基于全過程管理的礦業(yè)系統(tǒng)工程課程教學(xué)改革與實(shí)踐

朱權(quán)潔 劉曉云 趙啟峰 朱斯陶 劉曉輝 姬月虎 師皓宇

摘? 要：隨著智慧礦山建設(shè)的快速發(fā)展，新興采礦技術(shù)已經(jīng)超出了采礦專業(yè)課程體系和學(xué)生的認(rèn)知水平。礦業(yè)系統(tǒng)工程課程作為專業(yè)基礎(chǔ)課，需要根據(jù)當(dāng)前行業(yè)形勢(shì)積極改革，針對(duì)礦業(yè)系統(tǒng)工程知識(shí)點(diǎn)多、抽象復(fù)雜、理解難度大等問題，提出引入MATLAB軟件，建立案例導(dǎo)向式教學(xué)方法，通過對(duì)知識(shí)點(diǎn)的梳理和模塊化，引導(dǎo)學(xué)生全程參與“預(yù)習(xí)-學(xué)習(xí)-復(fù)習(xí)-應(yīng)用”，使學(xué)生能夠?qū)W以致用、以用促學(xué)。實(shí)踐結(jié)果表明，該方法能夠獲得活躍的課堂氛圍，充分發(fā)揮學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，一定程度提升該課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：礦業(yè)系統(tǒng)工程;教學(xué)改革;MATLAB;采礦工程

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2021）27-0131-06

Abstract： With the rapid development of intelligent mine construction， the emerging mining technology has exceeded the course system and students' cognition level of mining specialty. As a professional basic course， "Mining System Engineering" （MSE） should be reformed according to the current industry situation. In view of the MSE knowledge points， abstract complex， difficult to understand and other problems， the introduction of MATLAB software， the establishment of case-oriented teaching method， through the combing and modularization of knowledge points， guide students to participate in the whole process of "preview-learning-review-application"， so that students can learn to use， to promote learning. The practice results show that this method can obtain an active classroom atmosphere， give full play to students' autonomous learning ability， and improve the teaching quality of this course to some extent.

Keywords： Mining Systems Engineering; educational reform; MATLAB; mining engineering

近幾十年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)、運(yùn)籌學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)等得到了跨越式發(fā)展，這為解決復(fù)雜的礦業(yè)工程問題，如系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)、系統(tǒng)評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)、可靠性分析、計(jì)算機(jī)仿真與優(yōu)化等帶來了契機(jī)，礦業(yè)系統(tǒng)工程正是基于此背景應(yīng)運(yùn)而生。以采礦方法選取為例，這些問題既屬于典型的采礦工程問題，又隸屬于多因素、動(dòng)態(tài)、復(fù)雜的系統(tǒng)工程問題，因?yàn)闊o法從定量角度完全表述這類問題，如果僅僅以經(jīng)驗(yàn)或是定性來分析將會(huì)影響選擇的準(zhǔn)確性和精確性。礦業(yè)系統(tǒng)工程是人們?cè)陂L期的采礦實(shí)踐過程中，運(yùn)用各種科學(xué)知識(shí)，不斷揭示出采礦活動(dòng)的內(nèi)在規(guī)律、發(fā)展出相應(yīng)技術(shù)手段，進(jìn)而逐步形成的礦業(yè)工程技術(shù)，如礦山地質(zhì)、采礦方法、礦山通風(fēng)、機(jī)電等領(lǐng)域[1]。

20世紀(jì)60年代是礦業(yè)系統(tǒng)工程形成的初步階段。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和系統(tǒng)工程理論等的快速發(fā)展，礦業(yè)系統(tǒng)工程也得到了長足發(fā)展?，F(xiàn)如今，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)的發(fā)展及其在礦業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，以透徹感知、深度互聯(lián)、智能應(yīng)用為特征的智慧地球理念應(yīng)運(yùn)而生。因而，在自動(dòng)化礦山、數(shù)字化礦山的基礎(chǔ)上，迫切需要?jiǎng)?chuàng)新管理模式和技術(shù)手段，以建設(shè)綠色、智能和可持續(xù)發(fā)展的智慧礦山[2]。例如自動(dòng)化采掘裝備、智能化調(diào)度系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)優(yōu)化等技術(shù)的出現(xiàn)，已經(jīng)超出了原有采礦工程專業(yè)學(xué)生的認(rèn)知水平，這也迫切要求采礦專業(yè)學(xué)生在掌握基礎(chǔ)理論的同時(shí)，積極涉獵與之相關(guān)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。

礦業(yè)系統(tǒng)工程作為采礦工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在本科生培養(yǎng)方案中起到重要作用，尤其是當(dāng)前礦山智能化進(jìn)程中，系統(tǒng)工程理論不可或缺。在這樣的背景之下，華北科技學(xué)院采礦工程系積極嘗試、持續(xù)改進(jìn)，嘗試以多元化的教學(xué)方式，引入專業(yè)性軟件理論與實(shí)踐相結(jié)合，對(duì)礦業(yè)系統(tǒng)工程的教學(xué)模式進(jìn)行改進(jìn)，以期獲得良好的教學(xué)效果。

一、課程教學(xué)需求與改革思路

（一）教學(xué)目的和任務(wù)

礦業(yè)系統(tǒng)工程為我校采礦工程專業(yè)（本科）專業(yè)基礎(chǔ)課，總學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí)，學(xué)分：2.0，考核方式：考查。課程所選用的教材為由張俊文、查文華、魏世明主編、中國礦業(yè)大學(xué)出版社出版的《礦業(yè)系統(tǒng)工程》。該教材為“十二五”普通高等教育本科國家級(jí)規(guī)劃教材，具備內(nèi)容廣泛、案例豐富的特點(diǎn)，突出培養(yǎng)學(xué)生分析及解決問題的能力。在教學(xué)方法方面，該課程以講授為主，穿插提問、練習(xí)和討論，并結(jié)合討論式、協(xié)作式等教學(xué)方法。在教學(xué)手段方面，主要包括以下三個(gè)方面：多媒體課件、板書;以大量隨堂測(cè)試教學(xué)（MATLAB）;引入動(dòng)畫、三維立體模型等生動(dòng)演示。

礦業(yè)系統(tǒng)工程是采礦學(xué)與系統(tǒng)工程相結(jié)合的產(chǎn)物，近年來發(fā)展迅速，已形成頗具特色的一個(gè)新興學(xué)科分支，是應(yīng)用系統(tǒng)工程的理論去解決采礦實(shí)際問題。隨著運(yùn)籌學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，礦井開采中許多生產(chǎn)技術(shù)問題，采用系統(tǒng)優(yōu)化和系統(tǒng)模擬的方法，以論證采礦系統(tǒng)的合理性和改進(jìn)策略，例如進(jìn)行采區(qū)、礦井設(shè)計(jì)方案和主要參數(shù)的最優(yōu)選擇，安排保證正常生產(chǎn)的工作面和采區(qū)的接替計(jì)劃等。本課程的開設(shè)在于為學(xué)生運(yùn)用系統(tǒng)工程的基本理論及方法去解決采礦實(shí)際問題。本課程的任務(wù)是使學(xué)生通過典型示例掌握礦業(yè)系統(tǒng)工程，而對(duì)于采礦實(shí)際問題，把握如何建立模型和求解模型的一般規(guī)律和方法。