礦業類“專業導論”課程內容與教學模式創新實踐

［摘 要］ 礦業類專業早期的艱苦、危險形象深入人心，導致礦業類學生的學習積極性不高，轉專業率、轉行率較高，而實際上新世紀以來，我國煤礦礦井面貌、工作環境、職業福利待遇有了極大改善。在詳細分析我國煤炭行業發展現狀及智能化建設成就的基礎上，借助智能礦山模型、VR虛擬礦山、視頻連線生產現場、畢業校友回校報告等方式改革教學模式，讓采礦專業學生客觀、詳細地了解采礦專業的重要性及行業現狀，有效提高了學生的學習效率，激發了學生的學習興趣，使采礦專業學生轉專業率、轉行率明顯下降。

［關鍵詞］ 采礦工程；專業導論；智能化礦井；教學模式

［基金項目］ 2022年度河南省專業學位研究生精品教學案例項目“現代采礦技術與智能裝備案例課程”（YJS2022AL029）；2021年度河南理工大學教育教學改革研究與實踐項目“智能采礦工程專業核心課程群建設與實踐”（2021JG100）

［作者簡介］ 袁瑞甫（1977—），男，河北保定人，博士，河南理工大學能源科學與工程學院教授，主要從事礦山壓力與控制研究；杜 鋒（1984—），男，安徽合肥人，博士，河南理工大學能源科學與工程學院講師，主要從事煤礦安全開采研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）19-0105-04 ［收稿日期］ 2023-04-17

引言

采礦工程是一門主要研究礦產資源開采理論與方法，開發采礦新技術的綜合性很強的學科，采礦專業培養的學生一般服務于礦產資源開采和利用。由于筆者所在學校采礦工程專業主要面向煤炭行業，本文以煤炭開采和煤炭行業為例研究礦業類“專業導論”課程的改革。

煤礦開采技術的創新發展需要眾多的煤炭專業人才，但是由于目前采礦工程專業課程缺少系統的“專業導論”教材，對煤炭從業人員的工作環境、生產安全及采礦工程的先進技術等介紹不夠到位，導致采礦專業學生對煤炭行業的認識還停留在技術落后、環境惡劣、條件艱苦的層面，從而對煤炭行業及學習的采礦工程專業形成認知偏差，導致部分學生不愿意學習和從事這方面的工作。其中還存在部分學生入學后便萌生了轉專業的想法，或者在畢業之后選擇轉行。這些原因都直接或間接地導致了采礦行業人才的缺失，也造成高等院校礦業類專業教師、教學資源的浪費，這對我國采礦行業的發展是極為不利的。為改變這一現狀，為采礦行業的發展培養更多、更好的高層次人才，亟須為新入學的采礦本科學生普及現代采礦知識，對現有礦業類“專業導論”教學內容、教學模式進行更新和改革。

一、教學內容改革

系統規劃了采礦工程“專業導論”課程的內容，且每年及時更新煤炭行業的最新動態和最新技術。內容主要包括：采礦工程的現狀和歷史、采礦工程的基本知識、智能采礦工程專業培養方案及采礦工程就業與讀研。

（一）采礦工程的現狀和歷史

煤炭是世界上最豐富、最廣泛和最經濟的一種能源。全球已探明的煤炭儲量為107 539億噸，包含81 300億噸的硬煤和26 229億噸的褐煤。我國煤炭資源豐富，截至2021年，我國煤炭總儲量為2 078.85億噸，分布廣泛，煤田面積約55萬平方公里，居世界產煤國家前列［1］。據中國煤炭工業協會調查統計，截至2021年6月，我國已建成千萬噸級煤礦72處，核定生產能力11.24億噸/年，截至2021年底，全行業建成一批智能化示范煤礦，建成800多個智能化采掘工作面，多種類型煤礦機器人在煤礦井下示范應用，推動了煤礦質量變革、效率變革、動力變革［2］。

