信息化时代采矿工程专业岩体测试课程教学改革思考.pdf

教育教学论坛 EDUCATION TEACHING FORUM 2020 年 7 月 第 31 期 Jul. 2020 No.31 信息化时代采矿工程专业岩体测试课程教学改革思考 刘建坡， 白瑞雪， 邹瑞凌 （东北大学 深部金属矿山安全开采教育部重点实验室， 辽宁 沈阳 110819） 伴随着我国国民经济的快速发展， 对于矿产资源 的需求日益增长，我国矿产资源开采逐步向深部发 展。习近平总书记在2016年发表重要讲话， 提出 “向地 球深部进军” ，采矿工程行业也形成了信息化、无人 化、 智能化的发展共识， 这对新时期采矿工程专业相 关课程的教学提出了新的要求。对于高等教育来说， 如何培养适应新一轮科学技术革命和知识经济挑战 的卓越工程人才， 是新时期采矿专业教学改革所必然 面对的挑战。 概括讲，采矿活动是如何安全合理的破坏岩体 （采出矿石） 和防止岩体发生不必要的破坏 （地压灾害 防控） 。采矿学等开采设计类课程教授如何合理的破 坏岩体， 岩石力学等基础理论类课程指导如何防止岩 体发生不必要的破坏。 岩体测试技术等课程是采矿工 程和岩石力学课程的桥梁和纽带， 为采矿活动和灾害 防控提供重要的数据信息支撑。 在信息技术日新月异 发展的今天， 岩体测试技术在信息化数据采集、 大数 据智能分析处理方面取得了长足进步。 如果采用传统 的知识内容体系和授课方式， 将远远不能满足现代矿 产开采的需求， 亟待积极开展岩体测试课程的改革与 实践， 培养适应采矿信息化和智能化发展要求的专业 人才。 一、 目前采矿工程岩体测试课程教学面临的问题 1.重视程度不够。 从目前的情况来看， 不管是教师 还是学生， 普遍对岩体测试课程的重视程度不够。采 矿专业是工程实践应用超前于基础理论研究的学科， 因此采矿学等面向工程现场的课程一直为采矿工程 专业教师和学生所重视。此外， 岩石力学等理论课程 是许多学校考研的必备课程， 也是大学本科期间学生 学习的重点。相比之下， 岩体测试课程作为岩石力学 理论和采矿设计必要数据支撑的重要性却往往被忽 视。岩体测试可以为矿山的开采设计工作提供必要的 基础参数， 例如矿石和岩石的硬度、 强度， 岩体的完整 性、 稳固程度、 破碎情况等。缺少了这些基础数据， 矿 山开采则没有设计依据。同样， 岩石力学理论研究只 有与实测数据进行对照校验才能日益成熟与可靠。 在通识教育被日趋重视的今天， 采矿工程专业课 程的学分总数持续被压缩， 而地位相对较低的岩体测 试课程的学分被压缩得更为明显， 这就造成学生在选 课过程中通常会忽视这种低学分的课程， 经常导致该 课程因选修人数不足而无法开课。另一方面， 教师对 于该类课程不重视， 往往体现在考核要求低， 不会过 高要求学生， 给学生造成 “混混就能过” 的错觉。实践 课程设计过于简单， 且实践课程的评分在很大程度上 是由教师主观决定的， 从而使得学生潜意识中忽视了 该课程。 2.教师的知识储备和工程实践能力不足。岩体测 试课程所涉及的知识范围非常广泛， 涉及采矿设计理 论、 岩石力学理论、 电子信息技术、 测试与控制技术、 通信技术、 数据分析技术等多学科。教师只有在这些 学科领域均有所涉猎， 融会贯通， 才能更好地将知识 传授给学生。岩体测试课程的教师往往毕业于采矿工 程专业， 仅仅在采矿设计理论和岩石力学理论方面有 一定的知识储备， 缺乏其他相关信息科学技术的知识 积累， 对教材中的知识不能完全吃透， 在授课过程中 经常照本宣科， 从而造成课堂活跃度差， 学生的学习 效率低下。 此外， 在掌握多学科知识的基础上， 该类课程对 于教师的实践能力要求也极高。如果教师没有经历过 大量的试验操作过程和现场的实际测试， 对于该课程 ［摘要］随着信息科学技术的发展， 岩体测试技术在矿产资源开采信息化、 无人化、 智能化过程中发挥着越来越重要的信息和数据支 撑作用。结合采矿工程专业岩体测试技术的教学体会， 分析当前岩体测试课程在师资力量、 教材建设、 教学方法等方面存在的问题， 以 培养学生主动思考、 敢于实践、 善于总结的综合素质能力为目标， 探讨提高教学效果的措施及方法。 ［关键词］高等教育； 采矿工程； 岩体测试； 信息化； 教学改革 ［基金项目］东北大学教学改革项目 “面向智能、 绿色和深部金属采矿的人才培养体系构建” ［作者简介］刘建坡 （1982） ， 男， 河北保定人， 工学博士， 东北大学资源与土木工程学院副教授， 博士生导师， 主要从事矿山开采安全 监测与防控方面的教学与科研工作； 白瑞雪 （1997） ， 男， 山西忻州人， 东北大学资源与土木工程学院2016级采矿工程专 业本科生； 邹瑞凌 （1998） ， 男， 湖南长沙人， 东北大学资源与土木工程学院2016级采矿工程专业本科生。 ［中图分类号］G642.0［文献标识码］A［文章编号］1674-9324 （2020） 31-0206-03［收稿日期］2020-02-07 206-- 教育教学论坛 EDUCATION TEACHING FORUM 2020 年 7 月 第 31 期 Jul. 2020 No.31 很多知识的了解就只能浮于表面。