基于OBE 理念的智能采礦導論課程教學實踐

郭兵兵，吳金剛，張蓓，郭軍杰，陳國祥

（1.河南工程學院 資源與安全工程學院，河南鄭州 451191；2.鄭州城市職業學院 建筑工程學院，河南鄭州 452300）

OBE（Outcomes-Based Education，產出導向教育）理念起源于美國[1]。后來，OBE 理念得到國際高等教育界的廣泛認同，并將其作為工程教育認證標準的理念之一。我國是工程教育學位互認協議——《華盛頓協議》的正式成員。隨著我國工程教育認證的全面推進，OBE 理念作為工科類教育改革的重要方向，引起了學者的高度關注，并取得眾多具有中國特色的研究成果。比如：趙明洲等[2]運用OBE 理念分析了地方院校采礦工程專業人才培養中的不足，并針對人才培養目標、畢業要求與課程體系、師資隊伍、教學支持條件、持續改進機制等方面提出了具體的改革措施；周愛桃等[3]提出用OBE 理念改進巖石力學與礦山壓力課程教學，初步探討了OBE 理念下的巖石力學與礦山壓力課程教學改革；曹先革等[4]介紹了基于學習產出教育范式的在線開放課程資源結構及其在數字地形測量學的具體應用情況，薛鵬等[5]研究了OBE 理念在工科類實驗室開放中的實踐應用，李回貴等[6]針對礦山巖石力學課程教學存在的問題，開展了基于OBE 理念的礦山巖石力學課程教學改革與實踐；易懷安等[7]構建并實踐了OBE理念下的理論力學課程過程考核體系。

智能采礦是當今科技發展趨勢下采礦工程發展的新階段，加之采礦行業亟需一批具備采礦、網絡與軟件、信號通信和人工智能等知識與技能的復合型人才[8-9]，故培養適應國家社會發展需要、滿足產業升級需求的新型采礦復合型人才成為智能采礦工程專業的重要使命與責任。現階段，基于OBE 理念的礦業類等學科的課程建設改革研究方興未艾[10-13]。礦業類學科及專業教師應積極發展行業特色，有效開展專業課程改革與實踐，落實立德樹人根本任務，培養智能采礦新型人才。作為智能采礦工程專業的基礎必修課程，智能采礦導論課程融合了采礦技術與新一代信息技術的相關內容，涉及面廣、知識點多，有一定的學習難度[14]。同時，智能采礦導論課程作為專業導論課，承擔著幫助學生形成系統的專業認識，堅定專業信心，提高專業興趣，初步培養學生創新意識和科學探索精神的作用。本文在闡述相關背景的基礎上，對基于OBE理念的智能采礦導論課程教學實踐加以論述。

1 OBE 理念的內涵與實施步驟

盡管國內對OBE 理念的定義眾多，但其核心內涵基本是相同的，即基于對利益相關方（雇主企業、畢業生、在校生和學生家長等）的調查，并依據服務區域的經濟社會發展需求及所在行業的技術發展要求綜合確定人才培養目標（畢業3～5 年后），進行反向設計。以人才培養目標為起點，確定學生畢業時期望達到的學習效果（畢業要求），再將畢業要求細化分解到指標點。根據指標點構建課程體系，設計具體課程目標，確定具體課程教學內容及教學環節，評價具體課程教學效果及目標達成，最后依據目標達成情況持續改進教育教學過程。

OBE 理念的實施可分為工程專業人才培養層面和專業課程教學層面。在工程專業人才培養層面，實施OBE 理念應按照“需求（社會需求、行業需求和人才發展需求）→培養目標→畢業要求→課程體系→需求”閉環，以人才培養目標為綱，實現人才培養目標與教育過程的一致性。在實施過程中，教師必須對學生畢業時要達到的能力、水平及素質有清晰的預期目標，然后再不斷尋求設計適宜的教育過程（課程體系、教學內容及教育環節），保證學生通過學習和實踐能達到預期目標，學生培養目標達成（產出導向）是驅動教學實施的內在動力。

