王紅偉 伍永平 解盤石 劉博

摘? 要：面對傳統(tǒng)采礦工程專業(yè)向智能采礦升級轉(zhuǎn)型的需求，基于OBE工程教育理念，對新工科背景下煤礦智能開采“金課”設(shè)計和實(shí)踐進(jìn)行了探索，提出了高階性的課程學(xué)習(xí)目標(biāo)，建設(shè)了具有前沿性和時代性的模塊化學(xué)習(xí)內(nèi)容及網(wǎng)絡(luò)平臺資源，構(gòu)建了體現(xiàn)互動學(xué)習(xí)過程的混合學(xué)習(xí)模式，確定了過程性和個性化相融合的學(xué)習(xí)成果考核與評價的創(chuàng)新方法。形成具有高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度的“金課”，滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的需求。

關(guān)鍵詞：智能開采;新工科;金課;成果導(dǎo)向;混合式學(xué)習(xí)

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2020）17-0115-04

Abstract： Under the need for developing and reconstruction from traditional mining engineering to intelligent mining， the design and practice of golden course of intelligent mining under the background of new engineering is explored based on the concept of outcome-basededucation （OBE） engineering education. The high-order curriculum learning goal is proposed， the modular learning content and network platform resources with modernity and advance， and the mixed learning model that reflects the interactive learning process were constructed. The innovative method of assessment and evaluation of learning outcome combining process and individuality is determined. The golden course of intelligent mining with high order， innovation， and challenge degree can meet the needs of students' learning.

Keywords： intelligent mining; new engineering; golden course; outcome orientation; blended learnin

一、概述

煤炭是我國一次能源中可實(shí)現(xiàn)清潔利用的最經(jīng)濟(jì)、可靠的資源，自2000年以來，智能化開采先后在神東煤炭集團(tuán)、寧夏煤業(yè)集團(tuán)、中煤集團(tuán)、陜西煤業(yè)化工集團(tuán)、大同煤業(yè)集團(tuán)、陽泉煤業(yè)集團(tuán)、平頂山煤業(yè)集團(tuán)、晉城煤業(yè)集團(tuán)、峰峰集團(tuán)等40多個礦區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)和生產(chǎn)，智能開采技術(shù)取得了長足進(jìn)步，以采煤機(jī)記憶割煤、液壓支架跟機(jī)自動化和可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控為基礎(chǔ)，以智能控制軟件為核心，實(shí)現(xiàn)地面綜合監(jiān)控中心對綜采設(shè)備的智能監(jiān)測與集中控制，確保工作面割煤、推溜、移架、運(yùn)輸、消塵等智能化運(yùn)行，達(dá)到了工作面連續(xù)、安全、高效開采，開啟了智能化開采的新時代[1]～[3]。智能化采礦已成為新建礦井和已有礦井技術(shù)改造進(jìn)行煤層開采的發(fā)展方向，但我國煤礦智能化發(fā)展尚處于初級階段，智能開采專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)成為煤礦安全高效智能開采的迫切需求。

課程是人才培養(yǎng)的核心要素，是體現(xiàn)以“學(xué)生發(fā)展為中心”理念的“最后一公里”。其建設(shè)質(zhì)量直接關(guān)乎教育質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量。淘汰“水課”，建設(shè)有深度、難度、挑戰(zhàn)度的“金課”，是改革現(xiàn)有工科專業(yè)、強(qiáng)化新工科教育的重點(diǎn)所在[4]～[9]。煤礦智能開采作為新工科智能開采專業(yè)課程體系中的主干課程，是一門關(guān)于煤炭行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢、礦山無人智能采掘技術(shù)、礦山壓力及巖體智能監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境保護(hù)與治理技術(shù)的綜合性課程，體現(xiàn)了多學(xué)科交叉融合，是建設(shè)新工科智能開采課程體系的重中之重，亟需進(jìn)行課程建設(shè)探索與改革研究。因此，在將傳統(tǒng)采礦工程專業(yè)升級為智能開采的新工科專業(yè)改造過程中，如何響應(yīng)教育部打造“金課”的號召，將煤礦智能開采課程建設(shè)成具有“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”特點(diǎn)的“金課”，是滿足新工科建設(shè)背景下對采礦工程教育新需求的一項(xiàng)重要課程建設(shè)與改革，對推進(jìn)智能開采技術(shù)人才培養(yǎng)模式改革具有重要意義。

