煤礦智能化建設(shè)背景下采礦專業(yè)研究生培養(yǎng)模式改革與探索

張錦旺，楊勝利，張俊文

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）能源與礦業(yè)學(xué)院，北京 100083）

煤炭工業(yè)作為國(guó)家基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中處于主導(dǎo)地位。自國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局、應(yīng)急部、教育部等8 部委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》以來，我國(guó)煤礦智能化發(fā)展進(jìn)程迅速推進(jìn)，近年來煤炭行業(yè)對(duì)智能采礦人才的需求日趨增加[1]。煤礦行業(yè)正經(jīng)歷著由綜合機(jī)械化開采向智能化無人化開采邁進(jìn)的技術(shù)革命，煤礦行業(yè)的各大科研單位、裝備制造企業(yè)、工礦企業(yè)均紛紛成立煤礦智能化研發(fā)機(jī)構(gòu)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)大型礦山企業(yè)如中煤科工集團(tuán)、鄭煤機(jī)集團(tuán)、兗礦集團(tuán)、山東能源集團(tuán)和棗礦集團(tuán)等先后成立煤礦智能化研究機(jī)構(gòu)。此外，華為、三一重裝、中信重工、聯(lián)想集團(tuán)、?？低暫腿筮\(yùn)營(yíng)商等行業(yè)外企業(yè)近年來也相繼成立煤礦智能化事業(yè)部，由此催生了對(duì)煤礦智能化人才的巨大需求。

智能采礦[2]是在礦山數(shù)字化和信息化之后提出的新概念，是指在礦床開采中，以開采環(huán)境數(shù)字化、采掘裝備智能化、生產(chǎn)過程遙控化、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化和經(jīng)營(yíng)管理信息化為特質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)安全、高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保為目標(biāo)的采礦工藝過程。高素質(zhì)的礦業(yè)人才是實(shí)現(xiàn)智能采礦、推進(jìn)礦山信息化的主導(dǎo)踐行者。高等院校作為高等礦業(yè)人才的主要來源，在提供智能采礦人才儲(chǔ)備，培養(yǎng)服務(wù)智能采礦行業(yè)人才方面義不容辭。

智能采礦的建設(shè)要求培養(yǎng)具備采礦、計(jì)算機(jī)、數(shù)字地質(zhì)、機(jī)械設(shè)備制造與控制和管理知識(shí)的復(fù)合型高端人才[3]。據(jù)調(diào)研顯示，截止到2023 年，包括中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）在內(nèi)的10 余所礦業(yè)類高校已開設(shè)或擬開設(shè)智能采礦工程本科專業(yè)，每年招生人數(shù)在30～60 人不等；但目前智能采礦研究生培養(yǎng)模式各高校尚在探索之中，考慮到煤礦智能化建設(shè)的進(jìn)一步推進(jìn)，未來對(duì)智能采礦相關(guān)背景的碩士、博士高學(xué)歷人才需求必將有增無減。在中國(guó)知網(wǎng)中以“智能”與“礦”作為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，顯示2018 年以后智能采礦相關(guān)研究趨熱，相關(guān)主題的碩士、博士學(xué)位論文發(fā)表數(shù)量快速增加，如圖1 所示，因此探索行之有效的智能采礦方面研究生培養(yǎng)模式勢(shì)在必行。

圖1 智能采礦相關(guān)的碩、博士學(xué)位論文數(shù)量

一 智能采礦方向研究生培養(yǎng)模式現(xiàn)狀及存在的問題

國(guó)內(nèi)高校最早于2018 年左右在采礦工程專業(yè)范疇下開始設(shè)立智能采礦班或智能采礦方向[4]，到2022 年左右第一批具有智能采礦相關(guān)學(xué)習(xí)經(jīng)歷的本科生已開始面臨就業(yè)選擇。考慮到目前煤礦企業(yè)對(duì)高學(xué)歷人才的需求，這其中有相當(dāng)一部分本科畢業(yè)生選擇繼續(xù)讀研深造，增加自己在智能采礦方面的科學(xué)研究和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。2021年，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）、安徽理工大學(xué)作為我國(guó)第一批設(shè)立智能采礦工程專業(yè)的高校，正式開始招生，因此國(guó)內(nèi)最早的智能采礦工程本科生將于2025 年畢業(yè)。智能采礦工程專業(yè)作為一門交叉性很強(qiáng)的學(xué)科[5]，涵蓋了智能采掘、智能監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)定位、通信傳輸、物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)和數(shù)據(jù)分析等各方面的各個(gè)技術(shù)。在中國(guó)知網(wǎng)以“智能”和“礦”為主題詞搜索的學(xué)術(shù)論文中，涉及最多的學(xué)科前3 位分別是礦業(yè)工程（38.67%）、自動(dòng)化技術(shù)（22.84%）、計(jì)算機(jī)軟件及計(jì)算機(jī)應(yīng)用（6.45%），此外，與電力工程、工業(yè)通用技術(shù)及設(shè)備、電信技術(shù)等學(xué)科也有較多交叉，如圖2 所示。

