摘"要：通過分析地方應用型高校采礦工程專業實踐教學中存在的問題，初步探索知行耦合、融通育人的采礦工程專業實踐教學新范式：以應用能力為主線，提出面向一線采礦工程師人才培養的實踐教學體系架構；以工程問題為導向，構建模塊化實踐教學體系；以知難行易為基礎，設計多維度過程性考核評價方法；以學生發展為中心，探索專業課程課內實踐、實習實訓仿真實踐、畢業設計創新實踐。該實踐教學新范式對于激發學生學習興趣、提升學生實踐應用能力、助推教師實踐教學改革起到良好的作用。關鍵詞：采礦工程；地方應用型高校；實踐教學；一線采礦工程師；虛擬仿真；實習實訓；畢業設計0"引言加強應用型高校建設是中共中央、國務院引導部分地方普通本科高校向應用型高校轉變的重大決策部署。通過地方高校應用型轉型，深化產教融合、校企合作，推進人才培養模式改革，融入區域經濟社會發展[1]。與研究型高校不同，地方應用型高校旨在培養具有較強社會適應能力和競爭能力的高素質應用型人才，緊密結合地方特色，注重學生的實踐能力[2]。地方應用型高校采礦工程專業人才培養的主要目標是培養面向現代化礦山企業工程技術需求的一線采礦工程師。目前，地方院校采礦工程專業實踐教學普遍以模型講解為主，少有讓學生動手操作的環節；虛擬仿真課程固化嚴重，考核知識點有限；專業核心課程設置獨立，知識交叉度不夠[3]；課內實踐較少，課后作業未能反映現代采礦工程技術現狀[4]；現有實習由于經費、安全、管理等限制，在煤礦井下走馬觀花式地參觀，互動性弱，導致學生缺乏工程意識，綜合實踐能力欠缺。同時，本科課程排得較滿，學生自由學習、主動思考、動手實踐的時間較少，這與國外高校存在較大差異[5]。隨著煤礦智能化升級加速，智能+采礦多學科交叉明顯，現代化礦山企業對畢業生的工程實踐能力要求更高，對地方應用型高校采礦工程專業人才培養提出更大的挑戰。為切實提高采礦工程專業實踐教學質量，培養煤炭行業需要的高素質應用型人才[6]，本文以山西大同大學為例，探討地方應用型高校采礦工程專業實踐教學體系構建，探索專業課程課內實踐、實習實訓仿真實踐和畢業設計創新實踐，以期為類似條件下的工科專業實踐教學提供借鑒和參考。1"采礦工程專業簡介山西大同大學采礦工程專業的前身是始建于1951年的大同煤炭工業學校采煤班，旨在為煤炭企業基層培養技術人員和管理人員，歷經70多年的時代變遷，為我國煤炭行業培養了大批杰出人才，具備較為雄厚的學科基礎和較為完善的課程體系。山西大同大學2018年獲批資源與環境（礦業工程）工程碩士學位授權點并于2019年開始招生，2019年獲批采礦工程省級一流專業，2021年成為山西省首批高水平應用型本科高校，2021年獲批山西省“1331工程”智能采礦裝備產業技術創新研究院（產業學院），2022年獲批智能采礦工程新專業并于同年招生。山西大同大學煤炭工程學院薪火相傳，扎根山西，服務轉型發展，結合地方應用型高校辦學特色，全面深化應用型專業內涵建設。采礦工程是一門系統性、專業性、實踐性極強的專業，具有學科交叉、行業交融的特點，涉及地質、力學、采礦、安全、機械、電氣、計算機、經濟、管理等，知識結構龐雜、系統體系耦合，實踐教學環節對于采礦工程人才培養至關重要[7]。一直以來，該專業具有深厚的產教融合辦學傳統。早在20世紀90年代，圍繞以能力培養為中心的教學體系構建，學校積極開展能力本位教育（CBE，Compe-tencyBasedEducation）教學改革試點，參加“職業技術教育模式與課程開發”國際研討會，提交《大同煤炭工業學校CBE教改專集》和兩篇學術論文并受到高度評價。近年來，采礦工程專業以成果導向教育（OBE，OutcomeBasedEducation）理念為指導，開展大量的積極探索，努力構建基于應用能力培養的實踐教學新范式。