[采矿工程专业中教学方法的改革与手段建设] 改革是手段

采矿工程专业中教学方法的改革与手段建设

1.采矿工程专业原有教学体系 1.1 教学设置 早期的采矿系下设采矿教研室、地质教研室、凿岩与破碎教研室、通风与 安全教研室、岩石力学教研室、井巷教研室和系统工程教研室等。1993年东北工 学院复名为东北大学后，1995年在原采矿系及矿物加工系基础上成立资源与土木 工程学院，原采矿教研室、凿岩与破碎教研室、系统工程教研室等合并成为现在 的采矿工程研究所。

采矿工程主要专业课程分为：金属矿床地下开采、金属矿床露天开采、矿 山机械、凿岩爆破、井巷掘进、矿井通风与安全、矿山企业设计基础（选修）等。

这些课程的教学以各自的内容体系独立进行，相互之间缺乏有机的联系，学生在 每门课中学习了较详细的知识和技术，却不掌握如何运用。例如，在凿岩爆破课 上，学习了爆轰理论、炸药性能、雷管构造、起爆方式、爆破网络等详细内容， 却不掌握这些知识和技术如何运用在采矿过程；
在地下开采课上，只讲采准、切 割、回采等工艺过程及其功能，不讲各采矿工艺需要什么炸药、雷管、爆破网络 形式等。这样，学生虽然在两方面都学了不少内容，却缺乏实际运用能力。其他 方面也类似。这种分散式教学严重影响学生对采矿专业知识的系统性掌握及其应 用。

采矿专业课的教学重点是采矿过程的工艺、技术，培养的人才是能把矿石 采出来的单一型技术人才。

1.2 教学方法与手段教学方法基本上是“满堂灌”，课上老师讲、学生记，课下学生背概念、做 习题，老师判作业、考前答疑，教学模式与中学没有多大区别。

在教学手段上，大量的平面、剖面图使学生难以建立采矿方法中各种工程 的三维空间概念，无法有效掌握各种工程在空间和功能上的相互关系；
手工设计 不能适应现代采矿的数字化、优化设计的需要。

教学方法与手段落后不仅教学效果不好，而且使学生对专业课学习失去了 兴趣。

2.采矿工程专业创新型人才培养教学体系改革与建设 2.1 课程改革与建设目标 以硬岩矿床的采矿方法、工艺为主线，把相关知识和技术融会贯通，形成 系统的采矿专业知识体系；
更新教学内容，增加国际上在理论、方法和应用上成 熟的科技成果，使教学内容与现代采矿科技对知识结构的需求相适应，达到课程 内容体系化、时代化。

实施参与式、互动式教学，以课堂研讨（Seminar）和课程论文为主要形 式，实现教师讲授与学生参与的有机结合、课本知识与实际问题的有机结合；
研 发应用三维动画、数字化设计系统、现场影像等，实现教学内容形象化、时空化， 拉近课堂与实践的距离；
实现教学方法与手段现代化。

通过新的教学内容体系和现代教学方法与手段，配合课外创新实践，实现 采矿专业知识传授的同时，培养学生的动手能力、科学思维能力、创新能力、科 技论文写作能力、口头表达能力等，使知识传授与能力培养一体化。

2.2 课程体系改革与建设内容及主要措施 围绕上述目标，在充分论证的基础上，2000年正式启动采矿专业课教学改 革和课程建设项目。

2.2.1 课程内容体系改革与教材建设 原来的金属矿床地下开采、金属矿床露天开采、凿岩爆破、井巷掘进、矿 山企业设计基础等课程，都为采矿服务，都是采矿专业课的组成部分。但几门课程独立设置、分散讲授，造成各部分知识之间联系不紧密，甚至脱节。学生对各 部分知识不能形成体系性掌握，知识运用能力差。

针对这一问题，实施课程内容的体系化改革。以采矿方法、工艺为主线， 把涉及的矿岩性质、储量评价方法等基础知识和凿岩爆破、井巷掘进等专业技术 融会贯通，建立各方面知识的有机联系，形成系统的采矿专业知识体系。

例如，在讲到运输巷道时，结合其功能、布置和规格，讲授这类巷道的掘 进和支护方法、工艺过程、常用设备，掘进中的炮孔规格和布局形式、凿岩机具、 炸药性能选择、药量、爆破参数等，这样就把井巷掘进与支护、凿岩爆破技术置 于具体的采矿工艺环节之中，学生一方面掌握了运输巷道掘进需要应用那些掘进、 支护和爆破技术，另一方面掌握了具体掘进、支护和爆破技术在运输巷道掘进中 如何应用。对于不同采矿方法的采准、切割、回采时，也是如此，结合每一工艺 的功能、工程布置、结构参数，讲授相关的知识、技术和设备。

这样，就形成了以采矿方法、工艺为主线，有机融会相关知识和技术的采 矿专业知识体系一采矿学，使学生既掌握各种技术用在采矿的什么环节、如何应 用，又掌握各采矿工艺需要那些技术，有效提高学生知识的系统性和运用能力。

同时，设置科研创新教学环节，积极鼓励学生们参加“大学生创新行动计 划”及“大学生科研实践活动计划”，开展创新实验以及各项专利发明等，全面培 养和提高学生的科研能力及创新能力。

内容更新是课程内容体系改革的另一重要任务。针对现代采矿科技对采矿 人才知识结构的新需求，增加了地质统计学、数字化设计、采矿优化方法、市场 经济条件下的矿山技术决策、矿山生态等新内容。这样，学生的知识结构不仅满 足把矿石采出来的需要，而且满足技术决策和管理、宏观思维以及数字化、生态 化、优化开采的需要。

