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摘要：文章首先分析了矿业系统工程课程的特点及学习难点，然后论述了基于 OBE 教学理念的矿业系统 工程课程教学改革，包括弱化深奥系统逻辑及数学公式推导，增加计算机应用模块;积极引入模块化教学 模式;激发学生学习兴趣，建立矿业系统工程案例库;等等。
关键词：矿业系统工程课程,OBE教学理念,模块化教学模式
我国煤矿企业发展的方向必然是大型化 、集中 化、智能化生产。大集团、大工程的出现使人们面临着 越来越复杂的大系统的组织、管理、协调、规划、计划、 预观和控制等问题，如矿井的采掘计划、矿井通风网 络、井下运输等在空间活动规模上越来越大，层次结 构越来越复杂 。而要解决以上问题，仅仅依靠管理者 的经验已显得力不从心，需要采用科学的方法和理论 进行规划和布局，矿业系统工程正是在此背景下应运 而生的[1] 。矿业系统工程是矿业工程学科和系统工程 学科相结合而形成的一个新的学科，在矿业系统工程 的学习过程中必然涉及系统工程的理论与知识，如数 学规划法、网络系统、系统评价和预测方法等。这些系 统工程相关理论与知识的学习对于没有系统工程基 础知识的采矿工程专业学生来说较为困难。然而对新 世纪的采矿工程专业学生来说，矿业系统工程又是采 矿工程专业的一 门专业核心课 ， 尤其是在当今智能 化、机械化采矿发展大趋势下，学好系统工程，学会如 何统筹、规划矿山资源，发展科学采矿，做出科学决策 显得尤为重要[2-3]。
传统的教学模式是传递—接受型教育， 一般以 教师和书本为中心 。然而仅仅通过课堂讲解很难让 学生理解复杂的系统工程学知识 ， 而且采矿工程是 一 门应用性相当强的学科，因此，在矿业系统工程课 程教学过程中， 教师应以系统工程知识在采矿工程 领域的应用为中心， 强调对学生系统知识的应用能 力的培养，并将应用效果作为考核指标。OBE 教育理 念又称为成果导向型教育， 是一种强调以学习者为 中心，基于学习者未来所需的知识 、技能和素质等 进行人才培养的教育思想[4] 。OBE 教育理念的基本组成部分为以学习成果为目标导向、以学生为中心、 持续改进，它更加关注教育投入的回报与实际产出的 现实需要[5] 。在传统教学模式下，矿业系统工程课程 由于涉及较多的系统工程理论知识和数学原理，学生 学习起来较为困难 。因此，本文将通过对矿业系统工 程课程的特点及学习难点进行分析 ， 结合 OBE 教育 理念，以学习结果及应用为导向，对矿业系统工程课 程教学进行改革，以期能够使采矿工程毕业生更加适 应煤矿企业集中化、大型化的发展趋势。
一、矿业系统工程课程的特点及学习难点
(一)矿业系统工程课程的特点
作为 一 门采矿工程与系统工程的交叉学科，矿 业系统工程与传统采矿工程和系统工程课程均有所 不同 。相较于传统采矿工程课程，它主要有以下三个 特点。
1.系统工程基础理论知识较多。采矿工程本科生 基础课程主要包括材料力学、理论力学、高等数学， 以及机械制图等[6]，矿业系统工程旨在采用系统工程 相关理论和知识解决采矿工程领域中遇到的问题， 其中包含大量的矩阵论、运筹学、网络系统等系统工 程基础知识，而绝大部分采矿工程专业学生没有学习 过系统工程相关理论知识，系统工程基础理论的掌握 几乎为零 。 因此 ， 在矿业系统工程课程的学习过程 中， 有相当一部分采矿工程专业学生存在不小的困 难 。基于此，如何让没有系统工程理论基础的学生尽 快接受矿业系统工程相关知识，并投入课程学习当中 是矿业系统工程课程教师需要解决的首要问题。
