矿业类“专业导论”课程内容与教学模式创新实践

［摘 要］ 矿业类专业早期的艰苦、危险形象深入人心，导致矿业类学生的学习积极性不高，转专业率、转行率较高，而实际上新世纪以来，我国煤矿矿井面貌、工作环境、职业福利待遇有了极大改善。在详细分析我国煤炭行业发展现状及智能化建设成就的基础上，借助智能矿山模型、VR虚拟矿山、视频连线生产现场、毕业校友回校报告等方式改革教学模式，让采矿专业学生客观、详细地了解采矿专业的重要性及行业现状，有效提高了学生的学习效率，激发了学生的学习兴趣，使采矿专业学生转专业率、转行率明显下降。

［关键词］ 采矿工程；专业导论；智能化矿井；教学模式

［基金项目］ 2022年度河南省专业学位研究生精品教学案例项目“现代采矿技术与智能装备案例课程”（YJS2022AL029）；2021年度河南理工大学教育教学改革研究与实践项目“智能采矿工程专业核心课程群建设与实践”（2021JG100）

［作者简介］ 袁瑞甫（1977—），男，河北保定人，博士，河南理工大学能源科学与工程学院教授，主要从事矿山压力与控制研究；杜 锋（1984—），男，安徽合肥人，博士，河南理工大学能源科学与工程学院讲师，主要从事煤矿安全开采研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）19-0105-04 ［收稿日期］ 2023-04-17

引言

采矿工程是一门主要研究矿产资源开采理论与方法，开发采矿新技术的综合性很强的学科，采矿专业培养的学生一般服务于矿产资源开采和利用。由于笔者所在学校采矿工程专业主要面向煤炭行业，本文以煤炭开采和煤炭行业为例研究矿业类“专业导论”课程的改革。

煤矿开采技术的创新发展需要众多的煤炭专业人才，但是由于目前采矿工程专业课程缺少系统的“专业导论”教材，对煤炭从业人员的工作环境、生产安全及采矿工程的先进技术等介绍不够到位，导致采矿专业学生对煤炭行业的认识还停留在技术落后、环境恶劣、条件艰苦的层面，从而对煤炭行业及学习的采矿工程专业形成认知偏差，导致部分学生不愿意学习和从事这方面的工作。其中还存在部分学生入学后便萌生了转专业的想法，或者在毕业之后选择转行。这些原因都直接或间接地导致了采矿行业人才的缺失，也造成高等院校矿业类专业教师、教学资源的浪费，这对我国采矿行业的发展是极为不利的。为改变这一现状，为采矿行业的发展培养更多、更好的高层次人才，亟须为新入学的采矿本科学生普及现代采矿知识，对现有矿业类“专业导论”教学内容、教学模式进行更新和改革。

一、教学内容改革

系统规划了采矿工程“专业导论”课程的内容，且每年及时更新煤炭行业的最新动态和最新技术。内容主要包括：采矿工程的现状和历史、采矿工程的基本知识、智能采矿工程专业培养方案及采矿工程就业与读研。

（一）采矿工程的现状和历史

煤炭是世界上最丰富、最广泛和最经济的一种能源。全球已探明的煤炭储量为107 539亿吨，包含81 300亿吨的硬煤和26 229亿吨的褐煤。我国煤炭资源丰富，截至2021年，我国煤炭总储量为2 078.85亿吨，分布广泛，煤田面积约55万平方公里，居世界产煤国家前列［1］。据中国煤炭工业协会调查统计，截至2021年6月，我国已建成千万吨级煤矿72处，核定生产能力11.24亿吨/年，截至2021年底，全行业建成一批智能化示范煤矿，建成800多个智能化采掘工作面，多种类型煤矿机器人在煤矿井下示范应用，推动了煤矿质量变革、效率变革、动力变革［2］。

中国煤矿开采技术发展历史悠久，远在2 000多年前的春秋时期，已能开凿立井、斜井和平巷采取矿物；后经汉魏、唐宋，开采技术内容逐步充实，单井开采范围有的超过100米。中国煤层赋存条件多样，开采条件复杂，是世界上采煤方法最多的国家之一［3］。自20世纪50年代以来，经过70多年的采煤方法改革，中国发展了以长壁采煤法为主的采煤体系，逐步走上科学、正规、高效的采煤道路。

