智能采礦工程專業(yè)的創(chuàng)新方向及人才培養(yǎng)模式

吳祥業(yè)，鄭文翔，卜慶為，王婧雅

（內(nèi)蒙古科技大學礦業(yè)與煤炭學院 內(nèi)蒙古 包頭 014010）

1 智能采礦背景及發(fā)展?jié)摿?/h2>

我國煤炭資源儲存量遠超石油和天然氣資源，煤礦在從前以及今后較長時間內(nèi)都屬于第一能源，在社會發(fā)展及各行業(yè)生產(chǎn)中扮演著不可替代的角色，且隨著包西、太中銀等多條鐵路通道的投產(chǎn)，晉、陜、蒙地區(qū)的煤炭產(chǎn)能將進一步得以釋放，充分的市場需求刺激煤炭企業(yè)大量投產(chǎn)，推動行業(yè)發(fā)展。但隨著煤礦開采深度逐年增加，開采條件日益惡化，煤礦生產(chǎn)過程中煤與瓦斯突出、沖擊地壓、礦井水災、頂板冒落等事故時有發(fā)生，存在突發(fā)性的生產(chǎn)危機及行業(yè)科學技術(shù)難題，進而導致年輕一代去礦山工作的意愿極低，采礦行業(yè)人力資源嚴重匱乏。為解決生產(chǎn)發(fā)展及行業(yè)發(fā)展的問題，也為適應時代發(fā)展，不斷創(chuàng)新采礦模式，數(shù)字礦山、智慧礦山、智能礦山等理念應運而生，雖然名稱及提法有所差別，但主要目標大體相似，都是將計算機知識或者是大數(shù)據(jù)算法融入礦山勘探、開采、運輸?shù)榷鄠€領(lǐng)域，以期培養(yǎng)智能采礦工程專業(yè)人才，運用數(shù)字手段應對新時代發(fā)展。

智能采礦作為新時代的高效生產(chǎn)技術(shù)，較好地解決了煤炭資源的開采效率和安全問題，通過對智能裝備、計算機、5G 技術(shù)等現(xiàn)代化高科技技術(shù)的學習利用來提升智能采礦對煤炭資源的綜合開發(fā)利用，因此智能采礦發(fā)展前景優(yōu)越。現(xiàn)實發(fā)展隨之映射到學科建設的進程，2018 年，中國礦業(yè)大學率先提出了智能采礦工程專業(yè)建設規(guī)劃目標，提出礦業(yè)、地質(zhì)、機械、電氣、信息等多學科交叉融合的智能采礦新方向，在傳統(tǒng)采礦工程專業(yè)的基礎(chǔ)上對課程進行改革，豐富了智能裝備、信息傳輸、計算機科學等新興知識，并將傳統(tǒng)專業(yè)課程進行升級改造，添加了智能采礦學、礦山壓力與智能感知控制、智能采掘等專業(yè)核心課程。2021年3 月，中國礦業(yè)大學（北京）、安徽理工大學申報智能采礦工程專業(yè)獲得教育部批準，這標志著智能采礦工程專業(yè)建設進入新階段，同時也意味著采礦行業(yè)迫切的轉(zhuǎn)型發(fā)展需求。

2 創(chuàng)新方向

我國是一個多煤、少油、少氣的國家，能源現(xiàn)存特性決定了今后較長時間內(nèi)煤炭仍是主要能源，煤炭的智能開采、綠色燃排對于行業(yè)發(fā)展來說至關(guān)重要。2016 年，國家發(fā)改委出臺《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016―2030 年）》，提出全面建成安全綠色高效的智能礦山技術(shù)體系，實現(xiàn)煤炭安全綠色、高效智能生產(chǎn)的戰(zhàn)略方針。智能采礦應運而生，“智能”二字不等同于“數(shù)字”，不僅僅是靠機械代替人工，還包括勘探、開采等預防及把控的全過程智能化，這一創(chuàng)新過程要由企業(yè)與學科兩手抓，以企業(yè)案例為實踐經(jīng)驗指導學科建設。