圖2 智能采礦相關(guān)論文學(xué)科分布餅狀圖

智能采礦專業(yè)的本科教學(xué)更多的是介紹各個(gè)學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，研究生階段的培養(yǎng)應(yīng)當(dāng)著眼于學(xué)生的科研素養(yǎng)與實(shí)踐能力的培養(yǎng)，為我國(guó)煤礦行業(yè)培養(yǎng)合適的具有科研創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力的智能采礦高層次人才；但就目前來說，我國(guó)煤炭類高等院校采礦工程相關(guān)研究生培養(yǎng)方案在培養(yǎng)高層次智能采礦人才方面尚有以下不足之處。

（一）智能采礦相關(guān)研究生課程體系尚不完善

當(dāng)前礦業(yè)類研究生的課程設(shè)置體系普遍以高等采礦學(xué)與礦壓理論為核心，基于碩士生基礎(chǔ)外語、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和線性代數(shù)培養(yǎng)學(xué)生的科研能力，通過專業(yè)必修課與選修課讓學(xué)生了解行業(yè)前沿科技成果與研究方向，基于公共選修課讓學(xué)生選擇符合自己的研究方向進(jìn)一步了解相關(guān)知識(shí)。目前基礎(chǔ)課程疊加的教學(xué)方式對(duì)于智能采礦相關(guān)的交叉學(xué)科課程融合滲透性弱，不利于培養(yǎng)研究生的交叉學(xué)科視野與復(fù)合思維模式；另外，目前的課程設(shè)置很難讓學(xué)生做到智能采礦相關(guān)理論與實(shí)踐結(jié)合，學(xué)生往往是知其然不知其所以然，不利于提高研究生的理論創(chuàng)新與應(yīng)用實(shí)踐能力。

（二）課程質(zhì)量及考核方式有待完善

一方面，目前的研究生課程集中在一年級(jí)，課程設(shè)置較密集，同時(shí)課程普遍以純理論為主，很少有課程依托實(shí)際項(xiàng)目介紹交叉學(xué)科內(nèi)容，缺乏為學(xué)生梳理不同學(xué)科知識(shí)點(diǎn)并提供跨學(xué)科研究的思路與方法；另一方面，當(dāng)前礦業(yè)類研究生的課程考核方式普遍以期末論文的方式進(jìn)行考核，很少存在過程性考核，更遑論課程設(shè)計(jì)、展示、課程測(cè)驗(yàn)等過程，這就導(dǎo)致很多研究生對(duì)課程內(nèi)容掌握不足，更不能基于專業(yè)知識(shí)做出學(xué)術(shù)創(chuàng)新。

（三）智能采礦相關(guān)跨專業(yè)師資力量薄弱

在現(xiàn)行培養(yǎng)體系中，導(dǎo)師是研究生的直接負(fù)責(zé)人，在最大程度上影響著研究生的培養(yǎng)力量。在智能采礦研究相關(guān)的研究生培養(yǎng)中，由于大部分導(dǎo)師往往是傳統(tǒng)采礦工程專業(yè)出身，對(duì)機(jī)械、計(jì)算機(jī)等其他學(xué)科的專業(yè)知識(shí)同樣存在不了解和無法熟練應(yīng)用等問題，導(dǎo)致了研究生需要花費(fèi)大量時(shí)間了解其他行業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)，不利于研究生創(chuàng)新意識(shí)與交叉能力的培養(yǎng)。

（四）交叉學(xué)科融合性有待進(jìn)一步深入

智能采礦相關(guān)研究最大的難點(diǎn)就在于交叉學(xué)科研究的復(fù)雜性[6]；目前礦業(yè)工程的研究生培養(yǎng)體系中，智能采礦涉及的各學(xué)科很難有組織有目的地交叉融合。目前的研究生課程涉及其他專業(yè)知識(shí)的講授時(shí)通常簡(jiǎn)單地雜糅或疊加，使得不同專業(yè)知識(shí)滲透性差、關(guān)聯(lián)性差，不利于培養(yǎng)學(xué)生在研究生階段利用多學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)解決復(fù)雜問題的能力。

二 智能采礦方向研究生生源及流向分析

針對(duì)目前我國(guó)智能采礦相關(guān)專業(yè)的設(shè)置現(xiàn)狀及采礦工程研究生生源基本來源，繪制智能采礦相關(guān)本-碩-博生源及流向示意圖，如圖3 所示。

