立足工程认证标准 建设一流专业课程——“采矿学”课程教学改革实践

张东升，范钢伟，万志军

随着我国高等教育从跟跑向领跑转变，高等教育即将进入普及化阶段，我国积极推进工程教育改革，促进中国工程教育国际互认，进一步提高工程教育质量和工程技术人才的国际竞争力，于2016年成为《华盛顿协议》第 18 个正式成员，我国工程类毕业生具有国际互认质量标准的“通行证”。中国矿业大学采矿工程专业早在2007年参加了工程教育试点认证，之后分别于2010年和2013年两次通过该认证。2016年，我国成为《华盛顿协议》正式成员国后，学校迎来了正式认证。自2015年始，中国矿业大学“采矿学”课程团队率先开展了课程改革，在以往历次课程改革的基础上，持续改进课程教学质量，在不断满足中国工程教育专业认证协会的认证新要求的基础上，对“采矿学”课程先行先试，建设采矿一流课程。

一、一流课程建设历程回顾

1. “采矿学”课程的历次修订

“采矿学”是采矿工程专业核心主干课程，在采矿工程专业教育中占有举足轻重的地位[1]。20世纪以来，“采矿学”课程历经多次课程改革。

1999年，针对采矿工程专业课程体系变化，在新编著的《采矿学》中融合了原专业课程如采煤工艺学、矿山压力及其控制和采矿系统工程等7门课程的基本教学内容。同时，在课程中引入计算机辅助教学(采矿CAD)[2]。

2011年，为将新的采矿技术和科研成果展现到教材中，《采矿学》被列入教育部“十一五”国家级规划教材进行修订[3]。

2014年，《采矿学》在教育部“十二五”国家级规划教材建设中再次进行修订。

2015年，为了提高采矿工程培养质量，通过新的工程教育认证标准，为其他院校采矿工程建设作出示范，提供特色鲜明且可借鉴的课程教学经验，按照国际先进教学理念，课程团队认为课程学习不仅仅是知识传授，还要注重学生的素质和能力的综合培养[4]，将“以学生为中心”的思想，贯穿到课程教学全过程，并按成果导向理念，对照专业认证中大学生毕业12条要求，重新设计整个课程的教学安排。

2. 对照工程教育认证标准进行课程分析

对照工程教育认证标准，依据中国矿业大学2012版课程教学大纲，课程团队对“采矿学”课程进行分析和反思，发现：

在课程理念上，2012版大纲规定了“采矿学”课程的性质、目的及任务，没有列出明确的课程理念。在工程教育认证标准中，工程教育认证理念包括：学生中心理念、成果导向理念和持续改进理念。从课程层面来讲，工程教育认证理念的核心内涵在于成果导向理念(OBE理念)[5]。该理念强调专业教学设计和教学实施以学生接受教育后所取得的学习成果为导向，并对照毕业生核心能力和要求，评价专业教育的有效性[6]。

从课程目标来看，大纲规定课程目标为：使采矿工程专业的学生对煤矿井下生产系统、环节和开采技术有比较全面和系统的了解，使学生掌握现代煤矿地下开采的基本知识、方法和技术，培养学生从事矿井采掘施工、组织生产的能力及采煤工艺、采区(盘区或带区)及矿井开采设计的能力，并为今后深入研究开采问题打下理论基础。从工程教育认证理念所提出的毕业要求来看，课程目标需要突出强调学生解决复杂问题的能力和毕业后具备对矿山生产系统、生产环节、开采技术和装备系统全面了解的工作能力，除了搭建学生知识体系，还需要使学生掌握现代工具使用、工程素养、设计理念等内容。

从课程内容来看，大纲从知识传授的角度规定了“采矿学”课程任务为讲授现代矿井的采煤方法、准备方式、开拓方式、矿井开采设计的基本原理和主要方法。当前的教学较关注国内现代化煤矿井工开采方面的内容，缺乏露天开采工艺和主要采运设备、非煤固体矿产开采、国内外采矿工业发展现状和先进开采工艺、采矿技术前沿及发展趋势等内容。

