智能采礦本科教育人才培養(yǎng)模式探索

張俊文，楊勝利

我國煤炭工業(yè)正處于全面深化改革、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵時期［1］。煤礦智能化開采是綜合機械化發(fā)展的更高階段，是推動煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要方式，是煤炭生產(chǎn)力和生產(chǎn)方式革命的新方向。煤礦智能化建設(shè)對構(gòu)建“智能+綠色煤炭工業(yè)”新體系，實現(xiàn)煤炭資源的智能、安全、高效、綠色開發(fā)與低碳、清潔、高效利用，促進煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義［2］。我國的智能開采已進入了示范引領(lǐng)階段，它要求煤礦工人能夠運用現(xiàn)代信息技術(shù)和智能化裝備獨立地完成煤炭開采任務(wù)，在生產(chǎn)中扮演規(guī)劃者、決策者、協(xié)調(diào)者等角色。這對采礦工程專業(yè)人才培養(yǎng)提出了新要求、新挑戰(zhàn)，迫切需要高校培養(yǎng)能夠適應(yīng)智能采礦方向的專業(yè)人才，并構(gòu)建相對應(yīng)的人才培養(yǎng)模式。

一、創(chuàng)新智能采礦本科教育人才培養(yǎng)模式的現(xiàn)實需求

1.推動煤炭產(chǎn)業(yè)升級，培養(yǎng)服務(wù)智能采礦行業(yè)人才

煤炭是我國的基礎(chǔ)能源及工業(yè)原料，在能源體系中發(fā)揮著兜底和基礎(chǔ)保障作用。2020年我國一次能源消費總量為34.96 億噸油當量，煤炭占56.3%，預(yù)計2030年仍占50%以上，而且以煤炭為主體的能源結(jié)構(gòu)在相當長的一段時間內(nèi)不會改變。當前，我國煤炭工業(yè)正處于轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時期，其中煤礦智能化被列為十四五科技創(chuàng)新重點攻關(guān)方向。煤炭智能開采是推進煤炭生產(chǎn)方式和發(fā)展模式深層次變革的重要方式，是實現(xiàn)煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路，是行業(yè)應(yīng)對資源約束和安全挑戰(zhàn)的戰(zhàn)略選擇［3］。我國煤炭開采先后經(jīng)歷了人工落煤、炮采、普通機械化開采、綜合機械化開采共四個發(fā)展時期，目前主要以綜合機械化開采為主。從學(xué)生就業(yè)范圍來看，煤炭企業(yè)主要以傳統(tǒng)采礦工程專業(yè)為主，其它專業(yè)學(xué)生很少到煤炭一線中去，煤炭企業(yè)人才流失嚴重，煤炭高等院校采礦工程專業(yè)招生困難，煤炭采掘一線招工問題凸顯。在新的煤礦智能化建設(shè)的歷史階段，我國人工智能產(chǎn)業(yè)人才總量嚴重不足，高端數(shù)據(jù)專家嚴重匱乏，相關(guān)高校的師資配備、配套教材、實驗室建設(shè)、實踐實習(xí)基地建設(shè)明顯不足。以上種種問題造成了煤礦建設(shè)智能化人才的嚴重缺乏，成為煤礦智能化快速發(fā)展的一大痛點。因此，探索人才培養(yǎng)模式，打造一支勝任智能采礦的復(fù)合型專業(yè)人才隊伍是推動煤炭產(chǎn)業(yè)升級的根本保障。

2.實施國家政策驅(qū)動，保障煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展

2020年2月25日，國家發(fā)展改革委、國家能源局、應(yīng)急部、國家煤礦安監(jiān)局、工業(yè)和信息化部、財政部、科技部、教育部聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出了2021年、2025年、2035年三階段煤礦智能化推進目標：“到2021年，建成多種類型、不同種類的智能化示范煤礦，初步形成煤礦開拓設(shè)計、地質(zhì)保障、生產(chǎn)、安全等主要環(huán)節(jié)的信息化傳輸、自動化運行，基本實現(xiàn)掘進工作面減人提效、綜采工作面少人或無人操作、井下和露天煤礦固定崗位的無人值守和遠程監(jiān)控?！痹趪艺唑?qū)動下，各礦業(yè)集團公司紛紛開啟了不同類型的智能化煤礦建設(shè)，如目前國家能源集團已建成常態(tài)化運行智能采煤工作面41 處、智能掘進工作面16 處、智能選煤廠10 處。同時，國家能源集團正在全面推廣煤礦智能化技術(shù)，積極推進煤礦智能化建設(shè)，計劃到2021年底實現(xiàn)85%覆蓋率。其它礦業(yè)集團公司同樣如此。截止2021年底，全國已建成687 個煤礦智能采掘工作面，形成了涵蓋薄、中厚、厚煤層的智能化開采應(yīng)用體系，初步構(gòu)建了“有人巡視、無人操作”的智能開采工作新模式［4］。