2.1 企業(yè)方向

企業(yè)開采智能化是將信息化設備及智能化理念融合于生產(chǎn)過程，提高煤炭開產(chǎn)的工作效率，但從實際情況來看，大部分企業(yè)都沒意識到智能設備的重要性，或者沒有及時更新現(xiàn)代化的設備。將智能化設備投入實際生產(chǎn)之中，通過智能化手段解決企業(yè)面臨的實際問題符合當今時代的創(chuàng)新思路。企業(yè)的生產(chǎn)過程就是實踐的過程，實踐是檢驗真理的唯一標準，當理論得到實踐時，更容易找到不足之處，不足之處就是可以改進的創(chuàng)新方向。

反過來看，實踐又被理論指導，因此，企業(yè)要與高校合作，邀請高校教授、專家學者定期為員工普及專業(yè)學科知識，傳授智能化知識體系，培養(yǎng)專業(yè)型智能人才，為企業(yè)的智能化建設打造專業(yè)團隊。企業(yè)也可以邀請高校學生定期實踐，與企業(yè)工人組隊合作，交流新思想與工作經(jīng)驗，為工作團隊注入新鮮血液。

2.2 學科建設方向

2017 年2 月以來，教育部積極推進新工科建設，提出礦業(yè)、地質(zhì)、機械、電氣、信息等多學科交叉融合的智能采礦新方向，開展多學科交叉互融合作，如“采礦+安全”“采礦+地質(zhì)”“采礦+測量”“采礦+機電”“采礦+管理”“采礦+智能”。各高校積極開創(chuàng)新興學科，開設綜合性課程，以培養(yǎng)綜合型人才。

以傳統(tǒng)采礦專業(yè)研究方向為基礎(chǔ)，對采礦專業(yè)進行智能化的轉(zhuǎn)型升級研究，專業(yè)智能人才應該掌握基本的智能采礦知識，培養(yǎng)相應的專業(yè)技能，以此為基礎(chǔ)去解決以往存在的問題，提出新的解決方案；同時發(fā)現(xiàn)學術(shù)上遇見的新問題，以此為契機進行解決，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。此外，學校也應定期邀請設計院、研究院、礦山企業(yè)專家、管理人員到?；蛘哌M行線上講座，幫助學生了解當前礦業(yè)工程領(lǐng)域的現(xiàn)狀，為學生的創(chuàng)新提供思路和方向。

3 人才培養(yǎng)模式

智能采礦人才的培養(yǎng)，不僅是推動煤炭行業(yè)升級轉(zhuǎn)型的必然要求，也是礦業(yè)工程專業(yè)改造升級的有效途徑。將人才培養(yǎng)目標定位于掌握智能采礦基本理論及技術(shù)，并具有行業(yè)競爭能力的高素質(zhì)人才，據(jù)此確定畢業(yè)生能力與素質(zhì)及知識結(jié)構(gòu)要求；通過分析智能采礦與傳統(tǒng)采礦的差異，使智能采礦人才培養(yǎng)模式體系對人才能力素質(zhì)培養(yǎng)及知識結(jié)構(gòu)要求實現(xiàn)了全方位覆蓋。智能采礦工程專業(yè)的興起得益于采礦行業(yè)迫切的轉(zhuǎn)型發(fā)展需求及復合型人才需要，就培養(yǎng)模式而言，要從學校的課程設置出發(fā)，以企業(yè)的實操案例為主題，開發(fā)建設性的學科。人才培養(yǎng)路徑通過完善課程設置、注重實踐教學、提供雙導師的指導，可以培養(yǎng)出具有扎實理論基礎(chǔ)和實踐經(jīng)驗的智能采礦工程專業(yè)人才。同時，參與創(chuàng)新競賽和團隊合作也有利于對學生的創(chuàng)新、實踐、合作等能力進行培養(yǎng)。