课程内容体系的重要载体是教材。依据上述课程内容体系设置，编著了针 对硬岩采矿的《采矿学》教材，该教材第一版被列为国家“九五”规划教材，再版 被列为国家“十一五”规划教材。

2.2.2 教学方法改革与手段建设 针对采矿学需要很强的三维空间想象力和实践性强等教学难点，大力推行 教学方法改革，开展教学手段建设。课堂教学采用学生参与、师生互动式教学。以专题研讨（Seminar）和课 程论文为主要形式，选择适当的采矿实践问题，让学生自己查阅资料，进行课堂 研讨，撰写 教学手段建设的重点之一是课件建设。采矿专业的一大特点是图纸多，各 种采矿结构、工程布置都用图纸表述。空间思维能力是采矿人才必备的专业素质。

过去用大量的平面、剖面图教学，学生难以建立采矿方法中各种工程的三维空间 概念，无法有效掌握其空间和功能上的相互关系，既费学时又效果不佳。计算机 虚拟技术为解决这一难题提供了手段。教学团队把单个采矿工艺环节和过程制作 成三维动画课件，原来需要一小时讲解的内容，几分钟内学生就看得明明白白， 而且影响深刻。课件还包括现场影像短片。

教学手段建设的另一个重要内容是数字化设计方法和手段的应用。发达国 家的矿山全部采用专业化设计软件进行设计、计划和管理，计算机辅助优化设计 是现代采矿人才必须掌握的重要技能。为此，教学组研发了具有完全自主知识产 权的数字化、优化设计软件平台SmartMiner，用于课堂教学和设计实践。例如， 对于露天矿采剥计划编制，过去只能讲述概念性的方法和步骤，离实际计划编制 相差甚远。利用SmartMiner，一节课就可实际完成一个计划的全过程，看到计划 结果，看到按计划开采后采场台阶推进位置的图纸形态和三维实体形态，使学生 对计划步骤、相关因素的考虑等有一个全面掌握和深刻理解。再如露天矿最终境 界设计，应用该软件不仅很快做出方案，而且可针对不同市场价格、成本等参数 进行分析对比，还可使讲授的优化方法得到应用，由于用到的数据全是现场实际 数据，大大拉近了教学和实际的距离。

2.2.3 能力培养建设 知识传授不等同于能力培养，知识是能力的基础，但能力培养还需要有效 的实践环节。

上述参与式、互动式教学是课内能力培养的重要措施。Seminar培养了学 生的查资料能力、科学思维与创新能力、分析解决问题能力、科技写作和口头表 达能力，可谓一举多得；
数字化设计平台的应用培养了学生的数字化设计手段和 方法应用能力。

以课外创新性实践活动进一步培养学生的综合能力。措施主要有：在教师的指导下，由学生自己在课外制作矿体及采矿工艺过程的计算机三维动画模型， 就某些方法制作幻灯片进行形象化表述，自选实验，参与科研项目等。这些活动 可以充分发挥学生的想象力、创造力和动手能力，同时极大地提高了学生的专业 课学习兴趣，丰富了课外生活。

3.改革与建设成效 3.1 教学效果成效 教学内容的体系化提高了学生的知识系统性和运用能力。教学内容的体系 化使相关的采矿专业知识和技术实现有机融合，每一项技术都置于采矿工程的整 体构架之中，学生既掌握各种相关知识和技术用在采矿的什么环节、如何应用， 又掌握各采矿方法、工艺需要那些具体技术，有效提高了知识传授效果和学生的 知识关联性、整体性和运用能力。例如，在毕业设计中，过去学生拿到设计任务 后不知如何下手，对学过的知识不知道如何应用，需要指导教师再次“讲课”，每 一环节都需要具体的指导。改革后，由于掌握了所学知识的关联性，大部分学生 知道先做什么、后做什么，掌握每一步需要考虑的主要因素和应用的技术，对结 构参数的确定也熟练得多，稍加指导就可完成设计任务。毕业后在较短的时间内 就可独立承担重要技术工作。

教学内容的时代化更新了学生的专业知识结构。教学内容的更新，使采矿 专业课教学紧跟世界采矿科技的发展步伐，体现信息化、生态化、优化开采和决 策需要的知识。学生的专业知识结构和理念得到更新，为在实践中推行新科技的 应用奠定了知识基础。这是促进我国矿业向信息化、生态化、优化开采发展并走 向国际化的重要条件。

教学方法和手段的现代化使知识传授效果和效率大幅提升。参与式、互动 式教学调动了学生思考问题、获取知识的积极性，大大加深了对课程内容的理解 和掌握程度；
计算机三维动画课件、现场影像、专业优化设计软件等现代手段的 应用，不仅使教学内容空间化、形象化，而且大大缩短了课堂与实践的距离。一 方面使教学效率大幅提升，过去需要1小时的内容几分钟即可讲明白，现在150 多学时教授了过去六门课240多学时的内容；
另一方面提升了学生的空间想象力 和所学知识与实践的结合度，教学效果显著提高。

3.2 能力与素质培养成效课外创新活动与现代化教学方法、手段相结合，实现了知识传授与能力和 素质培养的统一。Seminar培养了学生的科学思维、创新思维、资料查询、论文 撰写、口头表达等能力；
幻灯片制作培养了学生的抽象和形象思维能力；
课外三 维动画制作培养了学生的三维想象和计算机应用能力；
自选实验和参与科研培养 了学生的科研与创新能力。凡此种种，学生的综合素质得到有效培养，学生就业 率稳步提高，已经毕业的学生在不同的工作岗位发挥作用，取得骄人的成绩，为 我国采矿业的发展作出贡献。

作者：魏德州，王青，顾晓薇，邱景平，郑贵平（东北大学资源与土木工 程学院，辽宁沈阳 110004）