从教学活动组织来看，2012版课程大纲设计了3次实验模型观摩课和3次录像课，内容包括采煤工艺、准备方式、井田开拓方式和普采、综采、设备的介绍。课程组织和教学活动不够丰富。“采矿学”除了上课讲解、实验模型观摩、录像之外，没有其它规定的教学活动，仅能帮助学生完善采矿知识结构，对于前沿的有效的课堂教学方法的使用较少。

从课程考核形式来看，闭卷考试(笔试)占总成绩的70%，平时作业占20%，考勤及回答问题等课堂表现占10%。课程欠缺形成性考核，缺乏过程化考核，反馈改进工作不足，不能满足工程教育认证持续改进理念。

3. 立足工程专业认证标准，开展一流课程建设

课程团队认为，2012版大纲指导下的“采矿学”课程需加强培养学生的实践能力、创新能力、协同能力和解决实际问题能力。根据工程教育认证理念，在保留原有的课程定位(专业主干必修课)、学时、学分、工程知识课程讲解和实验模型观摩课、录像课等之外，“采矿学”课程应该明确以工程教育认证理念为引导，重新设计课程目标，健全师资队伍，丰富课程内容，改进教学组织，优化教学活动，增加过程化考核，设计更多的教学活动，完善学生知识结构，培养学生解决复杂工程问题能力，提高采矿工程人才的培养质量和国际化视野。

此外，从工程与社会、环境和可持续发展、职业规范等毕业要求出发，应该增加一些单独设计的教学活动使学生掌握矿山工程经济决策方法，具备利用采矿基本原理分析解决矿山生产技术问题的基本能力，并能综合考虑社会、经济、安全、法律、环境、社会可持续发展等方面因素。为此，课程团队将工程教育认证理念引入到“采矿学”课程中，以构建学生的工程知识体系和综合应用知识解决复杂工程问题的能力为导向，进行了以“一制六化”为主体内容的课程教学改革探索与实践，助力采矿工程一流专业建设与工程教育认证建设。

二、重视教学设计，再造“采矿学”课程教学

为把采矿工程专业建成“国内引领、国际有重大影响力”的一流品牌专业[7]，保证工程教育认证合格，必须确保采矿工程专业毕业生满足认证标准的12条毕业要求。这就需要在教学过程中落实，保证相应的课程层面的预期学习产出达标。为此，课程团队设计了“采矿学”课程的预期教学产出(课程目标)和相应的教学内容、教学组织、师资队伍与考核管理。

1. 修订“采矿学”课程目标

当前我国的工程教育标准中的毕业要求有12条，涉及学生的工程基础知识、个人能力、团队能力与工程系统能力等多方面。课程团队根据多年的“采矿学”课程教学经验，重点围绕“解决复杂采矿工程问题”能力对学生进行知识、素质和能力的全面综合培养，设计了“采矿学”课程目标与工程教育认证标准的关联度矩阵，见表1。从表1中可以看到，“采矿学”课程教学目标中最核心的内容是构建学生的工程知识体系和综合应用知识解决复杂工程问题的能力，其次是培养学生进行问题分析，使用现代工具，沟通的能力，建立职业规范与个人与团队协作的意识，最后是进行学术研究启蒙，树立采矿工程与社会发展、环境协调可持续发展的意识，建立终生学习理念。通过对表1的分析可以将最终的毕业要求细化出一部分作为“采矿学”的课程教学目标。

