研究生課程“高等采礦學”教學特色及過程建設*

余偉健 袁超 吳海 （湖南科技大學資源環(huán)境與安全工程學院）

對于礦業(yè)工程研究生來講，國內培養(yǎng)單位大多都開設了“高等采礦學”課程。這門課程主要講述礦業(yè)工程領域中最新發(fā)展技術，既與本科生階段學習的“采礦學”是一脈相承的，體現(xiàn)了采礦工程基礎技術的講授，同時，又是對原有學習的提升，深入地講授了國內外最新技術與理論。實際上，每個培養(yǎng)單位在安排和講授“采礦學”這門課程時，其偏重點和核心內容均有所差異。主攻金屬礦山學科的培養(yǎng)單位主要針對硬巖采礦技術與理論開展研究。例如，北京科技大學童光煦教授出版的《高等硬巖采礦學》，主要講述硬巖開采的經濟評價、巖石力學、露天開采、地下采礦方法，以及其他相關內容等；而煤炭院校主要講述煤炭開采相關巖層控制、經濟管理、開采新方法等相關內容。因此，各培養(yǎng)單位在本科采礦專業(yè)課程學習的基礎上，系統(tǒng)地介紹了最新采礦理論、方法、工藝的進展，并總結現(xiàn)代采礦科學、技術和工程的成就，為今后從事教學、研究、設計、管理等工作奠定寬廣的專業(yè)基礎知識。

近年來，在學科建設及學校的大力支持下，湖南科技大學礦業(yè)工程學科取得了質的飛越發(fā)展，立足江南，面向全國，以南方煤礦為主要工程背景，開展了卓有成效的科學研究，破解了一系列理論與技術難題，取得了一大批創(chuàng)新成果，形成了以復雜煤層開采、煤礦災害預防與控制、巖石力學與巖層控制、地表沉陷控制與保水開采、礦山職業(yè)健康與環(huán)境控制等5 個主要研究方向，為煤炭工業(yè)的技術進步及礦山安全狀況的改善做出了重要貢獻。在面向研究生講授“高等采礦學”時，和其他課程一樣，必須要不斷根據(jù)學科發(fā)展動態(tài)與該領域最新技術相結合，有啟發(fā)性地為研究生由淺入深地講解，其主要培養(yǎng)目的是擴大礦業(yè)工程研究生專業(yè)視野，以提高碩士研究生課程教學的實效性和科研創(chuàng)新能力，是培養(yǎng)研究生立志成才目標的重要專業(yè)課程。

相關研究均表明，研究生的科研創(chuàng)新能力與課程教學有非常重要或直接的關系，通過近年來對“高等采礦學”課程的講授和體會，分析了該課程的教學特色和在教學過程中的改革成效。

一 課程主要特色

本課程是根據(jù)各個培養(yǎng)單位而設置了自己的培養(yǎng)目標和內容，但一般均有如下主要特點：

第一，本科基礎知識的連貫性。作為“高等采礦學”這門課程，它是本科階段“采礦學”等課程的延續(xù)和深入，而且在一定程度上有交叉。本科生重點學習了采礦工程中一些基礎技術和工藝，其目的是培養(yǎng)本科生采礦工程設計、施工、管理和科研等的初步能力，系統(tǒng)掌握從事本專業(yè)工作的基本技能，重在基礎知識，并具有廣泛性。而研究生階段主要培養(yǎng)目標是專門培養(yǎng)能夠從事研究采礦工程當中某一理論科學、技術難題或新工藝等的高級技術人員，具有專業(yè)性。因此，“高等采礦學”課程既是本科階段“采礦學”及相關課程的延續(xù)，又更高層次地反映本學科最新發(fā)展體系。