2.数学原理深奥，计算过程烦琐，大多数学生不能 深刻理解复杂的数学原理 。 目前，矿业系统工程教材有两本：肖福坤主编的《矿业系统工程》和张俊文主编 的《矿业系统工程》。 通过研读教材发现，当前矿业系 统工程教材中存在大篇幅的数学公式及系统的逻辑 推导，其意义在于使采矿工程专业学生较为全面和透 彻地掌握数学原理和系统规划逻辑，从而使学生能够 较好地将系统工程知识运用于实际生产当中。然而采 矿工程是一门应用性相当强的学科，同时采矿工程专 业本科生前期基础较差，若教师过于强调理论公式推 导，会使学生在学习相关数学公式及系统逻辑推导时 存在较大困难，进而严重打击学生学习矿业系统工程 课程的积极性。
3.系统工程理论知识及应用场景较为抽象 。系统 工程是一门软科学， 并不直接参与工程生产工艺、生 产方法，而是更倾向于组织管理、策划、规划和决策， 其强调的是对复杂问题的求解或规划或优化的思想、 方法论和分析手段，要求学习者能够形成系统的观点 或思维，具有较强的抽象性[7]。而采矿工程是一门应用 性较强的学科，其内容如煤矿开采学、井巷工程及通 风学等均具有较强的应用性，涉及的知识和相关概念 都是矿山的具体事物，一旦采矿工程本科生毕业并从 事煤炭生产工作后，其在校所学理论知识便能够得到 较好应用 。然而矿业系统工程涉及的思想、方法论及 分析手段在矿山并无实际应用案例，且学生在毕业后 在很长一段时间内可能都不能将系统工程知识应用 到工作中，导致学生对系统工程知识的学习缺少足够 的学习动力，从而使得矿业系统工程课程的教学效果 不佳。
(二)矿业系统工程课程的学习难点
基于上述对矿业系统工程课程的特点分析可知， 学生在学习矿业系统工程课程时会存在诸多难点，具 体如下。
1.系统逻辑及公式推导理解困难。系统工程是一 门工程技术与管理技术相结合的综合性工程领域的 学科，主要包括数学规划法、系统评价、系统预测等 章节 。系统工程中包含大量并且较为烦琐的数学理 工公式及系统逻辑推导，其前导知识包括高等数学、 矩阵论、概率论、运筹学等，因此具有很强的学科交 叉性[8] 。而采矿工程专业学生由于前期未接触过系统 工程知识，没有系统地学习过运筹学、矩阵论等相关 知识，仅仅依靠传统的课堂理论教学，就很难充分理 解系统工程逻辑推导。
2.学生兴趣培养困难。矿业系统工程抽象复杂，难 以直观感知应用场景，系统工程具有抽象性、逻辑性 强和应用广泛的内在特征，故对于系统的规划、组织、 评价和决策均要运用逻辑规则，遵循思维规律 。因此， 矿业系统工程课程的学习对学生的抽象逻辑思维要 求较高。学生在进行抽象逻辑规则和思维规律的学习 时会感到比较枯燥，同时又难以感知系统工程的应用 场景，导致学习兴趣难以激发。
3.计算过程烦琐，影响学生对系统工程知识的应 用 。系统工程涉及的问题均是系统性问题，计算过程 较为烦琐，现有教材中对解题过程和逻辑进行了大篇 幅的讲解和解构，通常相关问题求解过程的讲解就要 45 分钟左右，这对于保证教学成效是十分不利的 。其 实，系统工程在实际工作与生活中的运用需要结合大 量的计算机技术才能够有效解决系统工程的求解问 题，而目前的教材缺乏对计算机技术与系统工程运用 的介绍，导致学生在学习过程中对所学知识的运用存 在困难。
二、基于 OBE 教学理念的矿业系统工程课程教 学改革
矿业系统工程是属于新时代的采矿工程本科教 学的专业课 ， 对于应用性相当强的采矿工程专业来 说 ， 应更加注重专业课程的应用效果及应用场景，以 满足经济、技术快速发展的需要[9] 。因此，笔者基于矿 业系统工程课程的特点和学习难点，通过对矿业系统 工程课程教学过程中的经验进行总结，并结合以结果 为导向的 OBE 教育理念 ， 认为矿业系统工程课程教 学改革可以从以下方面着手。