表1 “采矿学”课程目标与工程教育认证标准毕业要求的关联度矩阵

注：课程目标与各项毕业要求的关联度用“H”表示高相关，用“M”表示中等相关，用“L”表示弱相关，“—”表示不相关。

“采矿学”课程目标主要包括：

(1) 学生熟练掌握“采矿学”的基本概念、原理、方法及技术；

(2) 学生具有分析和解决采矿工程复杂问题的能力，掌握矿井设计理论与方法，并能综合考虑法律法规、生态环境保护、工程伦理、安全与经济等因素，进行方案优化与决策；

(4) 能熟练使用采矿CAD绘图和制作PPT，并对某一专题进行清晰表达和逻辑讲解；

(5) 良好的个人素质、职业道德、团队协作精神和交流沟通能力；

(6) 学生建立终身学习意识。

2. 丰富“采矿学”课程内容

在原有的煤矿井工开采内容基础上增加露天开采工艺和主要采运设备、非煤固体矿产开采、国内外采矿工业发展现状和采矿技术前沿及发展趋势等方面的内容。此外还包括考虑社会、经济、安全、法律、环境、社会可持续发展等方面因素综合应用采矿知识原理解决复杂工程问题的内容。

3. “采矿学”的课程组织与过程再设计

为了实现上述预期学习成果，必须对“采矿学”课程教学活动进行合理设计与统筹安排。为此，基于工程教育认证理念，设计了以“一制六化”为主体的课程组织和教学过程。主要内容为：课程导师制、模块化、小组化、个性化、国际化、弹性化、过程化。“一制六化”教学模式如图1所示。

4. 重组“采矿学”的授课队伍

根据工程教育认证标准中的采矿工程专业补充标准，课程的教师需要具有专业背景和工程背景。其中专业背景要求从事本专业主干课程教学工作的教师其本科、硕士和博士学位其中之一必须为采矿工程专业。而工程背景要求从事本专业教学(含实验教学)工作的80%以上的教师至少要有6个月以上矿山企业或工程实践(包括指导实习、与企业合作项目、在企业工作等)经历。基于此，中国矿业大学采矿学课程教师均为采矿工程专业背景，具有博士学历，工程背景、年龄结构合理。“采矿学”课程团队由主讲教师、课外导师和助教三部分组成，三者分工明确，相互配合。

第二,一般情况下抗菌药物可分为2类,一是时间依赖型,二是浓度依赖型。妇产科中常用的抗菌药物多为浓度依赖型,如喹诺酮类、硝基咪唑类、氨基糖苷类等。此类药物应用时,用药间隔时间可适当延长,1-2次/d便可。时间依赖型主要涉及大环内酯类、磺胺类等,其抗菌活性与药物浓度并无直接关系,而与时间有关,建议2-4次/d。[4]对此选择抗菌药物时,需考虑药物的实际特点。

图1 “一制六化”教学模式

主讲教师负责重点知识点的讲解，引导学生构建采矿工程知识体系，一般主讲教师2名，分别讲解井工开采和露天开采。主讲教师需要具有采矿工程专业博士学位和教授职称，且为讲授本课程5年以上的教师。课外导师需要具有采矿工程学科教授职称或具有采矿工程专业博士学位且近3年有过完整的本课程助课经历的教师。

为了搭配主讲教师，师资队伍中增加了助教和课外导师。其中助教配合主讲教师，负责组织课堂研讨、小测验成绩分析、模型实验观摩等教学活动，助教为采矿工程专业在读博士研究生，一般为2～3名。课外导师负责课堂研讨内容的确定,联系观摩矿井,介绍各自研究领域的现状与学术前沿,指导学习小组讨论学习新理论、新方法、新技术、选定个人专题题目与优秀外文文献等，课外导师一般为6～8名。课外导师会定期对学生进行辅导，保证本组学生在学好专业课基础的同时能够开阔视野，增长见闻。

5. 加强“采矿学”课程过程化考核

设计的各教学环节必须实行过程化考核，具体包括知识点的随堂测验、课外作业、课程研讨汇报、矿井观摩效果检查、外文文献翻译、专题论文报告及平时课堂表现(包括课堂出勤、课堂回答问题情况、模型室参观)等，都有相应的计分标准，保证了学生们全程参与新教学方法的主动性。期终闭卷考试只占课程总成绩的30%，而过程化考核中的各项比重总和为70%。教改前后过程化考核比例变化情况见图2。