二、煤礦智能開采“金課”建設(shè)思路

智能開采是以傳統(tǒng)采礦為基礎(chǔ)，融合機(jī)械、電氣、計算機(jī)、智能控制、信息等學(xué)科，自動化、智能化、無人化為發(fā)展目標(biāo)的開采方法?；贠BE工程教育模式，應(yīng)用“反向設(shè)計、正向?qū)嵤彼季S，根據(jù)行業(yè)需求，反向確定智能開采專業(yè)培養(yǎng)方案，制定面向需求的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求和課程體系，根據(jù)煤礦智能開采課程與專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)關(guān)系、“兩性一度”的“金課”特點(diǎn)，確定課程學(xué)習(xí)目標(biāo)，建設(shè)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容與資源，創(chuàng)新課程學(xué)習(xí)模式與方法，落實(shí)考核評價方法，并根據(jù)課程學(xué)習(xí)成果，持續(xù)改進(jìn)課程建設(shè)和專業(yè)培養(yǎng)方案，使之滿足對畢業(yè)要求的支撐和市場需求。具體建設(shè)思路如圖1所示。

三、煤礦智能開采“金課”設(shè)計與實(shí)踐

（一）課程學(xué)習(xí)目標(biāo)確定

新課程改革以來，明確提出教學(xué)目標(biāo)的主語是“學(xué)生”，教學(xué)目標(biāo)應(yīng)該由體現(xiàn)“以教師為中心”向體現(xiàn)“以學(xué)生學(xué)為中心”轉(zhuǎn)變，即教師維度的“教學(xué)目標(biāo)”轉(zhuǎn)化為學(xué)生維度的“學(xué)習(xí)目標(biāo)”[10]。新工科背景下“金課”學(xué)習(xí)目標(biāo)的確定應(yīng)該體現(xiàn)OBE理念，具備高階性，強(qiáng)化學(xué)生思維、能力的發(fā)展。

采用“反向設(shè)計”思維，通過采礦工程專業(yè)畢業(yè)生調(diào)研、用人單位調(diào)研，西安科技大學(xué)采礦工程專業(yè)畢業(yè)生70%以上服務(wù)于西部、60%以上服務(wù)于西部礦井，而我國西部煤炭資源豐富，智能開采需求廣泛而迫切。以新時代煤礦智能開采大趨勢為背景，以培養(yǎng)特色和區(qū)域性人才需求為基礎(chǔ)，制定采礦工程智能開采培養(yǎng)方案，確定了培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、課程體系。畢業(yè)要求“新工科”、“國際化”環(huán)境下學(xué)生必須具備智能開采專業(yè)知識和分析、解決實(shí)際工程問題的實(shí)踐能力，具有艱苦奮斗和開拓創(chuàng)新精神，能夠適應(yīng)采礦工程行業(yè)、企業(yè)和社會發(fā)展的需求。煤礦智能開采是一門關(guān)于煤炭智能開采現(xiàn)狀及發(fā)展、智能采掘技術(shù)、智能監(jiān)測、環(huán)境保護(hù)與治理技術(shù)的綜合性課程，主要支撐學(xué)生智能開采能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作與創(chuàng)新能力、有效溝通與交流能力的培養(yǎng)。因此，圍繞智能開采培養(yǎng)規(guī)格要求及煤礦智能開采課程對其支撐作用，確定學(xué)習(xí)目標(biāo)為：了解現(xiàn)代采礦技術(shù)的智能化發(fā)展方向，掌握煤礦智能采礦關(guān)鍵環(huán)節(jié)和技術(shù)、主要裝備智能化控制技術(shù)原理和方法，分析復(fù)雜智能開采工程問題，評價主要生產(chǎn)系統(tǒng)和工藝流程的綠色、安全、高效、智能等特性，創(chuàng)新性的運(yùn)用專業(yè)知識設(shè)計解決方案（圖2）。