在绝大多数高校 中， 许多青年教师往往是 “从校门走向校门” 的年轻博 士[１]。这些年轻教师偏重理论知识， 缺乏工程实践能 力。教师自身的水平不足， 更遑论教导学生， 这直接导 致了学生工程实践能力偏低， 不能满足毕业后进入矿 山现场开展岩体测试工作的需要， 或者攻读研究生开 展实验工作的需要。全国政协委员钱峰院士一语道 破， 我国工科教师队伍 “非工化” 趋向日益明显， 工程 设计和实践教育严重缺失， 这一状况亟待扭转[２]。 3.教材建设相对落后。目前关于岩体测试技术的 教材并不少见， 但是教材内容整体上比较陈旧。最近 二十年，伴随着电子技术和计算机技术的快速发展， 涌现出以智能监测技术、 大数据智能分析、 无线通信 技术为代表的诸多新的岩体测试手段。这些新技术、 新方法在教材中鲜有体现， 即使部分教材有关于最新 研究成果及技术的介绍， 也缺乏系统性和前瞻性。例 如微震监测技术， 国外从上世纪80年代开始研究并在 矿山应用， 而在国内经过近20年的发展并应用于40余 座地下金属矿山。然而， 这种矿山安全管理中广泛应 用的岩体安全监测技术在教材中却很少被提及。 采矿工程专业在信息化和智能化方面远落后于 其他行业， 例如航天工业、 交通行业等。所谓 “上天容 易入地难” ， 鉴于矿岩体地质条件的复杂性， 更需要先 进的测试技术为开采设计和理论研究提供相关的数 据信息。因此， 相对应的岩体测试教材必须引入最新 的信息化和智能化方面的内容。同时， 考虑到当今信 息技术发展日新月异， 岩体测试教材需要加快更新速 度， 保证学生所掌握的测试技术和方法能够紧跟信息 化时代步伐。 4.教学方法亟待改进。 多年来， 大多数高校在采矿 工程岩体测试课程上的教学方法仍是以理论知识为 主， 对于大量的传感器知识、 多样的测试设备及技术， 学生如果不实际操作， 学习起来枯燥乏味。 “纸上得来 终觉浅， 绝知此事要躬行” ， 尤其对于像岩体测试这类 实践性与应用性极强的课程， 更多的应是教导学生亲 自上手试验， 这样才能让学生们加深对实验原理和实 验过程的理解， 提高学生们的动手能力。部分高校在 此类课程中设置一定的实验课时， 但是实验设备数量 有限且陈旧， 更新迭代缓慢， 实验课上常常出现十多 人操作一台设备的场景。在这种情况下， 教师费心又 费力， 学生浪费了大量时间， 上课效果也不尽人意。除 此之外， 一些高校即使购买了最新的仪器设备， 也不 会留给学生课上使用， 主要是因为这些仪器设备精密 的同时也易损坏， 又因大部分是在国外采购， 消耗和 修复成本较高。部分高校对于实践类课程的轻视， 造 成了学生难以接触到最新的实验设备和实验技术， 认 为只要大概了解这些实验就可以了。在考试过程中， 实验课的分数也无足轻重， 这样的结果只会培养出眼 高手低的工科毕业生。采矿工程作为典型工程学科， 更应该注重培养采矿专业学生的工程实践能力， 让其 理论更加契合实践， 向社会输送满足社会需求的工程 技术人才。 二、 岩体测试课程教学改革思考 1.加强教师和学生的重视程度， 提高教师综合能 力。采矿专业教研组应做好顶层设计， 从不同角度引 导、激发学生对于岩体测试课程的学习兴趣和热情。 例如 在课程教学大纲修 （制） 订过程中增加岩体测试 课程的学时和学分，以引起学生对该课程的重视； 在 大学一年级的采矿工程概论课程中， 采矿专业知名教 授在授课时应有意加强引导， 使学生认识到岩体多源 数据信息对于采矿设计和岩石力学理论研究的重要 支撑作用。另外， 教师要讲好岩体测试课程的第一堂 课[３]， 引导学生认识到信息化时代采矿工程领域对于 岩体测试技术的迫切需求，尤其是在数字化矿山、 智 能矿山建设和深部矿产资源开采灾害防控方面， 岩体 测试技术会发挥越来越重要的作用。在师资能力提升 方面， 应注重培养青年教师的实验动手能力和工程现 场测试能力，使得青年教师对于课程所涉及的传感 器、 测试技术、 仪器设备能够熟练操作， 并具有一定的 工程现场测试经验。主讲教师应由具有丰富实践经验 的教师担任，青年教师在学习观摩23年之后方可独 立承担授课任务。另外， 教师应主动承担相关的科研 任务， 阅读最新的科研成果文献， 修炼内功， 掌握多学 科领域知识， 紧跟信息化时代的知识更迭速度， 保证 所教授知识的时效性和新颖性， 从而调动学生的学习 热情， 激发他们自主学习的内生动力。 2.提升教学内容， 加强教材建设。 教学内容和教材 建设均应在采矿工程信息化建设基础上保持一定的 超前性。教学内容应以测试目的为导向进行分解教 学， 例如 教学内容可以分为矿岩物理力学性质的测 定、 开采过程的岩体结构、 应力、 变形、 开裂、 能量、 振 动、 空区等信息的采集与观测， 等等， 讲解清楚每种参 数信息与采矿工艺和岩石力学理论的关系， 使学生了 解所测试信息的应用目的， 增强学生学习的目的性和 能动性。