(一)弱化深奥系统逻辑及数学公式推导，增加计 算机应用模块
数学规划法 、层次分析法等运筹学知识涉及大 量的数学公式和逻辑推导，内容较为枯燥，这是系统 工程学习的难点所在 。采矿工程是一门应用型的工 科科学，相较于基础的系统理论知识，应更加注重这 些数学及系统知识在实习工作和生活中的应用 。 因 此，根据以结果为导向的 OBE 教学理念，教师应减少 对于深奥的系统逻辑和公式的推导和解读 ， 而强调 系统原理的实际应用价值 。例如，在矿业系统工程课 程第二章“ 数学规划法”的第四节“ 多目标规划法”教 学中，通常采用单纯形法解题，步骤烦琐、计算困难， 容易出错，对此，教师可以在教学中引入 MATLAB 程序，引导学生采用更贴合实际的方法，如参照朱权洁 等[10]利用 MATLAB 程序及相应算法编制的多目标规 划法、最短路径问题，以及 AHP 层次分析法等 一 系 列解题代码 。或者参照采矿学者的做法，采矿学者一 般会结合计算机技术将系统工程知识运用于复杂的 矿山实际生产问题解决过程，像黄金彪等[11]运用 RRT 算法解决了露天矿路径规划的问题 。由此可见，利用 现代化的数学软件和计算机算法 ， 不仅能够极大地 提高学生的学习兴趣， 同时还能有效提高学生对矿 业系统工程知识的应用能力。
(二)积极引入模块化教学模式
在矿业系统工程课程教学中，教师应改革教学模 式，积极引入模块化教学模式[12-13]。矿业系统工程课程 的理论教学较为枯燥乏味，使得学生缺少学习兴趣和 学习动力 。为此，对矿业系统工程课程内容进行模块 化拆解十分有必要。通过对矿业系统工程课程内容进 行重组，能加强对学生应用能力的培养，在这一过程 中设置模块化的课程内容，再辅以案例教学或项目教 学，能激发学生学习兴趣，使学生在案例分析或完成 项目过程中掌握系统工程知识在采矿工程领域中的 应用。
当今社会，随着计算机技术的飞速发展，系统工 程的绝大多数问题均可以采用“数学建模+ 计算机编 程”来解决。在现如今的《矿业系统工程》教材中，涉及 计算机软件编程和算法的内容相对较少，因此，教师 可以利用大量的系统工程网络算例来对矿业系统工 程课程教学内容进行模块化划分 。通常，可将矿业系 统工程课程教学内容划分为三个模块：①问题的提出 及系统工程概念;②数学建模及数学解题思路;③计 算机技术在该问题中的应用(计算机算法工程学习)。 以 AHP 层次分析法的学习为例进行分析。
第一模块为 20 分钟 ， 介绍层次分析法的基本概 念及在现实生活中应用可能遇见的问题。如现在想选 择一个最佳旅游景点，具体有三个选择标准(分别是 景色、门票和交通)，并且对应有三种选择方案 。现通 过旅游专家打分，希望结合三个选择标准，选出最佳 方案(即最终决定去哪个景区旅游)。诸如此类问题， 即专家打分并进行权重计算等， 均可通过 AHP 层次 分析法得到解决。
第二模块为 30 分钟，阐述层次分析法在相关问题 中如何建模、解题步骤，以及逻辑关系，如图 1 所示
第三模块为 20 分钟，根据 OBE 教学理念，以成果 为导向。对所建立的数学模型进行解构，并应用数据处 理工具解题 。积极引入 MATLAB、MATHMATIC 等数 学软件或 SPSSAU 数据分析网站，简化数学模型的解 题过程，提高学生对系统工程理论知识的应用能力。
(三)激发学生学习兴趣，建立矿业系统工程案 例库
