基于全過程管理的礦業系統工程課程教學改革與實踐

朱權潔 劉曉云 趙啟峰 朱斯陶 劉曉輝 姬月虎 師皓宇

摘? 要：隨著智慧礦山建設的快速發展，新興采礦技術已經超出了采礦專業課程體系和學生的認知水平。礦業系統工程課程作為專業基礎課，需要根據當前行業形勢積極改革，針對礦業系統工程知識點多、抽象復雜、理解難度大等問題，提出引入MATLAB軟件，建立案例導向式教學方法，通過對知識點的梳理和模塊化，引導學生全程參與“預習-學習-復習-應用”，使學生能夠學以致用、以用促學。實踐結果表明，該方法能夠獲得活躍的課堂氛圍，充分發揮學生的自主學習能力，一定程度提升該課程的教學質量。

關鍵詞：礦業系統工程;教學改革;MATLAB;采礦工程

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）27-0131-06

Abstract： With the rapid development of intelligent mine construction， the emerging mining technology has exceeded the course system and students' cognition level of mining specialty. As a professional basic course， "Mining System Engineering" （MSE） should be reformed according to the current industry situation. In view of the MSE knowledge points， abstract complex， difficult to understand and other problems， the introduction of MATLAB software， the establishment of case-oriented teaching method， through the combing and modularization of knowledge points， guide students to participate in the whole process of "preview-learning-review-application"， so that students can learn to use， to promote learning. The practice results show that this method can obtain an active classroom atmosphere， give full play to students' autonomous learning ability， and improve the teaching quality of this course to some extent.

Keywords： Mining Systems Engineering; educational reform; MATLAB; mining engineering

近幾十年來，計算機技術、運籌學、系統科學等得到了跨越式發展，這為解決復雜的礦業工程問題，如系統規劃與設計、系統評價、預測、可靠性分析、計算機仿真與優化等帶來了契機，礦業系統工程正是基于此背景應運而生。以采礦方法選取為例，這些問題既屬于典型的采礦工程問題，又隸屬于多因素、動態、復雜的系統工程問題，因為無法從定量角度完全表述這類問題，如果僅僅以經驗或是定性來分析將會影響選擇的準確性和精確性。礦業系統工程是人們在長期的采礦實踐過程中，運用各種科學知識，不斷揭示出采礦活動的內在規律、發展出相應技術手段，進而逐步形成的礦業工程技術，如礦山地質、采礦方法、礦山通風、機電等領域[1]。

20世紀60年代是礦業系統工程形成的初步階段。隨著計算機技術和系統工程理論等的快速發展，礦業系統工程也得到了長足發展?，F如今，隨著物聯網、云計算等新一代信息技術的發展及其在礦業領域的應用，以透徹感知、深度互聯、智能應用為特征的智慧地球理念應運而生。因而，在自動化礦山、數字化礦山的基礎上，迫切需要創新管理模式和技術手段，以建設綠色、智能和可持續發展的智慧礦山[2]。例如自動化采掘裝備、智能化調度系統、生產系統優化等技術的出現，已經超出了原有采礦工程專業學生的認知水平，這也迫切要求采礦專業學生在掌握基礎理論的同時，積極涉獵與之相關的計算機技術、信息網絡技術等。

礦業系統工程作為采礦工程專業的專業基礎課，在本科生培養方案中起到重要作用，尤其是當前礦山智能化進程中，系統工程理論不可或缺。在這樣的背景之下，華北科技學院采礦工程系積極嘗試、持續改進，嘗試以多元化的教學方式，引入專業性軟件理論與實踐相結合，對礦業系統工程的教學模式進行改進，以期獲得良好的教學效果。

一、課程教學需求與改革思路

（一）教學目的和任務

礦業系統工程為我校采礦工程專業（本科）專業基礎課，總學時：32學時，學分：2.0，考核方式：考查。課程所選用的教材為由張俊文、查文華、魏世明主編、中國礦業大學出版社出版的《礦業系統工程》。該教材為“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材，具備內容廣泛、案例豐富的特點，突出培養學生分析及解決問題的能力。在教學方法方面，該課程以講授為主，穿插提問、練習和討論，并結合討論式、協作式等教學方法。在教學手段方面，主要包括以下三個方面：多媒體課件、板書;以大量隨堂測試教學（MATLAB）;引入動畫、三維立體模型等生動演示。

礦業系統工程是采礦學與系統工程相結合的產物，近年來發展迅速，已形成頗具特色的一個新興學科分支，是應用系統工程的理論去解決采礦實際問題。隨著運籌學、系統工程學和計算機技術的發展，礦井開采中許多生產技術問題，采用系統優化和系統模擬的方法，以論證采礦系統的合理性和改進策略，例如進行采區、礦井設計方案和主要參數的最優選擇，安排保證正常生產的工作面和采區的接替計劃等。本課程的開設在于為學生運用系統工程的基本理論及方法去解決采礦實際問題。本課程的任務是使學生通過典型示例掌握礦業系統工程，而對于采礦實際問題，把握如何建立模型和求解模型的一般規律和方法。