圖3 智能采礦相關(guān)本-碩-博生源及流向示意圖

由圖3 可知，從事智能采礦相關(guān)研究的研究生往往擁有不同的專業(yè)背景，針對(duì)不同的專業(yè)背景設(shè)計(jì)靈活的培養(yǎng)模式，最大化不同學(xué)科背景的生源優(yōu)勢(shì)，培養(yǎng)具有較強(qiáng)科研創(chuàng)新與工程實(shí)踐能力的研究生是目前智能采礦相關(guān)研究生培養(yǎng)體系的改革重點(diǎn)。因此有必要對(duì)當(dāng)前從事智能采礦相關(guān)研究的研究生生源進(jìn)行分類，從而尋找適應(yīng)于不同專業(yè)背景的研究生培養(yǎng)模式。根據(jù)圖3 示意，下文對(duì)采礦工程專業(yè)、智能采礦工程專業(yè)、其他專業(yè)（安全工程、城市地下空間工程等）三個(gè)主要生源來源專業(yè)在智能采礦相關(guān)研究生階段的學(xué)習(xí)特點(diǎn)及未來流向進(jìn)行分析。

（一）采礦工程專業(yè)

由圖3 及相關(guān)文獻(xiàn)[7]可知，碩士階段從事與智能采礦相關(guān)研究的研究生本科主要畢業(yè)于傳統(tǒng)采礦工程學(xué)科，針對(duì)傳統(tǒng)采礦工程培養(yǎng)體系下畢業(yè)的研究生，其從事智能采礦相關(guān)研究的最大痛點(diǎn)是對(duì)涉及的控制技術(shù)、算法基礎(chǔ)與機(jī)器學(xué)習(xí)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等專業(yè)知識(shí)的了解，僅僅依靠網(wǎng)絡(luò)資源自學(xué)，研究生很難建立起全盤的學(xué)科視野與系統(tǒng)扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，更遑論做出基于學(xué)科交叉的科研創(chuàng)新與工程實(shí)踐。

（二）智能采礦工程專業(yè)

自2018 年以來，陸續(xù)有高校在傳統(tǒng)采礦工程專業(yè)的基礎(chǔ)上，嘗試開設(shè)智能采礦班，例如2018 年中國(guó)礦業(yè)大學(xué)開設(shè)“智能采礦特色班”、2019 年西安科技大學(xué)開設(shè)“智能開采特色班”、2020 年中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）開設(shè)“智能開采課組”，隨后2021 年教育部正式批準(zhǔn)“智能采礦工程”作為普通高等學(xué)校新增本科專業(yè)之一[8]，因此目前部分智能采礦特色班的本科畢業(yè)生已經(jīng)考取研究生繼續(xù)深造并選擇智能采礦相關(guān)主題作為研究方向。這部分研究生由于在本科期間涉及了諸如機(jī)器人技術(shù)概論、物聯(lián)網(wǎng)概論等相關(guān)課程知識(shí)，這對(duì)他們?cè)谘芯可陂g從事智能開采相關(guān)的研究有很大幫助。

（三）其他學(xué)科專業(yè)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，從其他專業(yè)學(xué)科跨考進(jìn)入采礦工程（或礦業(yè)工程）研究生的生源，主要包括安全工程、礦物資源加工工程等，還有部分學(xué)生本科階段專業(yè)是城市地下空間工程和機(jī)械設(shè)計(jì)制造和自動(dòng)化；針對(duì)這部分研究生，其從事智能采礦相關(guān)研究的最大困難主要在于本科階段的學(xué)習(xí)缺乏對(duì)采礦行業(yè)的整體認(rèn)知、難以抓住煤礦行業(yè)痛點(diǎn)、不能結(jié)合工程實(shí)踐解決實(shí)際問題等。

三 智能化建設(shè)背景下采礦專業(yè)研究生培養(yǎng)模式改革舉措

針對(duì)智能采礦專業(yè)存在的培養(yǎng)體系不完善、考核方式單一、跨專業(yè)師資力量薄弱等問題，結(jié)合不同的生源類型面臨的不同專業(yè)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)靈活可行的培養(yǎng)方案，提出了如下改革舉措。