（二）課程學(xué)習(xí)內(nèi)容與資源建設(shè)

新工科背景下煤礦智能開采“金課”學(xué)習(xí)內(nèi)容及資源建設(shè)是為了支持學(xué)生的學(xué)，為學(xué)生的學(xué)習(xí)搭建支架。學(xué)習(xí)內(nèi)容應(yīng)實(shí)現(xiàn)“空洞化”向“前沿性與時代性”轉(zhuǎn)變，體現(xiàn)最新科學(xué)研究、前沿應(yīng)用，拓展國際化視野，培養(yǎng)審辯性思維。煤礦智能開采是要實(shí)現(xiàn)煤礦主體系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全過程智能化，根據(jù)目前煤礦智能化發(fā)展的重要環(huán)節(jié)和對課程學(xué)習(xí)目標(biāo)的支撐關(guān)系，優(yōu)化學(xué)習(xí)內(nèi)容結(jié)構(gòu)，進(jìn)行模塊化建設(shè)。

學(xué)習(xí)模塊一：煤炭行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢。包括：當(dāng)前煤炭行業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行形勢、世界能源現(xiàn)狀、我國能源現(xiàn)狀及煤炭在我國能源保障中的地位;煤炭革命的本質(zhì)意義、目標(biāo)、戰(zhàn)略藍(lán)圖及國際化;智能化無人化發(fā)展目標(biāo)。

學(xué)習(xí)模塊二：礦山智能采掘技術(shù)。包括：煤礦智能化開采發(fā)展階段，智能化開采1.0“智能控制+遠(yuǎn)程干預(yù)”、智能化開采2.0“工作面自動找直”、智能化開采3.0“透明工作面智能割煤”、智能化開采3.0“全智能自適性開采”等四階段的關(guān)鍵技術(shù)，智能化開采重點(diǎn)方向。

學(xué)習(xí)模塊三：礦山壓力及巖體智能監(jiān)測。包括：巖體聲發(fā)射智能監(jiān)測設(shè)備及技術(shù)、工作面礦壓顯現(xiàn)智能監(jiān)測、巷道動態(tài)穩(wěn)定性監(jiān)測、區(qū)段煤柱穩(wěn)定性監(jiān)測、沖擊礦壓監(jiān)測等等。

學(xué)習(xí)模塊四：智能礦山環(huán)境保護(hù)及治理技術(shù)。包括：深部多相資源聯(lián)合采選和超低生態(tài)損害開采技術(shù)（深部礦井煤與瓦斯共采技術(shù)、深部礦井地?zé)豳Y源利用技術(shù)、深部礦井“煤-水”雙資源聯(lián)合開采技術(shù)、深部礦井“煤-水-氣-熱”多資源聯(lián)合開發(fā)技術(shù)、采選充一體化技術(shù)與裝備），地表生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理技術(shù)（采礦對地表生態(tài)環(huán)境影響診斷技術(shù)、減輕地表生態(tài)環(huán)境損傷的開采設(shè)計與技術(shù)、酸性廢石堆治理技術(shù)、生態(tài)系統(tǒng)重構(gòu)與土地復(fù)墾技術(shù)）。

根據(jù)以上四模塊學(xué)習(xí)內(nèi)容，利用現(xiàn)代信息技術(shù)建設(shè)具有指導(dǎo)性、基礎(chǔ)性、生成性和拓展性的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺資源（圖3）。完善課程簡介、教師信息、課程大綱、教學(xué)日歷、考核辦法等指導(dǎo)性資源，豐富課程教案、知識點(diǎn)導(dǎo)圖、PPT課件、學(xué)習(xí)視頻等基礎(chǔ)性資源，設(shè)計課程作業(yè)、在線測試、試題庫、答疑討論、常見問題等生成性資源，建設(shè)典型案例、研討項(xiàng)目、資源鏈接等拓展性資源。

