智能采矿本科教育人才培养模式探索

张俊文，杨胜利

我国煤炭工业正处于全面深化改革、产业转型升级、实现高质量发展的关键时期［1］。煤矿智能化开采是综合机械化发展的更高阶段，是推动煤炭工业高质量发展的重要方式，是煤炭生产力和生产方式革命的新方向。煤矿智能化建设对构建“智能+绿色煤炭工业”新体系，实现煤炭资源的智能、安全、高效、绿色开发与低碳、清洁、高效利用，促进煤炭工业高质量发展具有重要意义［2］。我国的智能开采已进入了示范引领阶段，它要求煤矿工人能够运用现代信息技术和智能化装备独立地完成煤炭开采任务，在生产中扮演规划者、决策者、协调者等角色。这对采矿工程专业人才培养提出了新要求、新挑战，迫切需要高校培养能够适应智能采矿方向的专业人才，并构建相对应的人才培养模式。

一、创新智能采矿本科教育人才培养模式的现实需求

1.推动煤炭产业升级，培养服务智能采矿行业人才

煤炭是我国的基础能源及工业原料，在能源体系中发挥着兜底和基础保障作用。2020年我国一次能源消费总量为34.96 亿吨油当量，煤炭占56.3%，预计2030年仍占50%以上，而且以煤炭为主体的能源结构在相当长的一段时间内不会改变。当前，我国煤炭工业正处于转型升级的关键时期，其中煤矿智能化被列为十四五科技创新重点攻关方向。煤炭智能开采是推进煤炭生产方式和发展模式深层次变革的重要方式，是实现煤炭工业高质量发展的必由之路，是行业应对资源约束和安全挑战的战略选择［3］。我国煤炭开采先后经历了人工落煤、炮采、普通机械化开采、综合机械化开采共四个发展时期，目前主要以综合机械化开采为主。从学生就业范围来看，煤炭企业主要以传统采矿工程专业为主，其它专业学生很少到煤炭一线中去，煤炭企业人才流失严重，煤炭高等院校采矿工程专业招生困难，煤炭采掘一线招工问题凸显。在新的煤矿智能化建设的历史阶段，我国人工智能产业人才总量严重不足，高端数据专家严重匮乏，相关高校的师资配备、配套教材、实验室建设、实践实习基地建设明显不足。以上种种问题造成了煤矿建设智能化人才的严重缺乏，成为煤矿智能化快速发展的一大痛点。因此，探索人才培养模式，打造一支胜任智能采矿的复合型专业人才队伍是推动煤炭产业升级的根本保障。

2.实施国家政策驱动，保障煤炭工业高质量发展

2020年2月25日，国家发展改革委、国家能源局、应急部、国家煤矿安监局、工业和信息化部、财政部、科技部、教育部联合印发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，提出了2021年、2025年、2035年三阶段煤矿智能化推进目标：“到2021年，建成多种类型、不同种类的智能化示范煤矿，初步形成煤矿开拓设计、地质保障、生产、安全等主要环节的信息化传输、自动化运行，基本实现掘进工作面减人提效、综采工作面少人或无人操作、井下和露天煤矿固定岗位的无人值守和远程监控。”在国家政策驱动下，各矿业集团公司纷纷开启了不同类型的智能化煤矿建设，如目前国家能源集团已建成常态化运行智能采煤工作面41 处、智能掘进工作面16 处、智能选煤厂10 处。同时，国家能源集团正在全面推广煤矿智能化技术，积极推进煤矿智能化建设，计划到2021年底实现85%覆盖率。其它矿业集团公司同样如此。截止2021年底，全国已建成687 个煤矿智能采掘工作面，形成了涵盖薄、中厚、厚煤层的智能化开采应用体系，初步构建了“有人巡视、无人操作”的智能开采工作新模式［4］。

3.加强产业创新融合，构建煤炭开采发展新格局

智能化煤矿需要将地质精准探测、自动控制、5G 通信、互联网、大数据、人工智能、智能传感、光电芯片、物联网、云计算等与煤炭开采技术及装备进行深度融合，形成自主感知、智能分析决策、深度学习、动态预测预警、实时高效互联、精准协同控制的煤矿智能系统，实现矿井地质保障、煤炭开采、巷道掘进、安全保障、通风、运输、排水、供电、洗选、生产经营管理等全过程的安全高效智能运行，真正达到无人化开采。其智能要素主要体现为自主感知、自主决策、自主控制、自主协同、自主交互［5］。如阳煤集团初步建设的井上、井下5G 专网，可满足远程超低时延操控、超高清视频同传及工业控制类场景对网络传输的要求，为实现“5G+智能采煤”“5G+智能掘进”“5G+智能巡检”等相关应用奠定了基础。煤矿智能化建设涉及面广、交叉性强，需要多行业、多产业、多学科协同创新，互联互通，并在共同解决煤矿智能化发展面临的重大科学问题与技术难题的基础上实现平等互利与合作共赢。同时，我国的煤矿智能化建设要融入全球科技创新网络，积极拓展合作空间，建立更加高效协同的煤矿智能化创新体系，解决卡脖子问题，不断提升自身的核心竞争力。