2"實踐教學體系構想2.1"實踐教學體系架構采礦工程專業的學生不僅要學習科學的采礦技能，經濟、安全、高效地采出煤炭資源的方法，而且要學會與礦產資源文明相處，加大對礦產生態系統的保護力度，大力推進生態文明建設。因此，采礦工程實踐應幫助學生樹立大工程觀和大系統觀，以現場工程問題為導向，系統性地將各學科理論知識交叉融合，在實踐、認識、再實踐、再認識的循環往復中獲取知識[8]。圍繞應用型工科專業實踐性強的特點，建立面向一線采礦工程師人才培養的實踐教學體系架構，如圖1所示。堅持立德樹人、德育為先的教育宗旨，重構工程育人價值體系，挖掘中華優秀傳統文化，在實踐中貫徹自覺自信、團結協作、精益求精、人文情懷等理念和精神。秉承孫中山先生提出的“知難行易”學說，重視“以行求知，因知以進行”的理念，理論與實踐相互促進，實現知與行交互耦合作用。對學生循循善誘、因材施教、應機施教，不憤不啟、不悱不發，充分激發學生動手實踐的興趣。以學生工程能力、應用能力、創新能力、適變能力培養為主線，形成知行耦合、融通育人的理念，融入智能采礦工程特質，以產業需求為依歸，探索思政元素與實踐教學、課程知識與動手操作、學校教育與企業環境的融通方式，實現模塊化課程群資源重構和融通式實踐教學體系構建[9]。強化多主體參與、多學科融合，促進全流程實習實踐，加強全息過程考核評價，以能力培養為主線，架起知識點與能力點的橋梁，實現從知識傳授向能力培養和素質提升轉變，構建面向地方應用型人才需求的全方位育人新體系。將采礦工程人才培養方案中的課程按照大類進行劃分，可分為通識模塊、數學模塊、機電模塊、力學模塊、地質模塊、采礦模塊六大模塊化課程群。每個模塊化課程群均設置一定的主題討論、課程測試、課程設計等實踐環節，實踐內容貼合工程實際，實踐時機恰到好處，達到學生學用結合、知行耦合的目的。2.2"模塊化實踐教學構建為滿足地方應用型一線采礦工程師人才培養的需要，按照課程群的實踐屬性，以工程問題為導向，構建采礦工程專業模塊化實踐教學體系，如圖2所示，包括四個大模塊、八個子模塊、35個課程（實踐項目）模塊。四個大模塊指基礎實踐模塊、專業實踐模塊、綜合實踐模塊和創新實踐模塊。八個子模塊指數理實驗、機電設計、地測實習、采礦通風設計、采礦集中實習、綜合設計、創新競賽和學術活動。其中，數理實驗主要包括物理實驗、巖石力學試驗、編程實驗、電工電子實驗、金工實習等；機電設計主要包括工程制圖、機械設計、礦山供電設計、采礦CAD等；地測實習主要包括井下導線測量實習、煤礦地質實習、煤礦地質設計、井巷工程設計等；采礦通風設計主要包括礦井通風設計、采煤工藝設計、巷道布置設計、采掘設備操作、礦壓設備操作等；采礦集中實習主要包括采礦認識實習、采礦生產實習、采礦畢業實習等；綜合設計主要包括錨噴支護施工工藝虛擬仿真實驗、采礦模型制作、煤礦安全開采虛擬仿真實驗、采礦虛擬仿真資源開發、采礦工程數值模擬案例等；創新競賽主要包括采礦實踐作品大賽、AI模型大賽、采礦技能大賽、“大創”項目、“互聯網+”大賽等；學術活動主要包括參與科研小分隊、參與導師課題組、發表學術論文、申請專利等。在知行耦合、融通育人理念指導下，以工程能力、應用能力、創新能力、適變能力培養為核心，厘清各課程模塊實踐教學目標，開發典型項目或專題，豐富實踐教學案例庫，錄制現場場景教學視頻，制作虛擬仿真專題模塊，實施采礦實踐作品大賽、環保創意大賽、安全知識競賽、特色假期實踐、全員“大創”項目、職業技能大賽等，構建“實驗—實訓—實戰”漸進式全過程實踐教學體系[10]。同時，為保障實踐教學改革順利開展，創新實踐教學資源開發管理模式，運用體制機制的力量，鼓勵師生積極參與實踐教學。實施全員、全程本科生導師制，為學生提供專業性、前瞻性的學術指導。建設競合關系的協作式基層課程組，充分研討論證實踐教學項目的可行性和科學性。利用課內與課外、線上與線下、校內與校外多源資源，加大產教融合力度，挖掘校企合作潛力，將現場課題帶到課堂教學，激發學生的探究式學習興趣。