劉洪林，趙紅超，張曉雷，張軍輝，溫穎遠(yuǎn)

新疆大學(xué) 地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830047

新疆是中國礦產(chǎn)資源豐富、品種齊全的省區(qū)，開發(fā)前景廣闊。隨著我國經(jīng)濟(jì)進(jìn)入新常態(tài)和“一帶一路”倡導(dǎo)的提出，新疆作為連接歐亞大陸的重要紐帶和我國絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶向西開放的橋頭堡作用進(jìn)一步凸顯[1-2]。以“國家能源資源陸上大通道”“國家大型油氣生產(chǎn)加工和儲備基地”“大型煤炭煤電煤化工基地”和“大型風(fēng)電基地”為核心定位的“一通道三基地”將引領(lǐng)新疆發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新的階段[3]。

基于特殊的地緣優(yōu)勢和資源優(yōu)勢，近年來新疆大學(xué)采礦工程專業(yè)以“一帶一路”建設(shè)和新疆區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)的社會需求為出發(fā)點(diǎn)，確定了以“創(chuàng)新人才培養(yǎng)”為目標(biāo)的人才培養(yǎng)方案，初步形成了以“寬采礦專業(yè)人才”培養(yǎng)為特色的課程體系[4-5]。圍繞人才培養(yǎng)目標(biāo)和特色辦學(xué)方向，根據(jù)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的內(nèi)涵要求，現(xiàn)階段還需對培養(yǎng)方案中涉及各類課程的課程教學(xué)體系進(jìn)行優(yōu)化和銜接，以期進(jìn)一步完善采礦工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系。為此，本文以采礦工程專業(yè)核心課程“井巷工程”課程為代表，通過分析課程特點(diǎn)和現(xiàn)有教學(xué)體系中存在的問題，以人才培養(yǎng)方案修訂為契機(jī)，構(gòu)建了基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的“井巷工程”課程理論與實(shí)踐教學(xué)體系，并在教學(xué)實(shí)踐中得到應(yīng)用，取得了初步效果。

一、 改革背景與課程特點(diǎn)

1. 改革背景

新疆大學(xué)采礦工程專業(yè)始建于1953年，1994年因行業(yè)形勢低迷停止招生。2008年，為響應(yīng)國家號召和自治區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)需要，新疆大學(xué)恢復(fù)采礦工程專業(yè)招生，并成功入選自治區(qū)首批急需緊缺專業(yè)建設(shè)[4]。由于專業(yè)建設(shè)周期較短、建設(shè)基礎(chǔ)薄，為適應(yīng)新疆特殊稟賦條件下的礦產(chǎn)資源開發(fā)與礦山企業(yè)多元化經(jīng)營對高素質(zhì)采礦人才的需求，新疆大學(xué)于2012年邀請神華新疆能源有限責(zé)任公司、紫金礦業(yè)集團(tuán)西北有限公司等21家新疆大型礦山企事業(yè)單位先后召開了“采礦工程專業(yè)學(xué)生定向培養(yǎng)校企供需洽談會”“新疆大學(xué)與在疆礦山企業(yè)結(jié)為戰(zhàn)略聯(lián)盟合作會議”，在充分論證的基礎(chǔ)上確定了“新疆大學(xué)2012版采礦工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)方案”。

近年來，我校按照高等工程教育發(fā)展的要求梳理人才培養(yǎng)方案，現(xiàn)已初步形成以創(chuàng)新人才培養(yǎng)為目標(biāo)的“寬采礦專業(yè)人才”培養(yǎng)特色課程體系[4]。為進(jìn)一步完善采礦工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系，根據(jù)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的內(nèi)涵要求，以我校新一輪人才培養(yǎng)方案修訂為契機(jī)對“井巷工程”課程為代表的采礦工程專業(yè)核心課程的理論與實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行構(gòu)建和優(yōu)化。

2. 課程特點(diǎn)

基于資源賦存特點(diǎn)，我國煤炭、金屬及非金屬等固體礦床主要采用井工的方式進(jìn)行開采。井工礦井建設(shè)和生產(chǎn)過程中，井筒和巷道的開挖與維護(hù)貫穿了井工礦井整個(gè)采礦工作的始末。井巷的安全、高效施工及后期穩(wěn)定性維護(hù)是礦井安全、高效生產(chǎn)的前提和保障，并在一定程度上決定了礦井的經(jīng)濟(jì)效益。因此，在專業(yè)人才培養(yǎng)方面，“井巷工程”課程一直以來都是我國采礦工程專業(yè)及土木工程專業(yè)（礦山建設(shè)方向）的專業(yè)核心課程[6]。

