xué)生難以接觸到最新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，認(rèn)為只要大概了解這些實(shí)驗(yàn)就可以了。在考試過程中，實(shí)驗(yàn)課的分?jǐn)?shù)也無足輕重，這樣的結(jié)果只會培養(yǎng)出眼高手低的工科畢業(yè)生。采礦工程作為典型工程學(xué)科，更應(yīng)該注重培養(yǎng)采礦專業(yè)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，讓其理論更加契合實(shí)踐，向社會輸送滿足社會需求的工程技術(shù)人才。

二、巖體測試課程教學(xué)改革思考

1.加強(qiáng)教師和學(xué)生的重視程度，提高教師綜合能力。采礦專業(yè)教研組應(yīng)做好頂層設(shè)計(jì)，從不同角度引導(dǎo)、激發(fā)學(xué)生對于巖體測試課程的學(xué)習(xí)興趣和熱情。例如：在課程教學(xué)大綱修（制）訂過程中增加巖體測試課程的學(xué)時(shí)和學(xué)分，以引起學(xué)生對該課程的重視;在大學(xué)一年級的采礦工程概論課程中，采礦專業(yè)知名教授在授課時(shí)應(yīng)有意加強(qiáng)引導(dǎo)，使學(xué)生認(rèn)識到巖體多源數(shù)據(jù)信息對于采礦設(shè)計(jì)和巖石力學(xué)理論研究的重要支撐作用。另外，教師要講好巖體測試課程的第一堂課[3]，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到信息化時(shí)代采礦工程領(lǐng)域?qū)τ趲r體測試技術(shù)的迫切需求，尤其是在數(shù)字化礦山、智能礦山建設(shè)和深部礦產(chǎn)資源開采災(zāi)害防控方面，巖體測試技術(shù)會發(fā)揮越來越重要的作用。在師資能力提升方面，應(yīng)注重培養(yǎng)青年教師的實(shí)驗(yàn)動手能力和工程現(xiàn)場測試能力，使得青年教師對于課程所涉及的傳感器、測試技術(shù)、儀器設(shè)備能夠熟練操作，并具有一定的工程現(xiàn)場測試經(jīng)驗(yàn)。主講教師應(yīng)由具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的教師擔(dān)任，青年教師在學(xué)習(xí)觀摩2～3年之后方可獨(dú)立承擔(dān)授課任務(wù)。另外，教師應(yīng)主動承擔(dān)相關(guān)的科研任務(wù)，閱讀最新的科研成果文獻(xiàn)，修煉內(nèi)功，掌握多學(xué)科領(lǐng)域知識，緊跟信息化時(shí)代的知識更迭速度，保證所教授知識的時(shí)效性和新穎性，從而調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)他們自主學(xué)習(xí)的內(nèi)生動力。

2.提升教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)教材建設(shè)。教學(xué)內(nèi)容和教材建設(shè)均應(yīng)在采礦工程信息化建設(shè)基礎(chǔ)上保持一定的超前性。教學(xué)內(nèi)容應(yīng)以測試目的為導(dǎo)向進(jìn)行分解教學(xué)，例如：教學(xué)內(nèi)容可以分為礦巖物理力學(xué)性質(zhì)的測定、開采過程的巖體結(jié)構(gòu)、應(yīng)力、變形、開裂、能量、振動、空區(qū)等信息的采集與觀測，等等，講解清楚每種參數(shù)信息與采礦工藝和巖石力學(xué)理論的關(guān)系，使學(xué)生了解所測試信息的應(yīng)用目的，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性和能動性。教師應(yīng)廣泛收集典型測試技術(shù)和測試方法的工程應(yīng)用案例，并將其他相近專業(yè)例如土木工程、隧道工程、水電工程等領(lǐng)域最新的測試技術(shù)引入到采礦專業(yè)的教學(xué)中，使得教學(xué)內(nèi)容具有前瞻性、全面性和適用性。

由于巖體測試技術(shù)、方法和設(shè)備的多樣性和復(fù)雜性，如果全部寫入教材，教師教授和學(xué)生學(xué)習(xí)將缺乏側(cè)重點(diǎn)，導(dǎo)致學(xué)習(xí)的盲目性。教材編寫應(yīng)考慮測試信息技術(shù)的發(fā)展，舍去陳舊落后的測試技術(shù)，吸收最新的研究成果，例如最新的傳感器技術(shù)、儀器設(shè)備、測試方法、數(shù)據(jù)無線傳輸技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等，并形成系統(tǒng)化的知識結(jié)構(gòu)，保證學(xué)生所學(xué)能夠適應(yīng)礦山信息化建設(shè)的需要。

3.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)，改進(jìn)教學(xué)方法。巖體測試課程應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力為核心教學(xué)目標(biāo)。在傳授相關(guān)測試?yán)碚撝R的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)、補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)器材和測試設(shè)備，盡可能保證每位學(xué)生有條件獨(dú)立操作實(shí)驗(yàn)和測試設(shè)備。在考核過程中，提高實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析能力測評分?jǐn)?shù)所占比重，注重培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程提出問題、分析問題和解決問題的能力。此外，在有條件的情況下將物理實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場測試過程制作成視頻或者仿真軟件，增強(qiáng)授課的生動性和趣味性。另一方面，教師可以結(jié)合自己的工程現(xiàn)場科研項(xiàng)目，在保證學(xué)生安全的前提下，帶領(lǐng)學(xué)生赴礦山現(xiàn)場開展實(shí)地測試工作，或邀請?jiān)O(shè)計(jì)院和礦山企業(yè)具有豐富測試經(jīng)驗(yàn)的人員為學(xué)生授課，拓展學(xué)生的思維和眼界。教師還可以將自己的研究成果與授課內(nèi)容相結(jié)合，鼓勵(lì)學(xué)生閱讀巖體測試技術(shù)方面的期刊文獻(xiàn)，并以小組的形式開設(shè)一系列關(guān)于最新測試技術(shù)及應(yīng)用案例的研討課，作為教材內(nèi)容的有益補(bǔ)充，培養(yǎng)學(xué)生主動思考和善于總結(jié)分析的綜合素質(zhì)能力。

在信息化、智能化和數(shù)據(jù)化技術(shù)快速發(fā)展的今天，特別是采礦工程專業(yè)信息化水平較其他行業(yè)存在較大差距的情況下，巖體測試課程應(yīng)該在采礦工程專業(yè)高等教育過程中發(fā)揮引領(lǐng)作用，培養(yǎng)適應(yīng)礦山信息化、無人化、智能化發(fā)展目標(biāo)的復(fù)合型人才，促進(jìn)我國采礦模式從粗放型向數(shù)字精細(xì)化、信息智能化、自動無人化方向發(fā)展，為我國礦產(chǎn)資源開發(fā)向深部進(jìn)軍提供重要的數(shù)據(jù)支撐和信息保證。

參考文獻(xiàn)

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