OBE 理念落實到具體課程上，實施過程包括5個步驟：第一，明確課程的教學產出（教學目標）；第二，以教學產出設計教學過程；第三，教學過程有效實施；第四，對教學產出的評價（教學目標達成度評價）；第五，針對薄弱環節持續改進，形成閉環，進行下一輪教學。同時，教師應對課程教學目標有清晰準確的認識，然后設計適宜的教學過程（教學內容、教學環節及課程考核），保證學生通過課程學習過程能夠達到預期教學目標，課程教學目標達成（最終產出）是驅動教學過程運作的內在動力。

在OBE 理念下，課程教學更加關注最終產出，即學生知識、能力和素質方面的獲得，以學有所得、學有所成為最終目標。同時，課程教學目標不是一成不變的，應根據課程目標達成度，不斷增加課程目標難度和挑戰度，引導學生實現更高目標，促使教師持續改進教學過程。

2 基于OBE理念的智能采礦導論課程教學實踐

保證課程教學質量是實現人才培養目標的重要途徑，故筆者擬在專業課程教學層面，基于OBE 理念，圍繞復合型人才培養目標，從以下4 個方面對智能采礦導論課程教學實踐加以論述。

2.1 教學目標

智能采礦工程專業旨在培養適應國家和區域社會經濟發展需要，德、智、體、美、勞全面發展，基礎牢固、專業面向寬，具有扎實的自然科學基礎和煤炭等固體礦床智能開采的基礎理論及專業知識，具有較強創新精神和創新能力，能適應采礦工程及其智能化領域的需要，從事建設與評估、生產與管理、設計與施工、開發與研究等工作的復合型人才。之后通過5 年左右實際工作的鍛煉和發展，畢業生能夠成長并達到以下目標：具有良好人文科學素養、強烈的社會責任感和工程職業道德，樹立正確的價值觀和勞動觀；具有一定國際視野、寫作和表達能力，能在多學科和跨文化工作環境中與團隊成員、同行和社會公眾溝通和交流；能運用管理與經濟決策方法，能履行項目負責人職責，組織、協調和指揮團隊開展工作；在工程實踐中有獨立的觀點，對復雜的采礦工程問題進行研究和方案設計，不斷更新知識和技能，適應未來發展；達到中級職稱水平，具備采礦工程師的專業技能，有科學的思維及方法和可持續發展意識，能夠勝任采礦工程專業技術崗位及管理崗位，能夠獨立解決智能開采的建設評估、工藝設計、生產運營、安全管理和科學研究等方面的問題，在工程實踐中，能夠綜合考慮社會、法律、經濟和環境等多方面因素的影響。

智能采礦導論課程可根據智能采礦工程專業人才培養目標及學生畢業后達成目標，構建課程對畢業要求的支撐關系，如表1 所示。

表1 課程對畢業要求的支撐關系

根據智能采礦導論課程對畢業要求的支撐關系，基于OBE 理念，重構后的教學目標如下。課程目標①：掌握采礦基本概念及知識，智能礦山系統的基本概念及組成；認識智能化采掘工作面基礎理論與關鍵技術；了解智能采礦技術發展現狀等（對應指標點1.4）。課程目標②：應用采礦基礎理論及知識，分析礦井生產系統及智能礦山系統（對應指標點2.1）。課程目標③：應用采礦工程基本研究方法及理論，開展對采礦工程問題的研究分析（對應指標點4.1）。思政目標：形成系統的專業認識，提升學習專業課程的興趣和信心，初步培養創新意識和科學探索精神，樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀。

2.2 教學內容

智能采礦導論課程教學內容主要包括：緒論、煤礦地質與礦井開拓、巷道掘進、采煤方法與工藝、礦山壓力、礦井通風與安全、采煤機械與智能裝備、智能礦山系統、智能化工作面基礎理論與技術、礦山物聯網、數字孿生與虛擬現實技術、煤礦機器人和露天礦智能開采等。具體教學內容如下。