第二，科研創(chuàng)新成果的突出性?！案叩炔傻V學”課程在國內并沒有統(tǒng)一的教材，培養(yǎng)單位均是根據(jù)自己研究特色和要求而設置的。由于是面向研究生人才培養(yǎng)的，該課程應該體現(xiàn)出最新科研創(chuàng)新成果，反映學科發(fā)展動態(tài)和前沿技術。例如：湖南科技大學礦業(yè)工程研究生“高等采礦學”的教授內容每兩年修訂一次，尤其是將近幾年的無煤柱開采技術、礦山生態(tài)修復與地表沉降防治、智能開采技術、礦山物聯(lián)網與現(xiàn)代監(jiān)測技術以及超大采高綜采技術及裝備等最新技術加入本課程的講授中。還融入了采礦工程與技術的前沿發(fā)展及展望的講授，例如，太空采礦、深海采礦和地下深部資源開采等所面臨的重大科學問題，引導學生思考未來采礦的發(fā)展趨勢和技術難題。

第三，培養(yǎng)單位學術成果的特色性。一直以來，湖南科技大學礦業(yè)工程是學校最具傳統(tǒng)、最有特色和最能代表水平的學科，以國家需求為導向，以解決南方礦區(qū)重大科技問題為目標開展科學研究，形成了巖石力學與巖層控制、復雜條件煤層開采、地表沉陷控制與礦井防治水、煤炭資源利用與礦山環(huán)境控制等穩(wěn)定的研究方向，產生了一批標志性研究成果。針對研究生“高等采礦學”課程，除了講授國內外公認的新技術和新理論，該課程還較為系統(tǒng)地講授了復雜地質條件下的開采技術系統(tǒng)。目前已形成了較為完善的教學案例庫，在研究生充分認識礦山開采的復雜性、思考解決復雜工程問題的能動性和增強從事礦山開采與災害防治的責任心方面發(fā)揮了重要作用。

第四，采礦工程核心基礎的系統(tǒng)性。根據(jù)課程設置特點及內容，“高等采礦學”課程不但講授采礦工程傳統(tǒng)開采新理論與技術，而且，還講授圍繞礦山工程最新發(fā)展的較為全面和系統(tǒng)的知識，涉及礦產開采、礦山災害、環(huán)境保護、巖石力學和資源利用等內容，覆蓋了礦業(yè)工程技術中的開采相關開采問題與技術。因此，該課程是在本科階段學習的基礎上，結合研究生已經掌握的知識點，以“一縱一橫”的具體目標來達到讓研究生較為全面地學習礦業(yè)工程專業(yè)知識。同時，又延續(xù)了本科階段采礦工程知識，深入淺出地講授了復雜工程問題解決的新理論與新方法、實現(xiàn)安全高效開采新技術與新工藝、貫徹環(huán)境友好型綠色開采理念與規(guī)劃設計等綜合性內容與思想。

第五，礦業(yè)工程支撐學科的交叉性?！案叩炔傻V學”是一門綜合性很強的課程，涉及煤炭開采、金屬礦開采、災害防治、生態(tài)環(huán)境保護、智能化開采等技術，包含了礦山開采與安全、地下巖石力學與控制、礦產經濟與管理、礦山環(huán)境與生態(tài)修復、機械與智能化、數(shù)字成圖與規(guī)劃等知識面。要求授課教師具有廣泛的基本知識、專業(yè)知識和相關學科的知識，并全面掌握與采礦工程及相關領域的科學理論與技術的新動向。同樣，要求學生在掌握采礦基礎知識的同時，還應能熟練地掌握基礎理論科學、各種力學學科及相關工具等方面的知識。

二 課程主要內容

結合筆者多年的教學經歷，將本門課程的主要內容概括為三部分：傳統(tǒng)采礦技術與理論、礦山開采新技術與發(fā)展、學科優(yōu)勢特色科研成果與新技術。

第一，傳統(tǒng)采礦方法與理論。近年來，各個培養(yǎng)單位由于生源問題，有不少其他專業(yè)生源的學生也就讀礦業(yè)工程研究生學位。這些跨專業(yè)學生在本科階段很少或者沒有學習過采礦工程相關知識，有必要對這些學生傳授較為系統(tǒng)的采礦方法與理論。就煤炭類院校來講，以《采煤概論》為主要內容，經過4～6 個學時，將整個采煤學的核心內容傳授給學生，同時，這些學生應更多地利用課余時間去理解和掌握。學習的內容包括：礦井開采的基本概念、采礦方法，包括壁式體系采煤法，柱式體系采煤法和特殊采煤法、礦井的開拓系統(tǒng)和礦井災害與防治等。