中國煤礦開采技術發展歷史悠久，遠在2 000多年前的春秋時期，已能開鑿立井、斜井和平巷采取礦物；后經漢魏、唐宋，開采技術內容逐步充實，單井開采范圍有的超過100米。中國煤層賦存條件多樣，開采條件復雜，是世界上采煤方法最多的國家之一［3］。自20世紀50年代以來，經過70多年的采煤方法改革，中國發展了以長壁采煤法為主的采煤體系，逐步走上科學、正規、高效的采煤道路。

我國煤礦綜采機械化經過40多年的發展取得了歷史性的巨大成績，全國已基本實現煤礦機械化和綜采機械化，煤炭智能化開采技術實現了智能采掘，操作工可以遠程在智能化掘進集控室進行操作。2021年，全國原煤產量達41.3億噸，創歷史新高；同年底，全行業建成一批智能化示范煤礦，建成800個智能化采掘工作面，多種類型煤礦機器人在煤礦井下示范應用。

（二）采礦工程的基本知識

此部分內容是讓學生了解煤礦開采的基本知識，主要包括煤礦地質、井田開拓、準備方式及采煤方法等內容［4］，前三部分內容基本沒變，在此不再贅述。

采煤方法是指采煤工藝與回采巷道布置及其在時間上、空間上的相互配合［5］，重點介紹了智能化開采技術。我國煤層賦存條件多樣，開采技術條件各異，促進了采煤方法的多樣化發展。我國使用的采煤方法很多，是世界上采煤方法種類最多的國家。智能化開采技術是指采用具有感知能力、記憶能力、學習能力、決策能力的液壓支架、采煤機、刮板輸送機等裝備，以自動化控制系統為核心，以可視化遠程監控為手段，實現綜采工作面采煤全過程“無人跟機作業，有人安全巡視”的安全高效開采技術。這是信息化與工業化深度融合的基礎上煤炭開采技術的深刻變革，構建了煤礦創新發展、安全發展、可持續發展的全新技術體系。

采煤工作面是井工煤礦生產的核心，是煤礦智能化建設的最關鍵環節。綜采工作面以“三機”設備為核心，包括轉載、破碎、泵站、供電等一系列配套裝備，各裝備需要協同工作完成采煤任務，并面臨著生產環境移動、多變的復雜條件。自動化的綜采工作面需要為主要設備加裝各類傳感器、電控及數控系統，升級為智能化單機系統，然后將整個工作面設備聯網組成綜合管控平臺，利用操控軟件實現設備的協同控制。進一步來說，自動化綜采工作面升級為更高級的智能化工作面，需要將人工智能、工業物聯網、云計算、大數據、智能感知等與自動化采煤設備深度融合。

（三）智能采礦工程專業的培養方案

此部分內容重點介紹河南理工大學智能采礦工程專業的歷史和現狀、專業特點、培養目標、核心課程、學分學時及大學四年每學期的具體教學安排（即讓學生詳細了解這四年的課程“菜單”）。具體包括以下幾方面。

1.專業介紹。河南理工大學智能采礦工程專業于2021年獲教育部批準建設。該專業依托于學校傳統優勢專業采礦工程，前身可追溯到1909年的焦作路礦學堂礦冶組，具有百年建設歷程，是學校的傳統優勢專業，具有豐富的辦學經驗和文化積淀。采礦工程專業為國家級一流本科專業、國家級特色專業、國家級卓越工程師培養計劃試點專業、國家級專業綜合改革試點專業，具有學士、碩士、博士學位授予權，設有礦業工程博士后科研流動站，三次通過中國工程教育專業認證（學歷證書國際互認）［6］。

2.培養目標。智能采礦工程專業按照“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”的人才培養思路，培養具有社會責任感、健全人格、扎實基礎、寬闊視野、創新精神和實踐能力的德智體美勞全面發展的高素質創新型人才。要求畢業生掌握煤和非煤固體礦床開發建設的基本理論與方法、智能開采的基本原理和技術，具備智能采礦工程師的基本能力，能在礦產資源開發和智能開采領域從事工程設計與施工、生產運行與管理、技術研發與創新等方面的工作。