從制度上鼓勵校內教師到實訓基地、企業和基層開展技術創新、科技攻關、產品開發、成果轉化、技能培訓等，其服務成效納入年度績效考核體系，作為職稱評審和職務晉升的重要支撐；完善科技領軍人才、高素質技能人才年薪制等；設立實驗人員技能津貼、班組長津貼、帶徒津貼等；引導實訓基地企業開展工程系列職稱評聘改革，將教師在實訓基地承擔的相關工作納入考核體系，以此最大化地滿足采礦工程實踐教學需求。2.3"多維度過程考核評價以“知難行易”為基礎，在實踐中認識原理，強化全過程控制的課程考核，積極探索多維度過程性考核評價方法。從考核評價內容上講，實現從期末考試客觀題為主到全過程評價、開放式答題的轉變，從標準答案、知識記憶為重點的價值取向上升到強調學生能力的發展上；從考核評價方式上講，實現從考試為主到課堂討論、作業、實踐、考試等多樣化評價方式的轉變，過程性考核占比擴大至40%～70%，包括作業、討論、專題測試、期中考試、課程設計等，將面向知識和結果的評價轉變為交會式、及時性、過程性評價；從考核評價主體上講，實現從教師評價為主到學生自評、學生互評和教師評價的轉變，自評、互評、師評結合，自主設計命題測試，實施課前、課中、課后評價，促進不同時空下的師生互動，突出過程性評價和多角色評價[11]。通過多維度過程性考核探索，強調過程性考核和能力考核，提高對學生實踐過程考核的比重，突出對學生應用能力和綜合素質的考核，全方位考查學生綜合應用知識的能力和解決實際問題的能力以及合作能力、表達能力、交流能力等綜合素養，培養人格健全、基礎扎實、工程實踐能力強的高素質應用型人才。3"實踐教學初步探索3.1"專業課程課內實踐采用大系統觀將采礦工程專業課程進行劃分，可以分為采煤系統、掘進系統、機電系統、運輸系統、通風系統、排水系統六大系統。圍繞采礦學、礦山壓力與巖層控制兩門專業核心課程，以情境式工程問題為核心，創新實踐內容設計，編制采礦學實驗指導書、礦山壓力與巖層控制實驗指導書。針對煤礦各工種需求，圍繞崗位工人操作、專業技能訓練等，開發省級精品實踐課程采礦學（采礦工程技術）。加大產教融合力度，挖掘校企合作潛力，將現場課題帶到課堂教學，激發學生探究式學習興趣，校企合作編制《智能采礦工作面安全操作規程》，能夠使學生對智能化工作面各工種設備、工藝和操作有全面的了解。圍繞專業課程課內實踐，積極采用新手段和新方法，更新實驗教學項目，強化結構邏輯性，加大實踐課時比重，突出工程應用能力的培養[12]。以礦山壓力與巖層控制為例，將授課內容調整優化為礦山巖體力學、采場礦壓顯現與控制、巷道礦壓顯現與控制、煤礦沖擊地壓防治四大教學模塊，下設若干專題。采用國內外優秀虛擬仿真軟件模擬獲得采場和巷道圍巖應力場、位移場、塑性區和偏應力場分布，讓學生可以直觀判斷導水裂隙帶和底板破壞深度的位置以及圍巖應力集中分布規律。結合現場工程背景，設置采場支架選型、巷道支護設計、礦壓觀測設計、煤巖沖擊危險性評價等四項專題實踐，共計八個學時。從基本條件給定、方案選擇、結論給出到小組匯報、交互打分等，讓學生全過程主動參與，培養學生解決實際礦山壓力與巖層控制工程問題的能力。又如現代采礦工程案例課程實踐教學中，有關開拓方式、準備方式和回采方法的內容均以真實的礦井工程圖紙進行案例教學，穿插進行情境式工程設計，設計內容、測試知識能力點和主要支撐的課程目標詳如表1所示。該課程共計40課時，其中實踐教學有20課時，占總課時的一半，旨在給學生更多自由學習和獨立思考的時間。課程考核注重過程控制，考核方式多元化，過程性考核以專題測試（25%，五次）和小組實踐（10%，兩次）為主，以作業（10%）和課堂討論（5%）為輔，期末考試（50%）以真實采礦工程圖紙的識圖、繪圖為主，從而大大激發學生的學習興趣，增強學生學以致用的能力。