第二，采礦新技術及前沿問題。既然本課程是本科階段的延續(xù)和深入，要求研究生學習和掌握的采礦知識更廣泛、更全面和更系統(tǒng)，并且更能代表本專業(yè)水平。因此，“高等采礦學”這門課程應該包含目前礦業(yè)工程領域中的最新發(fā)展。結合筆者多年的教學經歷，緊跟采礦技術與理論的最新發(fā)展，先后增加和調整了相關內容，尤其是代表采礦技術的最新發(fā)展，例如：無人工作面采煤技術、高產高效大（或超大）采高采煤技術、煤層氣開采新技術、無煤柱開采新技術、礦山智能化開采技術和礦山物聯(lián)網技術，等等。還涉及采礦技術的未來發(fā)展和前沿問題，例如：太空采礦、海底采礦、流體開采和深部礦開采中的相關問題，等等。

第三，學科優(yōu)勢特色科研成果與新技術。考慮到培養(yǎng)單位的學科特色與優(yōu)勢，該課程還較為系統(tǒng)地講解了近年來所取得的高水平科研成果，尤其是結合南方礦區(qū)，面向研究生展示和講授了薄煤層綜合機械化開采、急傾斜煤層自動化開采、復雜煤層與瓦斯共采、巷道圍巖控制、礦山生態(tài)修復等標志性研究成果，一般每一個專題安排2～4 個學時進行系統(tǒng)的講授，并以引導式的提問進行研討教學。

三 課程案例庫與教學資源建設

“高等采礦學”是一門綜合性和專業(yè)性并重的課程，在教學過程中除灌輸傳統(tǒng)開采技術之外，還針對工程中出現(xiàn)的開采難點和新技術應用開展案例啟發(fā)式教學。因此，選擇合適的教學內容對培養(yǎng)研究生學科前沿問題的創(chuàng)新思考是非常重要。近年來，培養(yǎng)單位加大了課程資源及科研成果轉化等的建設。

第一，學術特色案例庫的建設。為了激發(fā)研究生們的學習興趣，充分調動實際工程問題思考的能動性，在教學過程中，授課教師按照教學要求，選擇一個具體工程，制訂出一道典型案例的工程解決方案，在教學過程中提出問題，研討解決問題的方法，并給出具體設計方案。

目前，所形成的課程專題內容主要有薄煤層開采新技術、無煤柱開采技術、礦山智能化開采、礦區(qū)環(huán)境友好型及生態(tài)修復、復雜地質條件下礦井開采的圍巖控制問題等案例。其中，薄煤層開采新技術主要講述南方礦井薄煤層開采特點、目前薄煤層綜合機械化開采水平及應用成功實例，以及發(fā)展趨勢；無煤柱開采技術主要內容包括沿空掘巷及留巷最新發(fā)展、巷旁充填與支護技術、充填開采技術，以及無煤柱自成巷開采技術等；礦山智能化開采涉及礦山企業(yè)信息化與數(shù)字礦山，以及國內外典型智能化生產礦井技術實例等。

第二，系統(tǒng)的專業(yè)教材建設?！案叩炔傻V學”課程既具有通識性，又限制于采礦工程專業(yè)。國內各個培養(yǎng)單位針對該研究生課程的教學沒有出版統(tǒng)一教材。目前，本學科將計劃出版反映“高等采礦學”課程的通識性專業(yè)教材，要求能夠反映礦業(yè)工程最新研究成果的發(fā)展以及特色研究成果，能夠使研究生結合礦業(yè)工程專業(yè)特點更快地掌握研究和分析采礦領域新技術、新理論和新材料的發(fā)展。

四 課程教學團隊建設

第一，合理構建了教學隊伍。以學術帶頭人為責任人，成立了綠色開采與巖層控制教學團隊，主要承擔包括“高等采礦學”等課程在內的研究教學任務。團隊成員全部具有博士學位，均主持過國家級科研項目或省部級教研教改課題，對研究生的培養(yǎng)與教學具有豐富的經驗。