3.核心課程。智能采礦工程專業的核心課程為“采礦學”“智能開采技術”“巖體力學與工程”“礦山壓力智能感知與巖層控制”“井巷工程與智能掘進”“礦井智能通風與安全”“采礦系統工程”“礦山機械裝備及其智能化”“礦井通信與物聯網”。

（四）采礦專業的就業與讀研

采礦業本身是工業的龍頭行業，承擔著為工業企業提供能源及動力的重任，在國民經濟發展中有重要的地位。《煤炭工業“十四五”高質量發展指導意見》指出，“十四五”時期，煤炭在我國能源體系中的主體地位和壓艙石作用不會改變。

采礦工程專業畢業生可以在礦產資源調查，礦山開采，工程勘察、設計、施工、管理，地學信息處理等領域從事生產技術、科學研究、教學和管理等工作；另外，涉及各種礦產的工廠、進出口公司、國家相關部門均有就業機會。依據我校能源學院2020—2022年間554份本科畢業生樣本進行采礦工程專業就業形勢分析，就業行業主要分布在石油／化工／礦產／地質、專業服務、建筑／建材／工程。就業地區主要分布在河南、山東、山西、陜西等地區。

對于采礦工程專業的本科生而言，在考研時，首先必須了解該專業的特性。一般來說，采礦工程專業研究生招生的人數不是很多，進行碩士生招生的科研院所也不是很多。全國招生采礦工程專業碩士研究生的高校及科研院所只有36所，其中，一部分高校及科研院所是以一級學科礦業工程招生的［7］。

采礦工程專業的畢業生在以后的工作中可以考取結構工程師、土木工程師（巖土）、土木工程師（道路工程）、建造師、監理工程師、造價工程師、咨詢工程師、安全工程師、消防工程師、爆破工程技術人員等資格證書。

二、教學模式創新

課堂教學是高校教學的基本組織形式，在影響課堂教學質量的諸多因素中，教學模式是最主要的因素之一［8］。采礦工程專業的課程涉及技術性和理論性內容，針對學生的學習需求和興趣，“專業導論”課程在開展過程中引入了一些新的教學模式，包括融合式教學、開放式教學等，理論與實踐相結合的方式，讓學生能夠自主學習并參與到創新實踐中。

在課程開展過程中，開展了一系列實踐及參觀活動，帶領學生參觀了智能采礦、現代礦山模型，這對采礦專業的學生來說具有巨大的幫助，有助于學生了解有關采礦行業和現代技術的最新信息，豐富了他們關于采礦的理論知識和實踐知識。此外，還可以展示有關安全生產、機械設備使用、自動化控制技術、跟蹤管理系統等最新技術的細節，讓學生能夠更全面地掌握采礦技術并到實地進行實踐性研究。

得益于目前通信技術的飛速發展，在礦井下使用手機已不再是奢望。在礦井之下，煤礦工人如需與地面聯絡，可使用專用的礦用防爆手機，與在地面一樣接打電話、視頻對話。在課堂教學過程中，帶領學生與在礦井下工作的學長進行視頻通話，使其為學生現場講解礦井下真實的工作環境和工作過程，讓學生了解更加深入。

除此之外，基于采礦技術現狀，課程對未來的采礦場景進行了大膽地預測。未來人們將會把采礦行業延伸至太空之中，月球、火星及數之不盡的小行星上蘊含著大量的資源，足以解決人類數百萬年的需求。太空采礦目前還處于探索和發展初期，許多公司和政府機構正在投資并推動相關技術的發展。一些科學家和工程師認為太空采礦是未來可持續發展的關鍵領域之一，有望解決地球資源枯竭的問題，但是這還需要更多的技術突破和實踐經驗。目前已有許多國家的學者對太空采礦進行研究，希望在不遠的將來，在科幻電影中見到的太空礦場會變為現實。

三、教學效果

在互聯網背景下的教學模式創新中，通過網絡聯系，教師能夠組織更多、更適合學生學習的資源進課堂，可以制造各種更新的教學情景，采取更多的教學流程實施教學，讓整個教學更能達到目標。