作為采礦工程專業(yè)等典型工科專業(yè)的核心課程，“井巷工程”課程具有既重視理論更強(qiáng)調(diào)實(shí)踐的特點(diǎn)，是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用課程[7]。課程不僅包含礦山巖體力學(xué)性質(zhì)、工程分類、破巖原理與爆破理論等基本理論，也包括井筒、巷道斷面設(shè)計(jì)和施工的方法，還涉及施工機(jī)具、施工組織與管理等基本技能，課程內(nèi)容總體是一個(gè)從“理論”到“設(shè)計(jì)”再到“施工”的過程體系。課程的教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)掌握上述專業(yè)基本理論、方法和技能進(jìn)而獲得針對礦山具體情況進(jìn)行分析和解決礦井相關(guān)實(shí)際問題的能力。

3. 存在的問題

基于課程性質(zhì)，“井巷工程”課程與工程實(shí)踐結(jié)合十分緊密，教學(xué)內(nèi)容涉及巖石力學(xué)、爆破和工程經(jīng)濟(jì)等多個(gè)方面[7-9]，具有涉及知識面廣、實(shí)踐及空間概念性較強(qiáng)的特點(diǎn)。現(xiàn)有的教學(xué)體系主要存在以下兩方面的問題。

（1）教學(xué)內(nèi)容繁雜，學(xué)生理解困難。由于課程涉及的理論知識點(diǎn)多、井巷空間關(guān)系復(fù)雜，單調(diào)和枯燥的課堂教學(xué)過程中學(xué)生難以理解相關(guān)理論和把握重點(diǎn)知識內(nèi)容，以至于課程學(xué)習(xí)僅限于應(yīng)付考試，難以形成專業(yè)知識體系。雖然相關(guān)教師針對“井巷工程”課程教學(xué)，提出采用討論式教學(xué)和案例教學(xué)等教學(xué)方法的改革可以在一定程度上提高課堂教學(xué)質(zhì)量[6-7]，但是教學(xué)方法的優(yōu)化并不能從本質(zhì)上解決課程知識體系冗雜的問題。

（2）實(shí)踐教學(xué)缺乏，創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足。實(shí)踐教學(xué)是鞏固和應(yīng)用理論知識,增強(qiáng)學(xué)生感性認(rèn)識,培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的基本途徑。而現(xiàn)階段“井巷工程”課程主要采用課堂講授的方式對相關(guān)理論、方法、工藝和施工組織等內(nèi)容進(jìn)行介紹，總體偏重理論講解，存在實(shí)踐性環(huán)節(jié)較少、實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)內(nèi)容銜接與系統(tǒng)性差的問題。“井巷工程”課程教學(xué)體系實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)不足及與理論教學(xué)體系匹配性差的問題，已經(jīng)嚴(yán)重制約了學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的課程教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

二、 理論與實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建

為實(shí)現(xiàn)我校采礦工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)，針對“井巷工程”課程教學(xué)過程中存在的典型問題，以專業(yè)人才培養(yǎng)方案修訂為契機(jī)，對課程的理論和實(shí)踐教學(xué)體系進(jìn)行梳理和重構(gòu)。改革的內(nèi)容包含兩部分：一是針對課程知識體系冗雜的問題，開展模塊化理論教學(xué)體系構(gòu)建；二是以解決課程實(shí)踐教學(xué)不足、實(shí)踐與理論教學(xué)內(nèi)容銜接系統(tǒng)性差的問題為目標(biāo)的層次化實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建。

1. 模塊化的理論教學(xué)體系構(gòu)建

“井巷工程”是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用課程，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用相關(guān)理論和方法分析、解決礦井實(shí)際問題的能力。因此，課程在理論教學(xué)環(huán)節(jié)就需通過教師的課堂講授，讓學(xué)生掌握較多的基礎(chǔ)理論、方法和工藝等知識。但是，由于涉及礦山巖石力學(xué)、礦井運(yùn)輸與提升、礦井通風(fēng)與安全、爆破工程、工程經(jīng)濟(jì)等多方面內(nèi)容，“井巷工程”課程內(nèi)容存在知識點(diǎn)豐富、知識體系繁雜不利于學(xué)生理解的問題。圍繞綜合分析和處理現(xiàn)場實(shí)際問題的能力培養(yǎng)目標(biāo)，為便于學(xué)生掌握課程基本知識及其體系間的相互關(guān)系，現(xiàn)階段迫切需要對課程的知識體系進(jìn)行有效的梳理和優(yōu)化。

