基于全过程管理的矿业系统工程课程教学改革与实践

朱权洁 刘晓云 赵启峰 朱斯陶 刘晓辉 姬月虎 师皓宇

摘  要：随着智慧矿山建设的快速发展，新兴采矿技术已经超出了采矿专业课程体系和学生的认知水平。矿业系统工程课程作为专业基础课，需要根据当前行业形势积极改革，针对矿业系统工程知识点多、抽象复杂、理解难度大等问题，提出引入MATLAB软件，建立案例导向式教学方法，通过对知识点的梳理和模块化，引导学生全程参与“预习-学习-复习-应用”，使学生能够学以致用、以用促学。实践结果表明，该方法能够获得活跃的课堂氛围，充分发挥学生的自主学习能力，一定程度提升该课程的教学质量。

关键词：矿业系统工程;教学改革;MATLAB;采矿工程

中图分类号：G642       文献标志码：A          文章编号：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

近幾十年来，计算机技术、运筹学、系统科学等得到了跨越式发展，这为解决复杂的矿业工程问题，如系统规划与设计、系统评价、预测、可靠性分析、计算机仿真与优化等带来了契机，矿业系统工程正是基于此背景应运而生。以采矿方法选取为例，这些问题既属于典型的采矿工程问题，又隶属于多因素、动态、复杂的系统工程问题，因为无法从定量角度完全表述这类问题，如果仅仅以经验或是定性来分析将会影响选择的准确性和精确性。矿业系统工程是人们在长期的采矿实践过程中，运用各种科学知识，不断揭示出采矿活动的内在规律、发展出相应技术手段，进而逐步形成的矿业工程技术，如矿山地质、采矿方法、矿山通风、机电等领域[1]。

20世纪60年代是矿业系统工程形成的初步阶段。随着计算机技术和系统工程理论等的快速发展，矿业系统工程也得到了长足发展。现如今，随着物联网、云计算等新一代信息技术的发展及其在矿业领域的应用，以透彻感知、深度互联、智能应用为特征的智慧地球理念应运而生。因而，在自动化矿山、数字化矿山的基础上，迫切需要创新管理模式和技术手段，以建设绿色、智能和可持续发展的智慧矿山[2]。例如自动化采掘装备、智能化调度系统、生产系统优化等技术的出现，已经超出了原有采矿工程专业学生的认知水平，这也迫切要求采矿专业学生在掌握基础理论的同时，积极涉猎与之相关的计算机技术、信息网络技术等。

矿业系统工程作为采矿工程专业的专业基础课，在本科生培养方案中起到重要作用，尤其是当前矿山智能化进程中，系统工程理论不可或缺。在这样的背景之下，华北科技学院采矿工程系积极尝试、持续改进，尝试以多元化的教学方式，引入专业性软件理论与实践相结合，对矿业系统工程的教学模式进行改进，以期获得良好的教学效果。

一、课程教学需求与改革思路

（一）教学目的和任务

矿业系统工程为我校采矿工程专业（本科）专业基础课，总学时：32学时，学分：2.0，考核方式：考查。课程所选用的教材为由张俊文、查文华、魏世明主编、中国矿业大学出版社出版的《矿业系统工程》。该教材为“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，具备内容广泛、案例丰富的特点，突出培养学生分析及解决问题的能力。在教学方法方面，该课程以讲授为主，穿插提问、练习和讨论，并结合讨论式、协作式等教学方法。在教学手段方面，主要包括以下三个方面：多媒体课件、板书;以大量随堂测试教学（MATLAB）;引入动画、三维立体模型等生动演示。

矿业系统工程是采矿学与系统工程相结合的产物，近年来发展迅速，已形成颇具特色的一个新兴学科分支，是应用系统工程的理论去解决采矿实际问题。随着运筹学、系统工程学和计算机技术的发展，矿井开采中许多生产技术问题，采用系统优化和系统模拟的方法，以论证采矿系统的合理性和改进策略，例如进行采区、矿井设计方案和主要参数的最优选择，安排保证正常生产的工作面和采区的接替计划等。本课程的开设在于为学生运用系统工程的基本理论及方法去解决采矿实际问题。本课程的任务是使学生通过典型示例掌握矿业系统工程，而对于采矿实际问题，把握如何建立模型和求解模型的一般规律和方法。