3.加強產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新融合，構(gòu)建煤炭開采發(fā)展新格局

智能化煤礦需要將地質(zhì)精準探測、自動控制、5G 通信、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、智能傳感、光電芯片、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等與煤炭開采技術(shù)及裝備進行深度融合，形成自主感知、智能分析決策、深度學(xué)習(xí)、動態(tài)預(yù)測預(yù)警、實時高效互聯(lián)、精準協(xié)同控制的煤礦智能系統(tǒng)，實現(xiàn)礦井地質(zhì)保障、煤炭開采、巷道掘進、安全保障、通風、運輸、排水、供電、洗選、生產(chǎn)經(jīng)營管理等全過程的安全高效智能運行，真正達到無人化開采。其智能要素主要體現(xiàn)為自主感知、自主決策、自主控制、自主協(xié)同、自主交互［5］。如陽煤集團初步建設(shè)的井上、井下5G 專網(wǎng)，可滿足遠程超低時延操控、超高清視頻同傳及工業(yè)控制類場景對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊?，為實現(xiàn)“5G+智能采煤”“5G+智能掘進”“5G+智能巡檢”等相關(guān)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。煤礦智能化建設(shè)涉及面廣、交叉性強，需要多行業(yè)、多產(chǎn)業(yè)、多學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新，互聯(lián)互通，并在共同解決煤礦智能化發(fā)展面臨的重大科學(xué)問題與技術(shù)難題的基礎(chǔ)上實現(xiàn)平等互利與合作共贏。同時，我國的煤礦智能化建設(shè)要融入全球科技創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，積極拓展合作空間，建立更加高效協(xié)同的煤礦智能化創(chuàng)新體系，解決卡脖子問題，不斷提升自身的核心競爭力。

二、智能采礦本科教育人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新要素

1.培養(yǎng)目標：以能力為核心的復(fù)合型人才

根據(jù)《教育部關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》有關(guān)要求，人才培養(yǎng)需緊緊圍繞“全面提高人才培養(yǎng)能力”這個核心點，加快形成高水平人才培養(yǎng)體系。智能采礦本科專業(yè)是一個新型專業(yè)，交叉了采礦工程、人工智能、自動控制、計算機、電力電子等專業(yè)的知識，因此在人才培養(yǎng)方面仍需不斷探索及創(chuàng)新。根據(jù)智能采礦人才培養(yǎng)創(chuàng)新需求，高校應(yīng)基于OBE 理念，加強以通識教育為基礎(chǔ)的人才培養(yǎng)，凸顯“能力”的核心地位，培養(yǎng)具有“通識基礎(chǔ)、專業(yè)素質(zhì)、創(chuàng)新思維、實踐能力、全球視野、社會責任”綜合特質(zhì)、能夠引領(lǐng)未來的復(fù)合型專業(yè)精英。具體來講，智能采礦專業(yè)的畢業(yè)生，其通識基礎(chǔ)要厚實，具備多學(xué)科基礎(chǔ)理論和科學(xué)素養(yǎng)；專業(yè)素質(zhì)要扎實，具備多學(xué)科專業(yè)知識和工程素養(yǎng)；創(chuàng)新思維要敏捷，具備多學(xué)科交叉融通和創(chuàng)新能力；實踐能力要強化，能夠理論聯(lián)系實際，具備能夠解決實際問題的能力；全球視野要開闊，能夠中西融合，具備國際交流和溝通能力；社會責任要加強，踐行不忘初心，具備責任擔當和社會使命。

2.培養(yǎng)內(nèi)容：構(gòu)建符合智能采礦知識邏輯的課程體系

智能采礦專業(yè)的交叉性強，知識結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其課程體系要區(qū)別于傳統(tǒng)采礦工程專業(yè)，課程設(shè)置要取得一定的突破。智能采礦課程應(yīng)由符合“智能感知—智能決策—智能控制”知識邏輯結(jié)構(gòu)體系的課程及“智能+學(xué)科”兩部分構(gòu)成［6］。智能感知、決策及控制類可歸結(jié)于專業(yè)基礎(chǔ)課程。其中，智能感知類課程應(yīng)包含現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)、現(xiàn)代測量及定位等；智能決策類課程應(yīng)包含人工智能、計算機編程、傳感器與檢測技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等；智能控制類課程應(yīng)包含機器人技術(shù)、自動控制原理、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、機械原理等。“智能+學(xué)科”類課程，即是在傳統(tǒng)采礦工程專業(yè)課程的基礎(chǔ)上增加智能類應(yīng)用的章節(jié)，形成如“開采學(xué)+智能”“礦山壓力與巖層控制+智能”“井巷工程+智能”等課程體系。除此在外，在課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、實驗實習(xí)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等環(huán)節(jié)均增加智能類設(shè)計或控制等環(huán)節(jié)。