图2 教改前后过程化教学考核比例变化情况

三、开展教学实践探索，形成“一制六化”教学模式

课程团队亲身组织探索实践，从2015年至今，以采矿2013级、2014级、2015级、2016级卓越工程师班为试点对象，基于“一制六化”教学新方法，采用小班授课、翻转课堂、课堂研讨、专题论文、现场观摩、文献翻译、模型讲解、过程考核等多种教学方法组合的方式进行了“采矿学”课程教学模式探索。

1. 模块化

模块化是将煤炭资源开采知识体系拆分为14个模块：基本概念、矿山压力简介、采煤工艺、回采巷道布置、采煤方法对比、特殊条件下的开采方式、采煤工作面设计、采区准备、矿井开拓、矿井设计、露天开采、非煤开采、地表深陷控制与生态环境保护。各模块内容既相互独立，又相互串联。模块化教学还包括4次模型室实验教学。针对使学生熟练掌握“采矿学”中的基本概念、原理、方法及技术这一课程目标，清晰的模块化设计有利于教师将课程教学具体化为小的教学目标。

这一环节主要以主讲老师的讲解、引导启发和学生自学为主。搭配4～5次课堂测试(针对基本概念、采煤工艺、准备方式、开拓方式、露天开采等)和2次课外作业(采煤工艺设计和绘制循环作业图表)进行考评，评估学生学习产出，动态调整教学进度。分模块的教学组织可以有效帮助学生条理化地理解各个知识点，夯实工程基础专业知识。

2. 小组化

小组化既包括学生的小组化组织，又包括以小组形式开展的教学活动。一般以5～7人为一个学习小组，每小组有课外导师一名、小组长一名，督促小组学习活动；以小组形式开展的教学活动主要有课堂讨论、课堂专题研讨汇报和下井观摩等。一个学习小组不单单参与几项教学活动，更是课上、课下学习讨论，互帮互助的有力载体。

课堂专题研讨汇报的题目根据学生兴趣，由课外导师结合教学进度提出。以2016-2017学年教学实践为例，研讨了诸如综采工作面的旋转与调斜、综采工作面过断层、综采工作面加长和过老巷、综采工作面的拆装、综采工作面端头支护、厚煤层开采工艺发展现状及展望等题目。

下井观摩活动环节组织各学习小组到现代化大型生产矿井实地观摩现代化开采方法与开拓部署。由课外导师联系具体矿井，学生自主行动，全程自我管理，并向全班汇报收获、体会和感悟。进行现场观摩的矿井有兖州济三煤矿与东滩煤矿、晋城寺河煤矿与大宁煤矿、大同塔山煤矿等大型现代化矿井。

小组化的教学环节重点在于培养学生们利用所学工程知识对某一专题进行分析研究，形成解决复杂工程问题的能力；锻炼学生使用CAD和PPT等软件，对某一专题进行清晰表达和逻辑讲解；同时在团队配合中提高组织协调与交流表达的能力。

3. 个性化

个性化培养体现之一是在学生的个人专题论文中。教师尊重学生兴趣发展，学生完全按照自己的意愿自主选择专题内容。课程规定每位学生需要在课外导师的指导帮助下，在课程结束前完成对某一具体问题的探究。在2017-2018学年教学实践中学生在课外导师的引导下完成了一系列问题的探索，其中部分学生题目如下：大倾角煤层开采特征及设备防滑防倒措施研究、人工假顶及其在厚煤层分层开采中的应用、仰俯斜开采的工艺特点及发展趋势探究、煤矿辅助运输新型装备单轨吊的应用研究、煤矿冲击矿压动力灾害简析等。

个性化培养的体现之二在学习小组组队时根据自己的兴趣点，联系相对应的课外导师。不同课外导师讲解指导的新理论、新方法、新技术不尽相同，包括智能采矿、保水开采、地热开发、冲击矿压、煤与瓦斯共采、露天矿粉尘、松散土石混合体及采矿系统工程等多领域。教师充分支持学生个性化发展。