目前，承擔“高等采礦學”這門課程的教學任務是“一中一青”2 位教師。其中，一位具有教授職稱，在礦業(yè)工程領域中的學術影響力較高，承擔研究生培養(yǎng)和教學工作多年，尤其是講授了近10 年的“高等采礦學”理論授課。另一位是青年教師，具有中級職稱和博士學位，對研究生教學與培養(yǎng)有創(chuàng)新思維，能夠愉快地接受教學任務。在這種“一中一青”教學團隊模式下，保證了本門課程教學的創(chuàng)新性和繼承性。

第二，充分發(fā)揮了“傳、幫、帶”作用。對于學科的發(fā)展和建設來講，人才隊伍的可持續(xù)性尤為重要，一門課程更是如此。在具體實施過程中，主要是充分發(fā)揮了“一中一青”模式下的“傳、幫、帶”作用。由授課經驗豐富并具有教授職稱的中青年學術帶頭人帶領年輕教師一同為研究生講授本課程內容。一是年輕教師必須要求是本專業(yè)且已經取得相關研究成果的具有博士學位的教師；同時，還應對礦業(yè)工程開采前沿具有較為全面的了解和理解。二是要求年輕教師與研究生一起參加中青年教授講課，學習教授講課經驗和方法，理解本課程的教學目的和意義。三是教學團隊帶頭人對年輕教師在本課程教學的工作進行規(guī)劃，首先安排其面向研究生講授較為熟悉的內容，如傳統(tǒng)采礦方法與理論；之后結合其授課效果，再慢慢讓其進行主體內容的講授，同時要求不斷總結自己的講授經驗，完善相關教學方法與方式，形成自己的教學特色模式，甚至可以規(guī)劃編寫教材。通過這些措施，達到了“傳、幫、帶”的效果，在團隊負責人的帶領下，年輕教師逐漸成長為教學與科研骨干，保證本門課程和教學工作的良性發(fā)展。

五 課程考核與過程管理

筆者在前幾年講授“高等采礦學”課程時，為了加強與研究生的互動，結課時的考核要求研究生以PPT 的形式進行匯報和答辯，老師點評，其目的是為引導研究生對某一問題進行深入思考，之后根據(jù)其表現(xiàn)或對知識點掌握程度進行評分。近年來，結課后以考試的形式進行授課效果考核，可以開卷，題型一般是問答題和思考題，具體是對于某一個技術或難點進行全面深入地回答，并要求學生結合自己的認識總結分析目前采礦技術難題和挑戰(zhàn)。從近年來的考核結果來看，研究生能夠比較熟悉地掌握本課程的知識點，較為全面地理解了采礦工程基本技術，并能跟蹤礦業(yè)工程領域的最新發(fā)展動態(tài)。

在本課程的教學過程中是盡量增強教師與學生的互動程度，既能達到教與學的效果，又能達到授課過程中的教學管理作用。教學互動可以以教師提問，學生回答，也可以讓學生講一小段PPT 內容，教師旁聽和點評；還可以以案例研討式教學模式提高學生的學習興趣和注意力等等。無論哪一種方法，均為了增強學生學習積極主動性。

“高等采礦學”是一門基礎性、綜合性與專業(yè)性較強的研究生課程，既延續(xù)了本科的基礎知識，又體現(xiàn)了科研成果的創(chuàng)新性和全面性。相關授課教師應精心準備，要在教學內容上與時俱進，不斷適應新時代下采礦技術的發(fā)展和革新，研究生應該學習融會貫通，較為熟練地應用解決復雜工程問題。同時，本門課程講授內容要充分發(fā)揮培養(yǎng)單位的學科特色和優(yōu)勢，將高水平科研成果融入教學資源庫，形成一套成熟的教學案例或教材，達到科研成果轉化教學資源的目的，讓研究生能更快地進入相關團隊或科研方向的思考與研究工作中。

同時，“高等采礦學”是礦業(yè)工程學科的核心課程，要求要有高水平的教學師資隊伍。在現(xiàn)有的教學條件下，針對研究生培養(yǎng)的目標，在教學團隊負責人的帶領下，充分發(fā)揮“傳、幫、帶”作用，使年輕人才逐漸成長為教學與科研骨干，不斷完善本門課程的教學與創(chuàng)新工作。