教师应广泛收集典型测试技术和测试方法的 工程应用案例，并将其他相近专业例如土木工程、 隧 道工程、 水电工程等领域最新的测试技术引入到采矿 专业的教学中， 使得教学内容具有前瞻性、 全面性和 适用性。 由于岩体测试技术、 方法和设备的多样性和复杂 性， 如果全部写入教材， 教师教授和学生学习将缺乏 侧重点， 导致学习的盲目性。教材编写应考虑测试信 息技术的发展， 舍去陈旧落后的测试技术， 吸收最新 的研究成果， 例如最新的传感器技术、 仪器设备、 测试 方法、 数据无线传输技术、 大数据分析技术等， 并形成 系统化的知识结构， 保证学生所学能够适应矿山信息 化建设的需要。 3.加强实验课程建设， 改进教学方法。 岩体测试课 207-- 教育教学论坛 EDUCATION TEACHING FORUM 2020 年 7 月 第 31 期 Jul. 2020 No.31 程应以培养学生的实践动手能力为核心教学目标。 在 传授相关测试理论知识的基础上，适当增加实验学 时、 补充实验器材和测试设备， 尽可能保证每位学生 有条件独立操作实验和测试设备。在考核过程中， 提 高实验和数据分析能力测评分数所占比重， 注重培养 学生在实验过程提出问题、 分析问题和解决问题的能 力。此外， 在有条件的情况下将物理实验和现场测试 过程制作成视频或者仿真软件， 增强授课的生动性和 趣味性。另一方面， 教师可以结合自己的工程现场科 研项目， 在保证学生安全的前提下， 带领学生赴矿山 现场开展实地测试工作， 或邀请设计院和矿山企业具 有丰富测试经验的人员为学生授课， 拓展学生的思维 和眼界。 教师还可以将自己的研究成果与授课内容相 结合，鼓励学生阅读岩体测试技术方面的期刊文献， 并以小组的形式开设一系列关于最新测试技术及应 用案例的研讨课， 作为教材内容的有益补充， 培养学 生主动思考和善于总结分析的综合素质能力。 在信息化、智能化和数据化技术快速发展的今 天， 特别是采矿工程专业信息化水平较其他行业存在 较大差距的情况下， 岩体测试课程应该在采矿工程专 业高等教育过程中发挥引领作用， 培养适应矿山信息 化、 无人化、 智能化发展目标的复合型人才， 促进我国 采矿模式从粗放型向数字精细化、 信息智能化、 自动 无人化方向发展， 为我国矿产资源开发向深部进军提 供重要的数据支撑和信息保证。 参考文献 ［1］ 及方华,姚金环,王桂霞.以社会需求为导向的青年教师工 程实践能力培养模式探索 ［J］ .青年与社会,201916266-267. ［2］ 及方华,姚金环.王桂霞. “两个构建一个引导” 的工程实践 能力培养 ［J］ .知识文库,201923159163 ［3］ 贾蓬.新时期土木工程专业英语教学改革思考 ［J］ .教育教 学论坛,2019,41108-109. Thinking on the Teaching for Rock Mass Testing of Mining Engineering in the Ination Age LIU Jian-po,BAI Rui-xue,ZOU Rui-ling Key Laboratory of Ministry of Education on Safe Mining of Deep Metal Mines,Northeastern University, Shenyang,Liaoning 110819,China AbstractWith the rapid development of ination technology,rock mass testing plays a more and more im- portant role in supporting ination and data in the development of mineral resources exploitation towards in- atization,and unmanned intelligence.In this paper,problems,including teachers,teaching materials,and teaching s,existing in the course of Rock Mass Testing of Mining Engineering were analyzed based on the experience gained during the teaching process.The measurements and s to improve the teaching effect are discussed with the aim of cultivating students ability to think,practice and summary. Key wordshigher education;mining engineering;rock mass testing;inatization;teaching re 208--