此外，个性化的体现之三是形式多样。课堂专题研讨的题目充分听取学生意愿，而且专题汇报形式不限，可以单人、多人，可以辩论、汇报、演出情景剧等，让学生在研讨式、辩论式、“翻转课堂”等全新教学方法中充分发挥主动性，得到个性化锻炼和兴趣发展。

4. 国际化

国际化的内容之一是授课内容增加国际主流采矿方法和学科前沿内容，以往的授课中只讲解壁式采煤方法，现在新加了美国、澳大利亚较为常见的柱式采煤方法。此外，采矿学科前沿的内容可以吸引学生的兴趣，激发学生的探索欲望。

国际化的内容之二是推荐优秀学子赴美国、澳大利亚等高校进行暑期海外实习。该措施为培养国际一流采矿工程师和研究人员奠定一定的基础。

国际化的内容之三是要求每位学生在各指导教师的带领下阅读分析并全文翻译修改一篇矿业类国际高水平外文文献，文献来自采矿类全英文主流期刊，如《RockMechanicsandRockEngineering》和《InternationalJuournalofCoalGeology》。目的在于提高学生的英语文献阅读水平，查找文献能力，规范使用专业词汇用语的能力；了解行业前沿动态和国际采矿先进技术，不拘泥于书本内容，提高专业的国际化认知，树立终生学习理念。

5. 弹性化

弹性化的内容之一是教学形式的弹性化。学习过程贯穿于线上(雨课堂、微信群)、线下(相关教学活动)；相应的知识体系在课堂教学、实验室模型课教学和现代化矿井观摩中动态联系，不拘泥于书本。在实践中，学生可以增长见闻，跳出课本，深入实际，灵活应用。

弹性化的内容之二是教学内容弹性化。个人专题论文、英文翻译、课程设计可以与毕业论文、毕业设计弹性对接，即在“采矿学”课程内完成的论文、翻译、相关设计既是最终毕业论文、毕业设计的练习，又能评估是否达到预期学习产出。同时，课程内完成的内容可以深入挖掘，进一步做下去，如毕业设计可以在采矿学课程设计的基础上继续完善。

弹性化的内容之三是教学过程弹性化。赴现代化矿井观摩这一教学环节不占用课程学时，学生自主利用周末或假日时间进行，全程自我管理，并向全班汇报收获、体会和感悟，实现教室与现场两个课堂的弹性化教学。

6. 过程化

对试点班级采取过程化考核，根据教学进度组织各个教学环节，并及时给出相应的评估，帮助学生了解自己是否达到了相应的学习产出。具体的考核环节包括随堂测验、课外作业、课程研讨展示汇报、矿井观摩、模型室参观、专题论文、英文文献翻译、平时课堂表现(包括课堂出勤、课堂回答问题情况、模型室参观)、结课考试等。具体比例为结课考试30%，而过程化考核中的各项比重各占10%。每一项均按照百分制考核，最终按照比例加权。随堂测验可以帮助教师及时了解学生学习的实际情况。例如2017年10月班级28人参加“采矿学”第二次课堂测试，根据助教的统计结果，学生在部分题项上的出错率超过1/3，表明学生在工作面移架方式、大采高放顶煤工艺以及厚煤层分层开采区段巷道布置方式的知识体系尚未形成或者认识存在偏差。根据考评结果，在下一知识模块讲授之前，对未达到预期学习产出的教学内容要再次讲授或者补充教学(见图3)。

图3 2017年10月第二次随堂测试成绩分析

除了以“一制六化”为主体的教学活动外，还进行了非技术性指标教学活动：开堂第一课与职业规范教育。旨在使学生养成严格的时间管理习惯和课堂纪律以及尊师重道的良好风尚，建立采矿工程师职业道德规范和终生学习理念。