“ 兴趣是最好的老师”，故对于较为枯燥和复杂的 知识，应当首先考虑激发学生的学习兴趣 。在矿业系 统工程课程教学中，教师必须以学生为中心，激发学 生的学习兴趣，并建立矿业系统工程案例库，同时还 应该关注与学生息息相关的课题，如择业、出行规划、 目标路径规划等，如此学生才能深刻认识到抽象的系 统工程知识在具体生活中的应用，从“ 让我学”向“ 我 要学”转变，从而增强对矿业系统工程的学习热情。落 到具体行动上，教师应该充分挖掘系统工程知识在学 生日常生活中的应用， 建立矿业系统工程案例库，且 案例库中应包含采矿工程案例库和实际生活案例库。 如可以利用多目标规划法讨论大学生的择业问题;采 用 AHP 层次分析法量化分析考研与就业的选择;采 用动态规划法逆向求解的原理 ， 结合学生的学习目 标，对学生目标的实现路径进行合理的规划等。
( 四)建立科学的考核评价体系
对于矿业系统工程课程而言，传统的考核评价大 多更重视考试，而忽视平时成绩，对学生的考核多是 “ 一考定所有”，学生大多采用突击复习的方式，因此 这种考核评价方式无法有效考核学生对知识的掌握 和运用情况。在对矿业系统工程课堂教学进行全面改 革后，应当建立较为科学的评价机制，并以成果导向 为中心，重点考核学生对矿业系统工程知识的应用效 果 ，其中对知识目标的考核比例应控制在 30%以下， 能力目标的考评比例应控制在 60%左右，从考核内容 上体现出教学理念的转变。
1.提高过程评价比重 。在矿业系统工程课程教学 过程中，教师除对学生的课堂表现进行考核，还应以 知识的运用为目标，督促学生主动挖掘身边的系统工 程知识应用案例，并完成案例的求解，实现矿业系统 工程以“教”为中心向以“学”为中心的转变 。以此为目 标 ， 矿业系统工程课程教学改革过程评价应包含自 学、课堂表现及案例自我分析三个环节，并分别给予 相应的占比和权重，以此重点考查学生主动学习的能 力和对知识的综合运用能力。
2.结果评价从静态考核向持续动态改进转变。OBE 教育理念以成果为导向，而成果导向的工程教育是一 个持续改进、知识运用持续加强的过程，故考核评价 体系也应该是不断发展完善的[14]。传统教学的期末考 试已经对教学的教与学进行了一定程度的衡量，然而 其改进和考核功能并不完善 。对此，可从以下方面着 手 。首先，在期末测评中应围绕 OBE 教学理念，对学 生在过程评价中的案例自我分析的求解过程的知识 运用不当之处进行总结 ， 并以此为作为期末测评反 馈，从而完善教学成果 。其次，对于测评成绩，不再实 施优秀、良好、中等、及格、不及格这 5 级评定，而是要 对教学目标进行分解 ， 并设置相应的占比和权重，通 过测评对学生是否达成教学目标进行判断。
三、结语
矿业系统工程是采矿工程与系统工程的交叉学 科，在如今大工程、大科学、大经济的背景下，其教学 效果关系到采矿工程专业本科生是否能学会科学运 用系统工程的理论与技术去管理、协调和解决采矿工 程领域中的复杂问题 。因此，在新工科的背景下，有必 要对矿业系统工程课程的特点和学习难点进行分析， 以便寻找改革之策，提高教学质量 。通过深入实践可 以发现 ，矿业系统工程课程教学改革要以 OBE 教学 理念为导向 ， 弱化系统工程复杂烦琐的公式推导，加 强学生对于系统工程思想及原理的理解，积极引入现代化数学分析工具，以用促学，强调对数学知识的运 用;积极引入模块化教学模式;以案例教学为中心，设 计与学生生活实际息息相关的案例，以提高学生对矿 业系统工程课程的学习兴趣;建立科学的考核评价体 系，注重能力目标的考核 。 由此可见，基于 OBE 教学 理念的矿业系统工程课程教学改革是一项系统工程， 涉及环节较多 。作为矿业系统工程课程教师，应该根 据该课程特点，以培养创新性、应用型人才为目的，不 断进行改革策略探究，以便充分提高矿业系统工程课 程教学效果。
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