總之，采用新的教學模式取得了良好的效果：（1）有效地提高了學習效率，提升了學生的參與度。學生可以在更短的時間內完成更多的學習任務，加深對知識的理解和吸收，取得更好的成績。（2）提高了學生的創新能力。鼓勵學生以創新的方式思考問題、解決問題，讓學生的思維更加開闊，學會利用現有資源，更好地發揮自己的潛力。（3）讓學生對采礦工程專業和煤炭行業有了更加全面、深入和客觀地認識，打消了因不了解本專業而產生的轉專業、轉行的想法，使更多對采礦專業有興趣的學生能夠投身采礦行業中。

結語

針對我國煤炭行業發展現狀和人才需求現狀、礦業類專業學生專業思想及就業問題，以煤炭類的采礦工程專業為例，進行了礦業類“專業導論”課程的內容更新和教學模式改革。（1）詳細分析了我國煤炭行業發展現狀及智能化建設成就。將采礦工程“專業導論”課程內容更新為采礦工程的現狀和歷史、采礦工程的基本知識、智能采礦工程專業培養方案及采礦工程就業與讀研等四部分。（2）借助了新開發的智能采礦、現代礦山模型、VR虛擬礦山等平臺，讓學生更直觀地了解了現代化礦井的真實狀況。利用先進的網絡和通信工具，與井下生產現場職工視頻連線，更真實地了解煤礦井下實際生產狀態及工作環境。邀請在現代化礦井工作的校友回校做報告，讓學生更詳細地了解煤礦職業的工作、生活情況。（3）經過課程改革，有效提高了學生的學習效率，提升了學生的參與度，激發了學習興趣，采礦專業學生轉專業率、轉行率明顯下降，學生對專業課程的學習積極性明顯提升，更多的采礦專業學生畢業后選擇投身采礦行業中。

參考文獻

［1］王國法，劉峰.中國煤礦智能化發展報告［M］.北京：科學出版社，2020：49.

［2］高玉潔.2021煤炭行業發展年度報告［R］.北京：中國煤炭工業協會，2022：1-3.

［3］吳曉煜.中國煤炭史志文庫：中國煤礦史讀本（古代部分）［M］ .北京：煤炭工業出版社，2013：1-2+256.

［4］李東印，袁瑞甫，周英.采煤概論［M］.3版.北京：應急管理出版社，2019：90+104.

［5］杜計平，孟憲銳.采礦學［M］.2版.徐州：中國礦業大學出版社，2014：20.

［6］《能源科學與工程學院史》編纂委員會.河南理工大學能源科學與工程學院史［M］.北京：應急管理出版社，2019：57-60.

［7］楊軍偉.采礦工程專業導論［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2017：74-91.

［8］趙作斌，牛換霞.開發·內化·創新：高校課堂教學模式新探［J］.中國高等教育，2019（Z2）：37-39.

Innovative Practice of Course Content and Teaching Mode of Introduction to Speciality in Mining

YUAN Rui-fua，b， DU Fenga，b

（a. School of Energy Science and Engineering， b. Collaborative Innovation Center of Coal Work Safety and Clean High Efficiency Utilization， Henan Polytechnic University， Jiaozuo， Henan 454000， China）

Abstract： The traditional hard， dangerous and backward image of mining majors is deeply rooted in the hearts of the people， which leads to the low learning enthusiasm of mining students， and the high rate of changing majors and changing careers. In fact， since the new century， the face， working environment and occupational welfare of coal mines in China have been greatly improved. Based on the detailed analysis of the development status of China’s coal industry and the achievements of intelligent construction， the teaching mode is reformed by means of intelligent mine model， VR virtual mine， video connection production site， graduate alumni back to school report， etc.， so that mining students can objectively and in detail understand the importance of mining specialty and the current situation of the industry， effectively improve their learning efficiency， their interest in learning， and their turnover rate has decreased significantly.

Key words： mining engineering; introduction to speciality; intelligent mine; teaching mode