3.2"實習實訓仿真實踐3.2.1"模型仿真山西大同大學采礦工程專業模型仿真實驗室主要包括礦山開采模型、采煤方法模型、綜采工藝模擬、綜掘工藝模擬、礦井通風模擬、煤層氣抽采模擬等實驗室，為學生實習實訓提供重要支撐。1）礦山開采模型采用聲、光、電等現代化技術，形象展現現代化礦井地面工業廣場、生產系統、井田開拓、采準巷道布置和空間關系，能夠演示綜采工作面、掘進工作面、主副井提升、軌道運輸、皮帶運輸等工作過程，形象展示運煤系統、通風系統、瓦斯抽放系統、排水系統、運料系統的運轉情況等。2）采煤方法模型主要包括單一煤層走向長壁采煤法、單一煤層傾斜長壁采煤法、煤層群傾斜長壁采煤法、厚煤層傾斜長壁采煤法、厚煤層分層同采采煤法、急傾斜單一煤層采煤法、偽傾斜柔性掩護支架采煤法等。3）綜采工藝模擬全面展示綜采工作面各設備的布置形式、連接關系和運轉過程，包括采煤機割煤、刮板輸送機和膠帶輸送機運煤與支架移架過程等。4）綜掘工藝模擬全面展示梯形巷道錨網支護綜掘面設備的布置形式、設備之間的連接關系、風電瓦斯電閉鎖的工作原理和各設備的運轉過程。5）礦井通風模擬直觀顯示礦井通風系統、通風設備設施、綜合防塵等，能夠模擬監測巷道瓦斯、氧氣、一氧化碳濃度，風速、負壓等參數變化，礦井反風系統運作等。6）煤層氣抽采模擬形象展示礦井本煤層抽采、臨近層抽采、采空區抽采和圍巖抽采等方法。3.2.2"虛擬仿真煤礦開采與安全虛擬仿真創新實訓中心采用LED高清立體沉浸式展示，多人協作VR虛擬仿真，實現井下生產過程、災害事故的3D逼真展示和人機交互，豐富教學內容和方法，形成實踐教學和體驗學習的新范式[13]。煤礦生產虛擬仿真系統旨在通過沉浸式虛擬仿真技術模擬礦井真實作業環境，實現對煤礦采煤、掘進工藝等內容的實習實訓，構建教、學、做三位一體的實踐教學平臺。目前，該系統由八個子系統組成，包括六個實習子系統和兩個實訓子系統，分別為綜合機械化采煤工藝、綜合機械化掘進工藝、主要運輸系統、輔助運輸系統、排水系統、提升系統，以及采煤機操作、掘進機操作煤礦特種作業實訓系統[14]。煤礦生產虛擬仿真系統以真實的某現代化礦井為藍本，構建一套綜合性的井下煤礦巷道體系，將八個子系統有機地融入其中，還原真實完整的煤礦三維虛擬仿真工程場景。部分場景如圖3所示。3.2.3"數值仿真如今，數值模擬技術在采礦工程理論研究中的應用愈加廣泛。煤礦采動響應現象是有形的，背后的礦山壓力是無形的[15]。采用數值模擬軟件能夠有效模擬采掘工作面圍巖應力場、位移場和塑性區分布規律，研究采場“支架—圍巖”相互作用關系，優化巷道圍巖支護設計，展示采動巖體裂隙場與滲流場特征等。筆者在2022年主持了山西省高等學校教學改革創新項目“基于數值模擬和VR的采礦工程核心課程虛擬仿真教學改革研究”，圍繞巖石力學、地應力分布、巷道開挖、采場回采四類專題，開發近20項采礦工程數值模擬案例集，如圓形巷道兩側支承壓力分布、上行開采圍巖應力和位移特征、不同寬度煤柱下巷道圍巖特征、軟巖巷道錨桿支護技術、近距離煤層群開采等。利用采礦工程數值模擬案例，可以實現采動應力和能量變化的可視化，促進多學科知識交叉融合，增強學生的專業學習效果，強化學生的實踐應用能力。3.3"畢業設計創新實踐以學生發展為中心，針對傳統采礦工程專業畢業設計內容固化的問題，積極開發畢業設計創新課題。2023年，在大四學生中嘗試開展綜放工作面采煤工藝虛擬仿真設計，效果較好。首先，針對特定煤層地質和開采技術條件，進行工作面“三機”配套選型設計，確定采煤機、刮板輸送機、液壓支架、轉載機等設備實物參數；其次，運用虛擬仿真開發平臺，按照選定實物設備尺寸大小和結構組成進行1∶1數字化建模；再次，設計設備的運行動作，實現仿真界面與設備動作的交互；最后，制作虛擬仿真產品的學習測試系統。虛擬仿真資源開發部分成果如圖4所示。以采煤機為例，實現左牽、右牽，左右截割搖臂升降，滾筒旋轉、啟停，截齒破煤等功能操作，以