国家重点实验室采矿工程专业实验教学探讨

朱传奇 胡浩

摘   要：实验教学是采矿工程专业教学过程中不可替代的关键环节。国家重点实验室科研教学基础雄厚，研究人员创新能力显著，能够为采矿工程专业实验教学效果提升提供优越条件。为运用国家重点实验室优厚的实验教学条件，提高教学效果，基于目前采矿工程专业实验教学现状，从实验设备、教师队伍建设、教学模式三方面，提出实验室实验教学职能提升措施，有利于培养具有实践和创新能力的矿业类人才。

关键词：采矿工程专业  实验教学  国家重点实验室

中图分类号：G642                                 文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）06（c）-0209-03

Abstract： Experimental teaching is an irreplaceable key link in the teaching process of mining engineering. The state key laboratory has a solid foundation in scientific research and teaching， and the researchers have a remarkable ability in innovation， which can provide favorable conditions for the improvement of the experimental teaching of mining engineering. In order to improve teaching effect using generous experimental teaching of state key laboratory， based on the present situation of mining engineering， the laboratory experiment teaching function promotion measures are put from the experiment equipment and teachers team construction， teaching mode， to cultivate mining talents with practical and innovative ability.

Key Words： Mining engineering ; Experimental teaching; The state key laboratory

实验教学是采矿工程专业教学过程中的必需环节，是课堂理论教学的有机补充，在矿业类人才培养中起到不可替代的关键作用[1]。近年来，随煤炭安全开采难度的增大和采矿学科的发展，为进一步聚焦解决煤炭开采重大关键工程难题、培养优秀矿业类高级人才、提高安全开采基础科学研究水平，众多高校积极筹建、申报了多个煤炭类国家重点实验室。这些实验室拥有优厚的实验、师资条件和充足的资金支持，可为采矿工程专业开展实验教学提供坚实的机构保障。基于此，本文针对安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室，寻找实验教学中存在的问题，结合实验室的特色及优势，探索实验教学职能提升措施，为培养优秀的矿业类人才奠定基础。

1  实验室实验教学条件

深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室主要依托安徽理工大学矿业工程和安全科学2大传统特色优势学科，在2002年获批的安徽省现代矿业工程重点实验室基础上，融合了煤矿安全高效开采教育部重点实验室和安徽矿山機电装备协同创新中心等科研创新平台建设，2018年11月15日安徽省与科技部联合发文正式批准立项建设国家重点实验室。实验室立足安徽两淮，辐射中东部和全国煤炭行业，开展深部煤炭采动力学响应与灾害防控的基础与应用基础研究，夯实深部煤矿采动灾害的理论基础，建立深部煤矿采动灾害科学防控的技术体系，研发灾害防控的新型材料和智能装备，保障区域经济对能源的需求、促进国家煤炭科技进步、汇聚和培养优秀人才，建成国际一流水平的研究平台，以持续不断的创新成果支持地方区域经济和全国煤炭行业的可持续发展。

1.1 基础设施

实验室拥有一座独立的实验大楼，总面积24620m2（国内矿业类国家重点实验室中面积最大），行政办公区、科学研究区、活动交流区等分区合理。目前，拥有MTS-816型电液伺服岩石力学实验机、PCI-II声发射仪、Phoenix vtomex L300岩石CT扫描系统、TS-3890静态电阻应变仪、NM-3C非金属超声波监测分析仪、GSC-812气固耦合参数测试仪、3H-2000PHD高压气体吸附及解吸速度分析仪、TFDZ-5000 -3000岩石真三轴（扰动）实验系统、XRD-6000 X射线衍射仪、气固耦合动静组合加载系统、HCA-1型高压容量法瓦斯吸附装置、KDWSS-II双轴大型光弹试验仪、电磁辐射监测系统、三轴加载固流耦合驱替渗流监测装置、3D-DIC图像处理系统、超高压岩石压力机、卧式拉力机、静载锚固机、蠕变松弛试验机、落锤冲击台等实验设备100余台（件），设备仪器总价值达到了1.065亿元。实验室初步构建了仿工程复杂物理场煤岩力学演化特性实验系统、动静荷载下气固耦合煤岩冲击动力学特性实验系统、深部工程支护体性能检测系统、含瓦斯煤岩损伤-破坏微细观全时演化监测系统和采动灾害监测信息三维全景显现及实时预警平台。现阶段正在建设的实验室有：在三维瓦斯物理模拟实验系统、三维采场智能物理模拟实验室及三维巷道物理模拟实验系统的基础上筹备建设物理模拟实验室;运用深部工程支护体性能检测设备和卧式拉力机组建矿山支护装备检测实验室;CT实验室建设、动力学实验室;高性能计算中心实验室;瓦斯工业性实验平台实验室;矿山数值仿真实验室、视觉机器人实验室、矿山灾害监测预警装备研发中心实验室。