我国煤矿综采机械化经过40多年的发展取得了历史性的巨大成绩，全国已基本实现煤矿机械化和综采机械化，煤炭智能化开采技术实现了智能采掘，操作工可以远程在智能化掘进集控室进行操作。2021年，全国原煤产量达41.3亿吨，创历史新高；同年底，全行业建成一批智能化示范煤矿，建成800个智能化采掘工作面，多种类型煤矿机器人在煤矿井下示范应用。

（二）采矿工程的基本知识

此部分内容是让学生了解煤矿开采的基本知识，主要包括煤矿地质、井田开拓、准备方式及采煤方法等内容［4］，前三部分内容基本没变，在此不再赘述。

采煤方法是指采煤工艺与回采巷道布置及其在时间上、空间上的相互配合［5］，重点介绍了智能化开采技术。我国煤层赋存条件多样，开采技术条件各异，促进了采煤方法的多样化发展。我国使用的采煤方法很多，是世界上采煤方法种类最多的国家。智能化开采技术是指采用具有感知能力、记忆能力、学习能力、决策能力的液压支架、采煤机、刮板输送机等装备，以自动化控制系统为核心，以可视化远程监控为手段，实现综采工作面采煤全过程“无人跟机作业，有人安全巡视”的安全高效开采技术。这是信息化与工业化深度融合的基础上煤炭开采技术的深刻变革，构建了煤矿创新发展、安全发展、可持续发展的全新技术体系。

采煤工作面是井工煤矿生产的核心，是煤矿智能化建设的最关键环节。综采工作面以“三机”设备为核心，包括转载、破碎、泵站、供电等一系列配套装备，各装备需要协同工作完成采煤任务，并面临着生产环境移动、多变的复杂条件。自动化的综采工作面需要为主要设备加装各类传感器、电控及数控系统，升级为智能化单机系统，然后将整个工作面设备联网组成综合管控平台，利用操控软件实现设备的协同控制。进一步来说，自动化综采工作面升级为更高级的智能化工作面，需要将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、智能感知等与自动化采煤设备深度融合。

（三）智能采矿工程专业的培养方案

此部分内容重点介绍河南理工大学智能采矿工程专业的历史和现状、专业特点、培养目标、核心课程、学分学时及大学四年每学期的具体教学安排（即让学生详细了解这四年的课程“菜单”）。具体包括以下几方面。

1.专业介绍。河南理工大学智能采矿工程专业于2021年获教育部批准建设。该专业依托于学校传统优势专业采矿工程，前身可追溯到1909年的焦作路矿学堂矿冶组，具有百年建设历程，是学校的传统优势专业，具有丰富的办学经验和文化积淀。采矿工程专业为国家级一流本科专业、国家级特色专业、国家级卓越工程师培养计划试点专业、国家级专业综合改革试点专业，具有学士、硕士、博士学位授予权，设有矿业工程博士后科研流动站，三次通过中国工程教育专业认证（学历证书国际互认）［6］。

2.培养目标。智能采矿工程专业按照“厚基础、宽口径、强能力、高素质”的人才培养思路，培养具有社会责任感、健全人格、扎实基础、宽阔视野、创新精神和实践能力的德智体美劳全面发展的高素质创新型人才。要求毕业生掌握煤和非煤固体矿床开发建设的基本理论与方法、智能开采的基本原理和技术，具备智能采矿工程师的基本能力，能在矿产资源开发和智能开采领域从事工程设计与施工、生产运行与管理、技术研发与创新等方面的工作。

3.核心课程。智能采矿工程专业的核心课程为“采矿学”“智能开采技术”“岩体力学与工程”“矿山压力智能感知与岩层控制”“井巷工程与智能掘进”“矿井智能通风与安全”“采矿系统工程”“矿山机械装备及其智能化”“矿井通信与物联网”。

（四）采矿专业的就业与读研

采矿业本身是工业的龙头行业，承担着为工业企业提供能源及动力的重任，在国民经济发展中有重要的地位。《煤炭工业“十四五”高质量发展指导意见》指出，“十四五”时期，煤炭在我国能源体系中的主体地位和压舱石作用不会改变。

采矿工程专业毕业生可以在矿产资源调查，矿山开采，工程勘察、设计、施工、管理，地学信息处理等领域从事生产技术、科学研究、教学和管理等工作；另外，涉及各种矿产的工厂、进出口公司、国家相关部门均有就业机会。依据我校能源学院2020—2022年间554份本科毕业生样本进行采矿工程专业就业形势分析，就业行业主要分布在石油／化工／矿产／地质、专业服务、建筑／建材／工程。就业地区主要分布在河南、山东、山西、陕西等地区。