根據(jù)課程屬性，在充分閱讀和分析國內(nèi)礦業(yè)院校各主要版本“井巷工程”教材知識體系特點(diǎn)的基礎(chǔ)上對課程教學(xué)內(nèi)容的知識結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。理論教學(xué)體系的構(gòu)建總體遵循先“基礎(chǔ)”后“應(yīng)用”再到“創(chuàng)新”的培養(yǎng)思路，提出將理論教學(xué)的內(nèi)容整合劃分為四個(gè)教學(xué)模塊，即：基礎(chǔ)理論模塊、井巷設(shè)計(jì)模塊、井巷施工模塊、施工組織管理模塊（圖1）?；A(chǔ)理論模塊主要包含巖石性質(zhì)及其工程分級、破巖原理與鉆眼機(jī)具及爆破器材與爆破技術(shù)三個(gè)方面的內(nèi)容，圍繞井巷施工的直接對象—巖石，講授其基本物理力學(xué)屬性、鉆鑿破巖的方法機(jī)具、爆破的機(jī)理與技術(shù)等基本理論為后續(xù)井巷的設(shè)計(jì)和施工奠定基礎(chǔ)。井巷設(shè)計(jì)模塊包括巷道斷面設(shè)計(jì)、井筒斷面設(shè)計(jì)、硐室與交叉點(diǎn)設(shè)計(jì)三個(gè)部分內(nèi)容，通過對巷道斷面設(shè)計(jì)原則和方法的講授拓展到井筒、硐室及交叉點(diǎn)的斷面設(shè)計(jì)。井巷施工模塊主要包括煤巖巷道施工、井筒與硐室施工、特殊條件巷道施工、井筒與巷道支護(hù)四個(gè)方面內(nèi)容，重點(diǎn)講授根據(jù)不同巖石（煤層）屬性確定巷道開挖方法、參數(shù)和支護(hù)技術(shù)的施工工藝和方法。施工組織管理模塊主要包括巷道施工組織管理、井筒施工組織管理、礦井建設(shè)施工組織管理三個(gè)部分的內(nèi)容，重點(diǎn)講授巷道施工作業(yè)方法、施工組織和管理方法、勞動(dòng)組織形式并以此為基礎(chǔ)拓展到井筒和礦井建設(shè)施工的組織管理。除基礎(chǔ)理論模塊以外，其余三個(gè)教學(xué)模塊均以巷道的設(shè)計(jì)、施工和組織管理為重點(diǎn)進(jìn)行講授，然后對相應(yīng)內(nèi)容進(jìn)行拓展，力求做到舉一反三培養(yǎng)學(xué)生以問題為導(dǎo)向的思維方式。

圖1 “井巷工程”課程理論與實(shí)踐教學(xué)體系結(jié)構(gòu)

2. 層次化的實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建

創(chuàng)新能力的形成和發(fā)展需要以實(shí)踐活動(dòng)為基礎(chǔ)，若實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)缺乏或與理論教學(xué)體系互補(bǔ)不足都將會對創(chuàng)新能力的培養(yǎng)造成嚴(yán)重制約。根據(jù)我校采礦工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)，針對“井巷工程”課程體系存在實(shí)踐教學(xué)不足、實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)內(nèi)容系統(tǒng)性差的問題，以人才培養(yǎng)方案修訂為契機(jī)，提出了構(gòu)建層次化實(shí)踐教學(xué)體系的改革思路（圖1）。

結(jié)合課程特點(diǎn)，按照實(shí)踐能力的階段性培養(yǎng)需求，通過新增和優(yōu)化整合的方式構(gòu)建了層次化的實(shí)踐教學(xué)體系，主要包括礦業(yè)工程綜合實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、科技創(chuàng)新活動(dòng)、實(shí)習(xí)與畢業(yè)設(shè)計(jì)四類實(shí)踐性環(huán)節(jié)。礦業(yè)工程綜合實(shí)驗(yàn)是為促進(jìn)學(xué)生對“采礦學(xué)”“井巷工程”兩門核心課程基礎(chǔ)知識和理論的理解而增設(shè)的一門獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程，包含了巖石物理力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)、井巷設(shè)計(jì)模型實(shí)驗(yàn)、施工機(jī)具與方法實(shí)驗(yàn)12～16學(xué)時(shí)“井巷工程”課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，目的在于加強(qiáng)學(xué)生對礦山井巷開鑿的空間關(guān)系和施工機(jī)具的感性認(rèn)識?！熬锕こ獭闭n程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)方案修訂過程中增設(shè)和安排于課程結(jié)束之后的2周課程設(shè)計(jì)，目的在于鍛煉學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力，主要包括井筒/巷道斷面設(shè)計(jì)、施工方法與支護(hù)設(shè)計(jì)、施工組織與經(jīng)濟(jì)核算等方面的設(shè)計(jì)內(nèi)容?？萍紕?chuàng)新活動(dòng)建立在學(xué)生對專業(yè)基本理論和知識的理解掌握之上，通過整合本科生導(dǎo)師制、創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目、采礦實(shí)踐作品大賽等途徑來培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。實(shí)習(xí)與畢業(yè)設(shè)計(jì)作為與生產(chǎn)結(jié)合最緊密的實(shí)踐環(huán)節(jié)也是綜合素質(zhì)形成的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，主要包括生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)。