1.2 人才队伍

实验室具有一支以中青年学术带头人为核心的优秀创新团队，现有固定研究人员40人，流动研究人员59人，其中院士4人（全职1人、特聘3人），各类高层次人才21人。实验室采用PI团队的运行机制，组建了国内外知名专家为首席科学家的12个PI团队。先后承担和完成了一批国家“973”、国家重点研发计划、国际合作项目、国家自然科学基金项目、各类省部级科研项目及校企合作项目。积极围绕“深部煤岩体采动力学响应、深部开采多场耦合灾变机理、煤矿深部采动灾害防控”3个研究方向，开展“智能与精准地质探测、物理场演化及力学响应、三维矿压理论体系、动力灾害的致灾机理、围岩持续变形失稳灾变机理、实时监测预警平台、采动灾害防控理论、深部采动灾害的智能防控技术与装备、深部采动灾害防控技术标准及规范”等内容的研究，形成了多项新理论新知识和新技术新装备两类创新成果。获批立项建设一年多以来，依据研究成果发表了大量高水平论文，授权了多件国内外发明专利，获得省部级及以上奖励多项。

深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室科研教学基础雄厚，研究人员创新能力显著，能够为采矿工程专业实验教学效果提升提供优越条件。但实验室获批运行年限较短，管理运行机制还处在逐渐完善阶段，实验教学优势尚未充分运用，实验教学职能有待提升。

2  实验教学职能提升措施

2.1 构建多层次实验设备体系，提高设备实验教学利用率

实验设备的完备及高效使用是保证实验教学效果基础，实验室现有的设备多为科研型设备，教学型设备相对较少，运用现有设备能够开展的实验形式单一，目前实验室还未完全具备全面开展各类基础性、综合设计性及个性化等多层次采矿工程实验的条件[2]，当前实验设备服务教学的能力偏低。且近期，Phoenix vtomex L300岩石CT扫描系统、大型三维煤与瓦斯突出实验装置等设备正在安装、调试，为降低X射线辐射、施工对师生人身安全的危害，实验室现阶段实行半开放式管理，实验设备总体利用率较以往有所降低。另外，实验室承担大量的横纵向课题，实验设备多用于科研项目研究，用于实验教学的时长和次数均较少，设备在教学方面的使用率偏低。

针对目前的实验设备条件，实验室需积极采购多种功能齐全实验的仪器设备，完备教学科研设备，加快公共实验室（物理模拟实验室、矿山支护装备检测实验室）建设，积极联动校内外矿业类实验室，构建多层次实验设备体系，提高实验室开展各类实验能力。并加快推进Phoenix vtomex L300岩石CT扫描系统、大型三维煤与瓦斯突出实验装置等设备安装进度，隔离具有安全隐患的设备，确保其它设备正常使用。同时，平衡科研与教学的关系、统一规划、协调合理分配实验室资源，提高设备在实验教学上的使用率。

2.2 培养实验教师，加强师资队伍建设

实验教学人员是实验室有效履行教学职能的根本[3]，实验室现有专职实验人员2人，仅依靠专职实验教师不能承担并高质量完成全部实验教学任务。实验室其他固定研究人员多具有博士学位，并长期承担科研项目研究，具有丰富的科学研究、设备使用经验和一定的实验教学能力，但目前，实验室参与教学方面的体制机制尚未完善，这部分研究人员还没有参与实验教学，实验室的整体师资力量薄弱。

实验室要培养固定研究人员的实验教学能力，自主开设实验课程，提高参与采矿工程专业实验授课比例，充分发挥实验室实验教学作用。并积极引进优秀实验教师，调整学校内设机构双聘人员为固定研究人员，扩大教师队伍，出台相关政策，将实验教学工作量等效计入考核薪酬体系，充分调动教师教学积极性，鼓励探索实验教学新方法、新模式，全面提高實验室教学能力。

2.3 丰富实验教学内容，创新教学模式

目前的实验教学模式，通常是以班级为单位，由教师演示实验过程后，所有学生运用同一基础性实验方法，验证相同的实验内容，最终通过提交实验报告的形式完成考核，报告网上下载、抄袭现象严重。这种实验教学模式下的实验内容雷同、方法简单、考核形式单一，学生仅重复老师的实验过程，锻炼了动手能力，教学效果不佳。

实验教师应当依据实验室研究人员科研项目设计新实验，丰富实验内容;改班级单位为小组形式开展实验教学，让学生事先了解实验内容，通过小组内协商配合，根据兴趣爱好自主选择实验内容、设计个性化实验方案。并给予资金支持，要求学生运用实验室先进仪器设备开展实验研究，实验结果形成学术论文，并鼓励发表。同时，变单一考核形式为实验方案设计、实验心得汇报、实验报告、学术论文发表、专利撰写等多种形式，优化丰富考核形式，充分调动学生的积极性，发挥主观能动性，培养学生的创新意识和团结协作能力。

3  结语

深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室虽具有开展实验教学所需的优厚实验和师资条件，但在采矿工程专业实验教学上的优势尚未充分体现，只有不断完备实验设备、加强师资队伍建设、探索实验教学新模式，才能有效提升实验室实验教学职能、为培养具有实践和创新能力的矿业类人才做出积极贡献。

参考文献

[1] 刘建庄，浑宝炬，朱令起.实验教学在矿业人才培养中的地位、作用与发展[J].河北联合大学学报：社会科学版，2012，12（4）：148-150.

[2] 刘宗辉，周东，胡旭，等.岩石力学三层次实验教学体系建设探索[J].实验室研究与探索，2019，38（5）：140-143.

[3] 王少勇，周勃，孙金海，等.采矿工程实验教学探索——科研型实验室向教学型实验室转化[J].科教文汇：上旬刊，2018（4）：59-60.