对于采矿工程专业的本科生而言，在考研时，首先必须了解该专业的特性。一般来说，采矿工程专业研究生招生的人数不是很多，进行硕士生招生的科研院所也不是很多。全国招生采矿工程专业硕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级学科矿业工程招生的［7］。

采矿工程专业的毕业生在以后的工作中可以考取结构工程师、土木工程师（岩土）、土木工程师（道路工程）、建造师、监理工程师、造价工程师、咨询工程师、安全工程师、消防工程师、爆破工程技术人员等资格证书。

二、教学模式创新

课堂教学是高校教学的基本组织形式，在影响课堂教学质量的诸多因素中，教学模式是最主要的因素之一［8］。采矿工程专业的课程涉及技术性和理论性内容，针对学生的学习需求和兴趣，“专业导论”课程在开展过程中引入了一些新的教学模式，包括融合式教学、开放式教学等，理论与实践相结合的方式，让学生能够自主学习并参与到创新实践中。

在课程开展过程中，开展了一系列实践及参观活动，带领学生参观了智能采矿、现代矿山模型，这对采矿专业的学生来说具有巨大的帮助，有助于学生了解有关采矿行业和现代技术的最新信息，丰富了他们关于采矿的理论知识和实践知识。此外，还可以展示有关安全生产、机械设备使用、自动化控制技术、跟踪管理系统等最新技术的细节，让学生能够更全面地掌握采矿技术并到实地进行实践性研究。

得益于目前通信技术的飞速发展，在矿井下使用手机已不再是奢望。在矿井之下，煤矿工人如需与地面联络，可使用专用的矿用防爆手机，与在地面一样接打电话、视频对话。在课堂教学过程中，带领学生与在矿井下工作的学长进行视频通话，使其为学生现场讲解矿井下真实的工作环境和工作过程，让学生了解更加深入。

除此之外，基于采矿技术现状，课程对未来的采矿场景进行了大胆地预测。未来人们将会把采矿行业延伸至太空之中，月球、火星及数之不尽的小行星上蕴含着大量的资源，足以解决人类数百万年的需求。太空采矿目前还处于探索和发展初期，许多公司和政府机构正在投资并推动相关技术的发展。一些科学家和工程师认为太空采矿是未来可持续发展的关键领域之一，有望解决地球资源枯竭的问题，但是这还需要更多的技术突破和实践经验。目前已有许多国家的学者对太空采矿进行研究，希望在不远的将来，在科幻电影中见到的太空矿场会变为现实。

三、教学效果

在互联网背景下的教学模式创新中，通过网络联系，教师能够组织更多、更适合学生学习的资源进课堂，可以制造各种更新的教学情景，采取更多的教学流程实施教学，让整个教学更能达到目标。

总之，采用新的教学模式取得了良好的效果：（1）有效地提高了学习效率，提升了学生的参与度。学生可以在更短的时间内完成更多的学习任务，加深对知识的理解和吸收，取得更好的成绩。（2）提高了学生的创新能力。鼓励学生以创新的方式思考问题、解决问题，让学生的思维更加开阔，学会利用现有资源，更好地发挥自己的潜力。（3）让学生对采矿工程专业和煤炭行业有了更加全面、深入和客观地认识，打消了因不了解本专业而产生的转专业、转行的想法，使更多对采矿专业有兴趣的学生能够投身采矿行业中。

结语

针对我国煤炭行业发展现状和人才需求现状、矿业类专业学生专业思想及就业问题，以煤炭类的采矿工程专业为例，进行了矿业类“专业导论”课程的内容更新和教学模式改革。（1）详细分析了我国煤炭行业发展现状及智能化建设成就。将采矿工程“专业导论”课程内容更新为采矿工程的现状和历史、采矿工程的基本知识、智能采矿工程专业培养方案及采矿工程就业与读研等四部分。（2）借助了新开发的智能采矿、现代矿山模型、VR虚拟矿山等平台，让学生更直观地了解了现代化矿井的真实状况。利用先进的网络和通信工具，与井下生产现场职工视频连线，更真实地了解煤矿井下实际生产状态及工作环境。邀请在现代化矿井工作的校友回校做报告，让学生更详细地了解煤矿职业的工作、生活情况。（3）经过课程改革，有效提高了学生的学习效率，提升了学生的参与度，激发了学习兴趣，采矿专业学生转专业率、转行率明显下降，学生对专业课程的学习积极性明显提升，更多的采矿专业学生毕业后选择投身采矿行业中。