3.1 設置完整的課程體系

智能采礦工程專業(yè)人才的培養(yǎng)需要建立一套完整的課程體系，該體系應包括礦業(yè)工程學科的基礎(chǔ)知識以及機械、電子、計算機等多個領(lǐng)域的知識，作為多學科知識融合的模式而存在，注重理論與實踐相結(jié)合，注重培養(yǎng)學生的實際操作能力。該體系應該包括基礎(chǔ)課程、專業(yè)課程和實踐課程，其中，基礎(chǔ)課程包括數(shù)學、物理、化學等，專業(yè)課程包括采礦工程、機械設計、自動化控制等，實踐課程包括實驗、實習、畢業(yè)設計等。依托傳統(tǒng)的采礦理論以及計算機、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興學科的交叉融合，學生可以掌握智能采礦工程的基本理論和技術(shù)知識，培養(yǎng)學生的綜合能力，通過系統(tǒng)的課程學習和實踐訓練，掌握這些技術(shù)和工具的應用，才能成為合格的智能采礦工程師。

紙質(zhì)教材編寫困難，無法適應時代的快速發(fā)展，這時數(shù)字化教材的優(yōu)勢便顯現(xiàn)出來，其不僅能為學生提供多樣化的學習課程，使學生學習到不同領(lǐng)域的知識和技能，還具有與時俱進的快速更迭性，授課教師可以根據(jù)自己的課程體系，引導學生進行多領(lǐng)域的學習，以此來為學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供過硬的學識基礎(chǔ)。因而，高校可以將創(chuàng)新目光轉(zhuǎn)移至數(shù)字平臺——綠色礦山，在國家“雙一流”建設背景下，各培養(yǎng)單位和學科建設一直在強調(diào)將高水平研究成果轉(zhuǎn)化為數(shù)字教學資源，將企業(yè)的實際問題尤其是重要成果以專著的形式出版，將重要案例錄制成視頻，綜合系列成果來形成一套完善的授課體系。

3.2 注重專業(yè)實踐過程

智能采礦工程專業(yè)人才的培養(yǎng)注重專業(yè)實踐，學生應參與到實際的采礦項目中，了解采礦項目的整個流程，掌握項目管理和協(xié)調(diào)能力；智能采礦工程專業(yè)人才的培養(yǎng)注重實踐教學，學生需要通過實驗、實習、畢業(yè)設計等方式，將所學的理論知識應用到實際工作中，提高學生解決問題的能力和實際操作能力以及創(chuàng)新能力。但現(xiàn)實中，課程設置與實踐銜接不夠充分，學生缺乏理論學習后的實踐經(jīng)驗。因此，學?？梢约哟髮嶒炇业拈_放力度，如巖體力學實驗區(qū)、礦山地壓模擬特色與創(chuàng)新實驗區(qū)、采礦工藝實驗區(qū)、爆破工程實驗區(qū)等，培養(yǎng)學生的實踐能力。此外，還應該注重創(chuàng)新實踐，讓學生通過創(chuàng)新實踐了解新技術(shù)的應用和發(fā)展趨勢。

隨著煤礦智能化開采技術(shù)的大面積普及，相關(guān)企業(yè)對智能開采技術(shù)專業(yè)人才將出現(xiàn)大量需求，然而，目前煤礦類院校的智能化開采技術(shù)專業(yè)建設剛剛起步，煤礦類院校需要培養(yǎng)適合現(xiàn)代化煤礦開采的技術(shù)人才，但目前相關(guān)技術(shù)及教學資源匱乏，無法適應新技術(shù)的教學實訓。為滿足采礦工程行業(yè)對智能采礦工程專業(yè)人才的需求，礦業(yè)特色高?？勺鳛橹悄懿傻V工程師培養(yǎng)的重要基地，開發(fā)煤礦智能開采的教學實訓系統(tǒng)，直接利用教學實訓系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)、視頻、語音三網(wǎng)相容技術(shù)模擬對礦產(chǎn)開采基本情況的實時監(jiān)管、動態(tài)監(jiān)控，實現(xiàn)礦井三維可視化，讓學生驗證自己的想法，找出不足之處并發(fā)展創(chuàng)新，從而提升學生的創(chuàng)新能力。