（三）課程學(xué)習(xí)模式創(chuàng)新

“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的教育確立的是一種“為學(xué)習(xí)服務(wù)”的全新教育觀。其本質(zhì)是為學(xué)生創(chuàng)建一種高度參與的個性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)，學(xué)生不僅需要共性的標(biāo)準(zhǔn)化知識學(xué)習(xí)，更追求個性化知識與創(chuàng)造性知識的自我構(gòu)建與生成?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+教育”時代的混合式學(xué)習(xí)模式將傳統(tǒng)的面授課堂教學(xué)與現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)信息化教學(xué)方式結(jié)合起來，融合閉環(huán)型案例教學(xué)、專題研討教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等不同教學(xué)方法，建立“學(xué)生主動學(xué)、教師引導(dǎo)教、實(shí)踐體驗(yàn)學(xué)”的學(xué)習(xí)體系，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)、學(xué)會能夠?qū)γ旱V智能開采提出自己的觀點(diǎn)和看法的能力，以大量的案例、動畫、微課視頻等形式客觀的展現(xiàn)智能開采技術(shù)，促進(jìn)學(xué)生知識、能力、思維綜合發(fā)展[11]～[13]。混合式學(xué)習(xí)模式主要由三部分組成（圖3）。

1. 學(xué)生課前的線上主動學(xué)習(xí)

教師做好課件、微課視頻、研討選題設(shè)計等在線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺資源準(zhǔn)備工作，引導(dǎo)學(xué)生完成基于主題或項(xiàng)目的探究式學(xué)習(xí)任務(wù)。線上微課視頻以實(shí)際問題及其解決過程為主線，帶動知識點(diǎn)的融會貫通，學(xué)以致用，做到理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。

2. 學(xué)生課堂的線上線下學(xué)習(xí)

通過對課前的線上學(xué)習(xí)情況分析，確定重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容和知識點(diǎn)，融合多種教學(xué)方法和資源開展課堂教學(xué)。采用閉環(huán)型案例教學(xué)方法，以經(jīng)典問題為導(dǎo)向的引例吸引學(xué)生進(jìn)入學(xué)習(xí)內(nèi)容，以知識點(diǎn)為導(dǎo)向的實(shí)例讓學(xué)生掌握知識要點(diǎn)，以綜合性問題為導(dǎo)向的案例培養(yǎng)學(xué)生綜合分析能力，以煤礦智能開采前沿問題為導(dǎo)向的創(chuàng)例培養(yǎng)學(xué)生研究應(yīng)用、分析預(yù)測和提出系統(tǒng)解決方案的能力。采用虛擬仿真教學(xué)方法，通過三維模型、運(yùn)動仿真視頻，讓學(xué)生在虛擬的情景下進(jìn)行煤礦智能開采技術(shù)的探究和學(xué)習(xí)，使學(xué)生可以不受場地與設(shè)備的限制，掌握更多的技能。采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法，讓學(xué)生在課堂上分享課前學(xué)習(xí)成果、討論交流，教師引導(dǎo)學(xué)生思考和討論，并進(jìn)行答疑解惑和補(bǔ)充說明。

3. 學(xué)生課外的作品實(shí)踐學(xué)習(xí)

采用“化整為零、由零到整”的實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計，將復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問題分解成詳細(xì)的知識點(diǎn)，通過項(xiàng)目實(shí)踐使學(xué)生深入理解知識內(nèi)涵，系統(tǒng)掌握各種技能之間的現(xiàn)實(shí)聯(lián)系，從而提升課程教學(xué)的系統(tǒng)性、高階性，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決現(xiàn)實(shí)問題的能力。