（一）課程體系的優(yōu)化與調(diào)整

智能采礦研究生培養(yǎng)課程體系要求研究生在積累不同專業(yè)知識(shí)的過程中，還要注重不同學(xué)科知識(shí)的聯(lián)系，構(gòu)建基于不同學(xué)科專業(yè)知識(shí)的知識(shí)體系，形成自己的學(xué)術(shù)思想；基于這種需求，研究生階段的課程體系應(yīng)當(dāng)在全面與精簡(jiǎn)、難度與數(shù)量之間達(dá)到平衡；教育心理學(xué)中耶克斯-多德森定律[9]發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效率隨著任務(wù)復(fù)雜程度的升高而快速降低。因此，難度適中的課程設(shè)置有利于研究生對(duì)專業(yè)知識(shí)的高效學(xué)習(xí)與掌握，高質(zhì)量且難度適中的研究生課程是研究生結(jié)合工程實(shí)踐、進(jìn)行學(xué)術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵。以智能采礦相關(guān)的碩士生課程高等采礦學(xué)為例，該課程應(yīng)當(dāng)高度整合圍繞共同研究主題的多學(xué)科知識(shí)，通過對(duì)具體的工程實(shí)際問題的解決方法的探究，讓學(xué)生快速掌握知識(shí)脈絡(luò)，全面地了解多學(xué)科的知識(shí)體系及學(xué)習(xí)方法，在授課教師的幫助下對(duì)各學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)可以做到自行梳理和理解。

（二）課程教學(xué)方式與考核方式多元化

基于智能采礦專業(yè)與實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用結(jié)合緊密的特點(diǎn)，研究生專業(yè)課程的教學(xué)需要結(jié)合實(shí)際礦井的智能采礦裝備與相關(guān)項(xiàng)目來幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系[10]。一方面，授課教師在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)結(jié)合大量的智能礦山建設(shè)具體工程案例，在講解知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)兼顧其在工程中的實(shí)際應(yīng)用；另一方面，研究生課程內(nèi)容應(yīng)當(dāng)緊跟人工智能相關(guān)學(xué)科前沿與行業(yè)發(fā)展。在智能化背景下的研究生課程需要隨時(shí)關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)、深度學(xué)習(xí)等前沿技術(shù)的應(yīng)用，關(guān)注行業(yè)智能化發(fā)展需求，及時(shí)更新課程體系；同時(shí)，為了使學(xué)生盡快鞏固與消化課堂知識(shí)，多元化的課后作業(yè)、課程設(shè)計(jì)、課堂測(cè)試、期末論文與課堂展示環(huán)節(jié)在研究生課程階段同樣是必要的，這要求以學(xué)生為主體構(gòu)建課程、教師、資源與教學(xué)考核的有機(jī)融合，從而培養(yǎng)高素質(zhì)智能采礦類研究生人才。

（三）跨學(xué)科師資力量整合

基于智能采礦的多學(xué)科交叉融合的特點(diǎn)，不同生源的研究生往往需要補(bǔ)強(qiáng)完全不同的學(xué)科知識(shí)與專業(yè)能力；基于不同生源研究生的不同課程需求，簡(jiǎn)單的跨學(xué)科教師團(tuán)隊(duì)的交叉融合很難在一兩門課程中覆蓋大部分學(xué)生的專業(yè)知識(shí)需求。同時(shí)，由于目前大部分高校往往只在研究生一年級(jí)密集設(shè)置課程，導(dǎo)致學(xué)生在研究生一年級(jí)時(shí)疲于應(yīng)付繁雜的課程而無力開展對(duì)研究方向的探究，在研究生二年級(jí)真正開展研究時(shí)又缺乏相關(guān)專業(yè)知識(shí)不得不花費(fèi)大量時(shí)間自學(xué)其他專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。針對(duì)這種情況，可以考慮在研究生階段放開年級(jí)與專業(yè)的限制，在研究生一年級(jí)學(xué)生只需要修習(xí)部分高質(zhì)量必修課，其余課程可以在由學(xué)生自行了解并在導(dǎo)師推薦下結(jié)合自己研究方向，選學(xué)各個(gè)學(xué)院不同專業(yè)的高質(zhì)量專業(yè)課程，這種方式可以整合各個(gè)專業(yè)的高質(zhì)量師資力量，充分發(fā)揮研究生個(gè)人的主觀能動(dòng)性，但對(duì)研究生總體排課與學(xué)校課程資源提出了較高的要求。

四 結(jié)束語

隨著煤礦智能化進(jìn)程的發(fā)展，對(duì)我國(guó)智能采礦研究生的培養(yǎng)也提出了更高的要求。為了培養(yǎng)智能采礦研究生的科研創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力，本文針對(duì)目前的采礦專業(yè)研究生培養(yǎng)模式普遍的問題，基于生源情況提出了優(yōu)化研究生課程體系、改革課程教學(xué)與考核方式、整合跨學(xué)科師資力量等改革舉措，使智能采礦相關(guān)研究方向的研究生更好具備學(xué)術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐能力。