3.3 構(gòu)建雙導師培養(yǎng)模式

創(chuàng)新驅(qū)動的本質(zhì)是人才驅(qū)動，為了培養(yǎng)出符合時代背景的智能采礦人才，在培養(yǎng)模式方面可以采用雙導師制：專業(yè)導師注重解決學術(shù)問題，校外導師注重解決實際問題，以學生為本體，以導師為輔助，二者相互配合，這種方式既面向全體學生，又十分重視個性化發(fā)展需求，符合新時代高等教育的發(fā)展要求。此模式既注重引導學生實現(xiàn)自身思維能力的提高，同時兩位導師又能夠在各個方面給予適當支持，幫助學生確立學習方向，促使學生得到全面發(fā)展，并且針對每個學生的個性特點和實際情況，制訂適當?shù)闹笇Х桨负团囵B(yǎng)計劃，同時導師要不時分配一些任務，鼓勵學生在規(guī)定的時間內(nèi)取得一定的創(chuàng)新成果，這種壓力有利于學生創(chuàng)新能力的發(fā)展。

專業(yè)導師：智能采礦工程專業(yè)人才培養(yǎng)需要有專業(yè)導師的指導。導師應是具有豐富實踐經(jīng)驗和科研成果的專家，能夠為學生提供指導和幫助。通過與導師的交流和合作，學生可以更好地掌握智能采礦工程的理論和技術(shù)知識。新型教學模式下的專業(yè)導師也會將科研項目引入課堂教學和課外實踐中，讓學生在學習后可以進行二次開發(fā)和創(chuàng)新，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

校外導師：智能采礦工程專業(yè)人才培養(yǎng)需要注重實踐教學，這意味著需要校外兼職導師的指導。校外兼職導師具有豐富的工作經(jīng)驗，掌握著現(xiàn)代化采礦設備的使用方法和維護技術(shù)，了解采礦現(xiàn)場的實際情況，能指導學生參與實際采礦工作。此外，校外導師還注重實驗教學，讓學生通過實驗了解各種采礦設備的工作原理和性能特點，在此基礎(chǔ)上鍛煉學生的實踐操作能力。

3.4 培養(yǎng)個體創(chuàng)新能力

智能采礦工程專業(yè)人才需要注重創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，而創(chuàng)新思維的培養(yǎng)需要學?；?qū)煱l(fā)揮引領(lǐng)作用。在授課過程或者課程設計中注重思維訓練，以此來培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識。此外，也可以鼓勵學生參加創(chuàng)新競賽，創(chuàng)新競賽可以是學校組織的，也可以是企業(yè)或政府組織的，如“挑戰(zhàn)杯”大賽、學科大賽、創(chuàng)新基金項目的申報以及各類學術(shù)論壇等，通過鼓勵學生參加競賽提升學生自主學習的興趣、探究問題的能力，以此來激發(fā)學生的科研興趣和創(chuàng)新活力，鍛煉團隊合作能力和創(chuàng)新思維能力。創(chuàng)新競賽作為培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的有效途徑，目前被各大高校所青睞，因此創(chuàng)新競賽的普及程度越來越高，各高校依托學科競賽改革傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式，優(yōu)化學生培養(yǎng)體系，實現(xiàn)以賽促學的規(guī)劃目標。根據(jù)學科競賽特點成立的各種社團也越來越多，如編程、智慧礦山、Java 項目開發(fā)等社團，社團自行組織的交流學習可幫助學生了解、補充競賽所需的基本知識和技能，增強專業(yè)學科技能，使學生具備更深厚的知識和更全面的能力。