緒論包括：采礦工程的內涵、采礦工程特點，采礦技術發展現狀、采礦裝備發展現狀，河南工程學院采礦工程專業發展現狀、采礦人才培養情況、采礦知識結構及課程、課程主要內容及要求。

煤礦地質與井田開拓包括：煤炭的形成、巖石組成及分類、地質作用與地質構造，井田開拓基本概念、礦井生產系統、礦井主要開拓方式。

巷道掘進、采煤方法與工藝包括：巷道分類與作用、巷道掘進方法、巷道支護方式，采煤方法基本概念、采煤方法分類及發展，采煤工藝基本概念、爆破采煤與普通機械化采煤、綜合機械化采煤、智能綜采工作面，礦山壓力基本概念、采場覆巖移動變形。

礦井通風與安全包括：礦井通風的基本概念、礦井通風方法、礦井通風方式，礦井災害基本概念、礦井災害類型、礦井災害的防治。

智能礦山系統包括：智能礦山基本概念、智能化技術基礎、智能礦山組成與架構，智能煤礦系統、智能綜采工作面、智能露天礦山系統。

智能綜采工作面理論與技術包括：綜采工作面“三機”配套，采煤機智能控制、自適應截割技術、自主定位技術、狀態控制技術，液壓支架智能控制、液壓支架姿態感知、支架電液控制系統，刮板輸送機智能技術、變頻調速軟啟動、鏈條張力自動控制，三機遠程視頻監控、煤礦監控系統、可視化遠程干預技術、遠程可視化監控技術。

智能掘進工作面理論與技術包括：掘進工作面破巖理論、智能掘進工作面工藝及控制系統，掘進工作面智能控制關鍵技術、掘進機自動糾偏技術、智能專家控制技術、設備狀態動態管理。

礦山物聯網包括：物聯網的基本知識、礦山物聯網發展現狀、礦山物聯網組成，礦山物聯網架構、礦山傳感及接入技術、傳輸網技術、物聯網智能信息處理、云平臺技術。

數字孿生與虛擬現實技術包括：虛擬現實技術的發展過程與現狀、虛擬現實技術基礎、虛擬現實技術應用，數字孿生技術基本概念、數字孿生技術基礎等。

煤礦機器人包括：煤礦機器人基本概念、煤礦機器人發展現狀、煤礦機器人關鍵技術等。

露天礦智能開采包括：露天礦開采工藝及裝備、露天礦智能開采的關鍵技術、露天礦智能開采技術現狀。

2.3 教學目標達成

根據智能采礦導論課程對畢業要求的支撐關系，基于OBE 理念，重構了課程教學目標。為實現前述課程目標，針對具體教學內容，設計教學方式及確定各章節學習要求如下。

緒論教學采用課堂講授及觀看視頻的方式，支撐課程目標①和③。要求學生認識采礦工程的內涵及特點，了解采礦技術及裝備發展現狀，了解學校采礦工程專業發展，掌握采礦知識結構及課程體系，了解課程主要內容及要求，培養學生愛崗敬業的意識和新發展理念。

煤礦地質與井田開拓教學采用課堂講授和實驗室演示的方式，支撐課程目標①和②。要求學生認識煤炭的形成過程，掌握巖石組成及分類、地質作用與主要地質構造、井田開拓的基本概念、礦井生產系統組成，了解礦井開拓方式，培養學生馬克思主義哲學世界觀與方法論。

巷道掘進、采煤方法與工藝教學采用課堂講授和實訓中心操作的方式，支撐課程目標①和②。要求學生認識巷道的分類及作用，掌握巷道的掘進方法，認識采煤方法及采煤工藝，掌握綜合機械化采煤工藝過程，認識智能綜采工作面，掌握采場覆巖的移動變形，培養學生的創新意識與工程意識。

礦井通風與安全教學采用課堂講授和實訓中心操作的方式，支撐課程目標①、②和③。要求學生認識礦井通風的任務及作用，掌握礦井通風方法及主要方式，認識礦井災害的主要類型和防治要點，培養學生創新意識、安全生產與以人為本意識。