3.培養(yǎng)過程：嚴格本科教育教學(xué)過程管理

《教育部關(guān)于狠抓新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議精神落實的通知》中強調(diào)：“嚴管、嚴抓教學(xué)秩序，加強課堂教學(xué)管理；合理提升學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度、增加課程難度、拓展課程深度，切實提高課程教學(xué)質(zhì)量，加強學(xué)習(xí)過程管理，增加過程考核成績在課程總成績中的比重；加強對畢業(yè)設(shè)計選題、開題、答辯等環(huán)節(jié)的全過程管理，對形式、內(nèi)容、難度進行嚴格監(jiān)控，切實提高畢業(yè)論文（設(shè)計）質(zhì)量。綜合應(yīng)用筆試、口試、非標準答案考試等多種形式，全面考核學(xué)生對知識的掌握和運用?！币虼藢τ谥悄懿傻V專業(yè)，應(yīng)加強教育教學(xué)中的過程管理，鼓勵學(xué)生參加社會實踐、科學(xué)研究、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、競賽活動等，積極引導(dǎo)學(xué)生自我管理、主動學(xué)習(xí)，激發(fā)求知欲望，提高學(xué)習(xí)效率，提升自主學(xué)習(xí)能力；強化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐，搭建大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)與社會需求對接平臺，發(fā)揮“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽引領(lǐng)推動作用，提升創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育水平；鼓勵符合條件的學(xué)生參加職業(yè)資格考試，支持學(xué)生在完成學(xué)業(yè)的同時，獲取多種資格和能力證書，增強創(chuàng)業(yè)就業(yè)能力。目前，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）智能采礦專業(yè)全員學(xué)生參加社會實踐、科學(xué)研究、創(chuàng)新項目訓(xùn)練及各種競賽活動，其綜合能力得到了明顯提升。其中競賽活動主要有“全國高等學(xué)校采礦工程專業(yè)學(xué)生實踐作品大賽”“挑戰(zhàn)杯首都大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽”“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”“全國大學(xué)生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽”“采礦與安全知識競賽”等。

4.培養(yǎng)評價：強調(diào)以能力為主的評價機制

教育評價是以教育目標為依據(jù)，運用有效的評價技術(shù)和手段，對教育活動的過程和結(jié)果進行測定、分析、比較，并給以價值判斷的過程。智能采礦專業(yè)人才培養(yǎng)目標強調(diào)以多種能力為核心的復(fù)合型專業(yè)精英，重視培養(yǎng)他們自主學(xué)習(xí)的能力，形成多學(xué)科交叉的復(fù)合型知識結(jié)構(gòu)，因此要建立基于綜合能力的評價機制。評價要素不僅僅是學(xué)生的學(xué)業(yè)能力，還應(yīng)包括自主學(xué)習(xí)能力、社會實踐能力、創(chuàng)新能力等，因此在評價體系上應(yīng)讓學(xué)校、行業(yè)、社會及師生共同完成。學(xué)生學(xué)業(yè)考核時，除了傳統(tǒng)的“出勤+試驗+作業(yè)+期中+期末考試”外，還可增加論文、答辯等評價形式。為提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、文獻查閱能力、團隊合作能力、語言表達能力、知識查新能力、創(chuàng)新能力、自我管理能力、分析解決問題能力、批判性思維能力等，筆者提出了“協(xié)同式任務(wù)導(dǎo)向教學(xué)模式”［7］。該模式改革了傳統(tǒng)的試卷評定成績方式，取而代之為“課堂講解+講稿+科技論文”的綜合評定方式。課堂講解內(nèi)容的準確性、知識范圍把握及學(xué)生“翻轉(zhuǎn)課堂”時的聲音、教姿、板書、節(jié)奏感、內(nèi)容熟練性、連貫性、語言表達、互動性等評價指標占總成績的50%；每一成員撰寫的講稿占20%；科技論文占30%?？萍颊撐牟捎么疝q的形式，每個學(xué)生將自己撰寫的論文在上交時參加答辯。對于優(yōu)秀論文，推薦在科技期刊發(fā)表。行業(yè)評價可依據(jù)學(xué)生的實習(xí)實踐綜合表現(xiàn)進行評定；社會評價可根據(jù)學(xué)生的社會實踐表現(xiàn)、創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新等進行評定。