在开课第一讲中进行“明志”教育，将课程培养理念与对学生的成长期望凝练为采矿工程师“三字经”——棒身体、强心理；高素质、硬业务；能吃苦、敢担当；善协调、会低调；有理想、能奉献；宽胸怀、通国际。结合采矿安全事故实例与《煤矿安全规程》《矿井设计规范》授课，培养采矿工程师的伦理道德和责任心。

四、固化和推广改革，课程教学成果进质量标准

经过课程团队的多次实践，中国矿业大学采矿工程专业在修订2016版课程指南(2016版课程质量标准为中国矿业大学官方标准，实质内容为课程大纲)的“采矿学A”课程教学质量标准时，吸收、固化并推广了一部分课程教学改革创新做法。

在课程目标上，增加了对露天开采方法和非煤固体矿产开采方法、国内外采矿工业发展现状、采矿技术前沿及其发展趋势、解决复杂工程问题能力、综合考虑多方面因素解决矿山生产技术问题的基本工作能力等要求。同时，在主要教学内容上增加了相关内容。在模型观摩课上，实验增加了一次，总共合计6个学时，包括采煤工艺模型、采煤方法模型、准备方式模型、井田开拓方式模型。大纲明确要求进行2个学时的研讨课，采用课程团队构思的小组化活动方式进行，主题包括井工开采的新进展与发展方向、新能源开发、固体矿床智能化开采、能源与生态环境等。大纲明确要求进行2个学时的作业讲评课，准确评价学生预期学习产出，并查漏补缺。

根据课程团队的个性化教学实践，2016版课程指南标准中“采矿学A”在教学策略上提出“采矿学A”应基于成果导向理念组织教学任务，同时鉴于采矿工程学科还在不断发展中，授课教师在各自学科方向有最新研究成果，本课程将给予授课教师一定自主性，在保证讲授基础内容的前提下，根据个人特长对其他授课内容进行适当取舍，但总学时数不宜超过8学时。

此外，在中国矿业大学2016版课程指南标准中规定“采矿学A”采用过程考核和结果考试相结合的考核方式，其中，考试成绩占50%，平时成绩占50%。平时成绩由3部分组成：两次课外作业(工艺设计和采/带区设计)各占10%，课堂研讨占20%，4次课堂测验共占10%。课程大纲对考核的标准变化见图4。

图4 过程化考核标准变化注：2016版课程质量标准为中国矿业大学官方标准，实质内容为课程大纲。

五、结语

在本次“采矿学”教学方法改革实践过程中，试点班级学生对新教学模式普遍反响较好，认同度较高，新教学模式具有以下优势：

(1) 采用导师制教学团队，充分发挥教师的引导作用和学生的主体作用，有效提高课堂的教学效率和教学质量；引入工程教育认证理念，充分调动了学生的学习积极性，让学生学会自主预习、复习和查阅相关知识，大大提高了学生对专业知识的兴趣度；

(2) 采用小组研讨方式，能够充分增强团队合作经验，增强学生的团队协作意识，在“采矿学”课程学习过程中，以小组为单位，学生间相互协作，针对专业问题合理分工、共同探讨，提高各学生对专业知识的掌握程度和解决复杂工程问题的能力；

(3) 将现场观摩与课堂、实验室授课有机结合，加深学生对知识点的理解程度，提高个人专业素养，在进行大型现代化矿井观摩期间，学生将书本知识带入到现场中，对专业知识有了更深层次的理解；

(4) 通过阅读和翻译外文文献，提升了学生专业词汇用语规范化水平，加深了对行业前沿动态和国际采矿先进技术的了解。

此外，在探索实践过程中发现了一些问题，有待进一步思考与实践探索，在本次新教学模式实践中，部分学生因受传统教学观念的影响，习惯于“等、靠、要”，对新教学模不适应，为此建议授课老师对该部分同学进行帮助、引导，转变其学习观念。

(在此对所有参与“采矿学”课程改革的教师同仁和博士生表示感谢，特别感谢研究生赵强细致的资料整理工作。)