智能采礦工程專業(yè)人才培養(yǎng)需要注重實踐創(chuàng)新，通過實踐來激發(fā)其創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。實踐經(jīng)驗是多樣化的，可以是在企業(yè)實習、工作，也可以是在學校參加實驗、畢業(yè)設計等。此外，還應該注重創(chuàng)新成果的轉(zhuǎn)化，將創(chuàng)新成果應用到實際的項目中，用激勵手段刺激學生創(chuàng)作，激勵本質(zhì)上是為了督促學生的進步，通過物質(zhì)上或精神上給予一定的獎勵，如設置校級省級獎學金的獎項以及直博的資格以保持或激勵其創(chuàng)新精神。創(chuàng)新活動要想進行下去，離不開經(jīng)濟上的資助，為支持學生創(chuàng)新，學校可設置特殊科研費用，讓學生申請以開展活動?？傊?，智能采礦工程專業(yè)人才的培養(yǎng)和創(chuàng)新能力的提高是礦業(yè)行業(yè)發(fā)展的重要方向，參與創(chuàng)新競賽可以提高學生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)出具有較高素質(zhì)的智能采礦工程專業(yè)人才，為礦業(yè)發(fā)展做出更大的貢獻。

3.5 培養(yǎng)團隊合作能力

合作能力是指個人在團隊中與他人協(xié)作完成任務的能力，團隊的成功與否與個體的合作能力緊密相關(guān)，合作也是激發(fā)學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的重要方式之一。常見的培養(yǎng)學生合作能力的方式有團隊項目、合作學習、團隊建設、導師指導等。團隊項目是指讓學生在團隊中學習如何與他人協(xié)作，如何分工合作，如何溝通和解決問題；合作學習是學生在課堂上采用小組討論、合作學習等方式，在小組中互相學習、互相幫助，培養(yǎng)他們的合作能力；團隊建設是通過團建活動，如戶外拓展、團隊游戲等，讓學生在游戲中體驗團隊合作的重要性，培養(yǎng)他們的合作能力；導師指導是發(fā)揮導師的關(guān)鍵作用，通過指導學生參與科研項目、競賽等方式，讓學生與他人協(xié)作，培養(yǎng)他們的合作能力。這些方式可以有效培養(yǎng)學生的合作能力，提高他們在團隊中的協(xié)作能力和領(lǐng)導能力，為后續(xù)的實踐研發(fā)以及開發(fā)創(chuàng)新奠定堅實的基礎(chǔ)。

當然，智能采礦工程專業(yè)人才更需要參與科研項目，通過科研項目的實踐，提高自己的合作能力及研發(fā)創(chuàng)新能力。科研項目可以是企業(yè)委托的項目，也可以是學?；蛘M織的項目，通過參與科研項目，學生可以了解最新的技術(shù)和發(fā)展趨勢，鍛煉合作能力并提高自己的創(chuàng)新能力。學生在科研或者解決問題的過程中，可以把自己的問題及時與團隊里的其他成員進行溝通，通過團隊的合作來共同解決這些難題。團隊的不同成員之間會存在不同的立場、不同的聲音、不同意見的交流與交融，只有經(jīng)歷這一歷程才能碰撞出新的創(chuàng)新想法。思想文化的多元性發(fā)展主要源于思維的活躍，突破思維定式是創(chuàng)造或者創(chuàng)新的重要路徑，即突破習慣性思維，激發(fā)否定性與批判性思維，從而產(chǎn)生新的思維，通過討論的形式進行團隊的合作會產(chǎn)生新思想和新方法。當然，合作的寬度可以延伸至其他學科，或者拓展到新興學科，如地質(zhì)、機械、電氣、信息等專業(yè)，只有合作的寬度廣，才能高效地解決問題，提升學生的能力。合作能力是智能采礦工程專業(yè)人才能力培養(yǎng)中的重要一環(huán)，培養(yǎng)好學生的合作能力不僅有利于學生的發(fā)展，還有利于國家創(chuàng)新能力的發(fā)展。