三、 應(yīng)用效果

為檢驗(yàn)新構(gòu)建的“井巷工程”課程教學(xué)體系的適應(yīng)性，采用分階段的方式將模塊化理論教學(xué)體系和層次化實(shí)踐教學(xué)體系逐步應(yīng)用于我校在采礦工程專業(yè)2014、2015、2016級的教學(xué)實(shí)踐。由于人才培養(yǎng)方案修訂和執(zhí)行的周期性，2014級和2015級學(xué)生的“井巷工程”課程教學(xué)體系中暫未包括礦業(yè)工程綜合實(shí)驗(yàn)和井巷工程課程設(shè)計(jì)，2016級學(xué)生則完全按照上文所提出的課程體系進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐。根據(jù)課程考核、實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)參與及科技競賽獲獎(jiǎng)的統(tǒng)計(jì)表明，新構(gòu)建的教學(xué)體系已取得初步成效。

（1） 課堂教學(xué)質(zhì)量明顯改善。通過對比我校采礦工程 2009～2013級與 2014～2016級“井巷工程”的教學(xué)效果，最明顯的差別就是采礦工程2014～2016級的課堂教學(xué)氛圍得到了顯著改善。模塊化的理論教學(xué)體系相對系統(tǒng)性較好便于學(xué)生理解掌握，結(jié)合配套的層次化實(shí)踐教學(xué)體系有效調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，最直接體現(xiàn)就是課程考核成績分布的改善和畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量的提高。從題庫隨機(jī)抽題考核的期末測試成績來看，考核優(yōu)秀（≥90分）的學(xué)生比例由10.5%～16.2%提高到19.6%～25.3%；考核不合格（＜60）的學(xué)生比例由6.7%～14.5%降低到0～6.3%。此外，從畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成情況來看，采礦工程2014級學(xué)生也較往屆畢業(yè)生完成得更好，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的第五章采區(qū)巷道布置存在的問題較少。

表1 實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)統(tǒng)計(jì)表

（2） 實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)效果顯著。新構(gòu)建的“井巷工程”課程教學(xué)體系在充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促進(jìn)對專業(yè)基礎(chǔ)知識理解掌握的同時(shí)，也激發(fā)了學(xué)生通過實(shí)踐活動(dòng)去發(fā)現(xiàn)問題并利用所學(xué)知識去解決問題的創(chuàng)新思維。依托本科生導(dǎo)師制，學(xué)生積極申報(bào)各級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目，并基于研究成果開發(fā)實(shí)踐作品參加各類科技競賽活動(dòng)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，我校采礦工程2009～2013級學(xué)生共459人，累計(jì)獲批國家級、自治區(qū)級、校級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目26項(xiàng)（119人次），在國家級科技競賽中獲獎(jiǎng)58項(xiàng)（274人次）；我校采礦工程2014～2016級學(xué)生共166人，累計(jì)獲批國家級、自治區(qū)級、校級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目16項(xiàng)（84人次），在國家級科技競賽中獲獎(jiǎng)40項(xiàng)（173人次），如表1所示。通過對比可以看出，實(shí)施新構(gòu)建的“井巷工程”課程教學(xué)體系以后，學(xué)生參與科技創(chuàng)新活動(dòng)的積極性明顯增強(qiáng)，在國家級大學(xué)生科技競賽中的人均獲獎(jiǎng)率亦顯著提高，實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)效果十分顯著。

四、 結(jié)論與展望

以“一帶一路”建設(shè)和新疆區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)對高素質(zhì)采礦人才的創(chuàng)新能力需求為出發(fā)點(diǎn)，圍繞新疆大學(xué)采礦工程專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)和寬采礦專業(yè)人才特色課程體系，構(gòu)建了基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的“井巷工程”理論與實(shí)踐教學(xué)體系。該教學(xué)體系的構(gòu)建根據(jù)“井巷工程”課程實(shí)踐和應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，針對課程知識體系冗雜和實(shí)踐教學(xué)不足、實(shí)踐與理論教學(xué)內(nèi)容銜接系統(tǒng)性差的問題，提出了分別構(gòu)建模塊化的理論教學(xué)體系和與之配套的層次化實(shí)踐教學(xué)體系。教學(xué)實(shí)踐的應(yīng)用效果表明，新構(gòu)建的課程教學(xué)體系可以明顯改善課堂教學(xué)質(zhì)量，對學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)效果顯著。該課程教學(xué)體系的構(gòu)建方法和思路可為采礦工程專業(yè)其他專業(yè)課程教學(xué)體系的構(gòu)建提供借鑒和參考，為國家規(guī)劃的新疆“一通道三基地”建設(shè)將起到積極的推動(dòng)作用。