智能礦山系統教學采用課堂講授和實訓中心操作的方式，支撐課程目標①和②。要求學生認識智能礦山，掌握智能化技術基礎及智能礦山的組成，認識智能煤礦系統、智能綜采工作面、智能露天礦山系統，培養學生的創新意識。

智能綜采工作面理論與技術教學采用課堂講授和實訓中心操作的方式，支撐課程目標②和③。要求學生認識智能綜采工作面“三機”配套、采煤機智能控制技術，掌握自適應截割技術理論基礎；認識液壓支架智能控制，掌握理論刮板輸送機智能技術理論基礎，掌握液壓支架電液控制系統原理，認識“三機”遠程視頻監控和煤礦監控系統，掌握可視化遠程干預技術理論，培養學生科學探索方法、創新意識和道路自信。

智能掘進工作面理論與技術教學采用課堂講授和實訓中心操作的方式，支撐課程目標②和③。要求學生認識掘進工作面破巖理論，掌握智能掘進工作面工藝及控制系統，認識掘進機自動糾偏技術，理解智能專家控制系統，培養學生的創新意識。

礦山物聯網教學采用課堂講授和實驗室演示的方式，支撐課程目標①和②。要求認識礦山物聯網技術的發展現狀，掌握物聯網的基本知識和礦山物聯網的基本架構，認識礦山傳感及接入技術，了解傳輸網技術、礦山物聯網智能信息處理技術和云平臺技術，培養學生的創新意識和科學探索精神。

數字孿生與虛擬現實技術采用課堂講授和實驗室演示的方式，支撐課程目標①。要求學生了解虛擬現實技術的發展過程與現狀，認識虛擬現實技術基礎及其在礦山中的應用，認識數字孿生技術及其應用，培養學生的創新意識和科學探索精神。

煤礦機器人教學采用課堂講授和實驗室演示的方式，支撐課程目標①和③。要求學生掌握煤礦機器人基本概念，認識煤礦機器人發展現狀，了解煤礦機器人關鍵技術，培養學生的創新意識和科學探索精神。

露天礦智能開采教學采用課堂講授和觀看視頻的方式，支撐課程目標①。要求學生掌握露天開采工藝過程及主要裝備，熟悉露天礦智能開采發展現狀，了解露天礦智能開采的關鍵技術，培養學生的工程意識和道路自信。

2.4 課程考核

在OBE 理念下，課程考核本質上就是對教學產出的評價（教學目標達成度評價）。通過教學目標達成度評價，發現教學薄弱環節，在下一輪教學持續改進。教學產出評價是驅動教學過程運作的內在動力。

智能采礦導論課程考核（教學目標達成度評價）包括過程性考核和終結性考核（期末考核）。過程性考核方式有：課堂提問與討論、課程作業、課程實驗（實訓技能）等；終結性考核（期末考試）方式有：閉卷考試、課程論文、調研報告、開放試題和實驗報告等。 課程綜合成績構成如表2 所示。

表2 課程綜合成績構成表

課程考核結束后，課程目標達成度按照公式（1）計算，各考核方式對課程目標支撐權重如表3所示。根據課程目標達成情況，查找目標達成情況的薄弱點，分析原因，并針對下一輪課程教學進行整改提高，形成閉環，持續改進。

表3 各考核方式對課程目標支撐權重

式（1）中：O為課程目標的達成度；i為課程考核方式，i=1,2,3,4，分別代表課堂提問與討論、課程作業、課程實驗和期末考試；Ki為考核方式i對課程目標的支撐權重；Di為考核方式i的達成度。

3 結束語

智能采礦導論是智能采礦工程專業的導論課程，在課程體系中具有基礎性和引導性作用。本文基于OBE 理念，開展了智能采礦導論課程教學實踐。圍繞人才培養目標及課程對畢業要求的支撐關系，重構課程教學目標，結合課程教學內容，設計教學方式及學習要求，最后開展課程目標達成度評價，確定后續課程教學改進的方向，實現了課程教學的閉環，保證了教學產出與教學過程的一致性。OBE理念指導下的專業課程建設將成為智能采礦工程課程教學改革的重要方向之一。