（四）學(xué)習(xí)考核評價體系建立

學(xué)習(xí)考核應(yīng)該支撐課程學(xué)習(xí)目標(biāo)，考核權(quán)重應(yīng)與學(xué)習(xí)目標(biāo)相匹配，評分標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)細(xì)化易行、具有導(dǎo)向性。根據(jù)煤礦智能開采課程學(xué)習(xí)目標(biāo)，優(yōu)化課程考核模式，形成過程性考核和總結(jié)性考核相結(jié)合的模式，提升評分機(jī)制的科學(xué)性，突出學(xué)生能力本位特點(diǎn)，增加過程考核比重，量化過程考核評分細(xì)則。突出過程考核，以模塊學(xué)習(xí)過程為考評基礎(chǔ)，以全學(xué)期的模塊學(xué)習(xí)進(jìn)度為考核的時間線，以項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動，在每個模塊學(xué)習(xí)完成之后，要求學(xué)生運(yùn)用該模塊所學(xué)完成項(xiàng)目設(shè)計內(nèi)容，并對其作業(yè)進(jìn)行考核，形成階段性過程考核成績。優(yōu)化考試內(nèi)容，考試中每項(xiàng)內(nèi)容需要與細(xì)化知識點(diǎn)或能力點(diǎn)相對應(yīng)，強(qiáng)調(diào)對知識運(yùn)用和分析問題能力的考察，考試內(nèi)容和評分標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)W(xué)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行衡量，形成總結(jié)性考核（圖4）。

建立課程教學(xué)評價體系（圖5），制定課程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，各主要教學(xué)環(huán)節(jié)有明確的質(zhì)量要求，建立教學(xué)過程監(jiān)督檢查機(jī)制、課程考核方式和內(nèi)容審查機(jī)制、畢業(yè)要求達(dá)成情況評價機(jī)制，定期開展畢業(yè)要求達(dá)成情況評價，完成試卷分析表、課程總結(jié)表。

四、結(jié)束語

在新工科背景下，面對人工智能快速發(fā)展的趨勢，要將煤礦智能開采課程打造成具有一定高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度的 “金課”是一項(xiàng)任重道遠(yuǎn)的工作。要求在緊跟煤礦智能開采領(lǐng)域前沿技術(shù)，不斷從科研中提煉典型案例，持續(xù)更新和豐富學(xué)習(xí)內(nèi)容，創(chuàng)新學(xué)習(xí)形式，提升內(nèi)涵建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王國法，劉峰，孟祥軍，等.煤炭智能化（初級階段）研究與實(shí)踐[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2019，47（8）：1-36.

[2]王國法，張德生.煤炭智能化綜采技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐與發(fā)展展望[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，2018，47（3）：459-467.

[3]康紅普，王國法，姜鵬飛，等.煤礦千米深井圍巖控制及智能開采技術(shù)構(gòu)想[J].煤炭學(xué)報，2018，43（7）：1789-1800.

[4]吳巖.建設(shè)中國“金課”[J].中國大學(xué)教學(xué)，2018（12）：4-9.

[5]肖進(jìn)麗，肖方亮，徐言民，等.新工科背景下船舶導(dǎo)航類課程“金課”建設(shè)探究[J].航海教育研究，2019，36（2）：59-62.

[6]教育部高等教育司.“新工科”建設(shè)復(fù)旦共識[J].復(fù)旦教育論壇，2017（2）：27-28.

[7]林建.第四次工業(yè)革命浪潮下的傳統(tǒng)工科專業(yè)轉(zhuǎn)型升級[J].高等工程教育研究，2018（4）：1-10.

[8]戴亞虹，李宏，鄔楊波，等.新工科背景下“學(xué)踐研創(chuàng)”四位一體實(shí)踐教學(xué)體系改革[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2017，34（12）：189-225.

[9]盛建龍，葉義成，劉曉云，等.基于新工科的采礦工程專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式初探——以武漢科技大學(xué)為例[J].高等工程教育研究，2018（5）：83-87.

[10]曾文婕.從“教學(xué)目標(biāo)”到“學(xué)習(xí)目標(biāo)”——論學(xué)習(xí)為本課程的目標(biāo)轉(zhuǎn)化原理[J].全球教育展望，2018（4）：11-19.

[11]劉建平，賈致榮，師郡.基于OBE教育理念的混合課程教學(xué)改革——以混凝土與砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計課程為例[J].高等建筑教育，2018，27（06）：87-92.

[12]馮曉英，孫雨薇，曹潔婷.“互聯(lián)網(wǎng)+”時代混合式學(xué)習(xí)：學(xué)習(xí)理論與教法學(xué)基礎(chǔ)[J].中國遠(yuǎn)程教育，2019（2）：7-16.