三、智能采礦本科教育人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新路徑

1.構(gòu)建智能采礦產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人創(chuàng)新體系

如前所述，煤礦智能化建設(shè)是國家發(fā)改委等八部委提出的重要指導(dǎo)意見，各大企業(yè)率先開展了煤礦智能化建設(shè)并取得了一定成效，當前企業(yè)的煤礦智能化建設(shè)及規(guī)劃遠遠超過了高校智能采礦專業(yè)的人才培養(yǎng)的能力。截止2021年底，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）和安徽理工大學(xué)首批獲準新增智能采礦本科專業(yè)，其它煤炭高校設(shè)置了煤礦智能化研究方向。智能開采專業(yè)的本科招生也僅是在2020年開始，2024年才會有首批畢業(yè)生投入到煤礦的智能化建設(shè)大潮中。因此，智能采礦專業(yè)的畢業(yè)生目前是企業(yè)急需、行業(yè)急待。而且，智能采礦的人才培養(yǎng)須采用產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人創(chuàng)新模式：將智能礦山企業(yè)的最新進展及行業(yè)對人才培養(yǎng)的最新需求融入到教學(xué)過程，以完善更新教學(xué)內(nèi)容及課程體系；共建智能采礦試驗及實習(xí)基地，提高實踐教學(xué)質(zhì)量；企業(yè)支持構(gòu)建創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程體系及項目轉(zhuǎn)化平臺，提高學(xué)生的科技創(chuàng)新能力；設(shè)立煤礦智能化創(chuàng)新聯(lián)合基金項目，支持學(xué)生進行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐。

2.健全智能采礦創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育體系

習(xí)近平總書記強調(diào)：“創(chuàng)新是社會進步的靈魂，創(chuàng)業(yè)是推動經(jīng)濟社會發(fā)展、改善民生的重要途徑。青年學(xué)生富有想象力和創(chuàng)造力，是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的有生力量?！保?］加強創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，是推進高等教育綜合改革、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要舉措。智能采礦是一個多學(xué)科交叉融合的新專業(yè)，具有難度系數(shù)高、交叉性強、挑戰(zhàn)性大、創(chuàng)新點多等特點，對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力有較強的示范作用。中國礦業(yè)大學(xué)（北京）采礦工程專業(yè)學(xué)生全員參與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，目前形成的舉措是：全員以3～5 名同學(xué)為小組，開展為期1+3 學(xué)期的“科研選題訓(xùn)練”+“大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練”。同時，為更好地發(fā)揮學(xué)生積極性及創(chuàng)新能力，團隊教師將自己的科研課題向本科生開放，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣及導(dǎo)師研究方向自由組隊、自主選擇導(dǎo)師，自由探索，提升學(xué)生的創(chuàng)新活力。除此之外，學(xué)生積極參加“互聯(lián)網(wǎng)+大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”等，學(xué)生的創(chuàng)新積極性及創(chuàng)新能力得到了明顯提升。

3.深化智能采礦工程教育國際交流與合作

國家倡導(dǎo)的新工科工程教育要深化國際交流與合作，積極引進國外優(yōu)質(zhì)工程教育資源，組織學(xué)生參與國際交流、到海外企業(yè)實習(xí)，拓展學(xué)生的國際視野，提升學(xué)生全球就業(yè)能力［9］。中國礦業(yè)大學(xué)（北京）的做法是：在原專業(yè)的基礎(chǔ)上，深入推進智能采礦專業(yè)國際教育交流領(lǐng)域的務(wù)實合作，加大人才培養(yǎng)的國際交流合作力度，提升學(xué)生參與國際交流合作的比例，暢通人才培養(yǎng)國內(nèi)國際循環(huán)；繼續(xù)實施“雙一流”本科拔尖人才培養(yǎng)國際班項目，增加中外合作辦學(xué)項目、創(chuàng)新型人才國際合作培養(yǎng)項目；籌建“英國高等教育文憑”項目、“國際通識教育課程項目和留學(xué)培訓(xùn)基地”項目等；力爭完成繼續(xù)教育終身學(xué)分銀行、課程認證等制度建設(shè)。目前，我校首批國際班28 人已完成學(xué)業(yè)順利回國，2020年遴選64 人進入國際班。另外，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）制定并發(fā)布了《港澳臺僑學(xué)生補充管理規(guī)定》，2020年首次招收4 名港澳臺僑本科生，實現(xiàn)了學(xué)校港澳臺僑學(xué)生人數(shù)從無到有的突破。以上這些舉措對提高智能采礦本科教育人才培養(yǎng)質(zhì)量起到了很好的促進作用。