二、智能采矿本科教育人才培养模式的创新要素

1.培养目标：以能力为核心的复合型人才

根据《教育部关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》有关要求，人才培养需紧紧围绕“全面提高人才培养能力”这个核心点，加快形成高水平人才培养体系。智能采矿本科专业是一个新型专业，交叉了采矿工程、人工智能、自动控制、计算机、电力电子等专业的知识，因此在人才培养方面仍需不断探索及创新。根据智能采矿人才培养创新需求，高校应基于OBE 理念，加强以通识教育为基础的人才培养，凸显“能力”的核心地位，培养具有“通识基础、专业素质、创新思维、实践能力、全球视野、社会责任”综合特质、能够引领未来的复合型专业精英。具体来讲，智能采矿专业的毕业生，其通识基础要厚实，具备多学科基础理论和科学素养；专业素质要扎实，具备多学科专业知识和工程素养；创新思维要敏捷，具备多学科交叉融通和创新能力；实践能力要强化，能够理论联系实际，具备能够解决实际问题的能力；全球视野要开阔，能够中西融合，具备国际交流和沟通能力；社会责任要加强，践行不忘初心，具备责任担当和社会使命。

2.培养内容：构建符合智能采矿知识逻辑的课程体系

智能采矿专业的交叉性强，知识结构复杂，其课程体系要区别于传统采矿工程专业，课程设置要取得一定的突破。智能采矿课程应由符合“智能感知—智能决策—智能控制”知识逻辑结构体系的课程及“智能+学科”两部分构成［6］。智能感知、决策及控制类可归结于专业基础课程。其中，智能感知类课程应包含现代地质学、现代测量及定位等；智能决策类课程应包含人工智能、计算机编程、传感器与检测技术、数据库技术等；智能控制类课程应包含机器人技术、自动控制原理、互联网技术、机械原理等。“智能+学科”类课程，即是在传统采矿工程专业课程的基础上增加智能类应用的章节，形成如“开采学+智能”“矿山压力与岩层控制+智能”“井巷工程+智能”等课程体系。除此在外，在课程设计、毕业设计、实验实习、创新创业等环节均增加智能类设计或控制等环节。

3.培养过程：严格本科教育教学过程管理

《教育部关于狠抓新时代全国高等学校本科教育工作会议精神落实的通知》中强调：“严管、严抓教学秩序，加强课堂教学管理；合理提升学业挑战度、增加课程难度、拓展课程深度，切实提高课程教学质量，加强学习过程管理，增加过程考核成绩在课程总成绩中的比重；加强对毕业设计选题、开题、答辩等环节的全过程管理，对形式、内容、难度进行严格监控，切实提高毕业论文（设计）质量。综合应用笔试、口试、非标准答案考试等多种形式，全面考核学生对知识的掌握和运用。”因此对于智能采矿专业，应加强教育教学中的过程管理，鼓励学生参加社会实践、科学研究、创新创业、竞赛活动等，积极引导学生自我管理、主动学习，激发求知欲望，提高学习效率，提升自主学习能力；强化创新创业实践，搭建大学生创新创业与社会需求对接平台，发挥“互联网+”大赛引领推动作用，提升创新创业教育水平；鼓励符合条件的学生参加职业资格考试，支持学生在完成学业的同时，获取多种资格和能力证书，增强创业就业能力。目前，中国矿业大学（北京）智能采矿专业全员学生参加社会实践、科学研究、创新项目训练及各种竞赛活动，其综合能力得到了明显提升。其中竞赛活动主要有“全国高等学校采矿工程专业学生实践作品大赛”“挑战杯首都大学生课外学术科技作品竞赛”“大学生创新创业大赛”“全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛”“采矿与安全知识竞赛”等。

4.培养评价：强调以能力为主的评价机制

教育评价是以教育目标为依据，运用有效的评价技术和手段，对教育活动的过程和结果进行测定、分析、比较，并给以价值判断的过程。智能采矿专业人才培养目标强调以多种能力为核心的复合型专业精英，重视培养他们自主学习的能力，形成多学科交叉的复合型知识结构，因此要建立基于综合能力的评价机制。评价要素不仅仅是学生的学业能力，还应包括自主学习能力、社会实践能力、创新能力等，因此在评价体系上应让学校、行业、社会及师生共同完成。学生学业考核时，除了传统的“出勤+试验+作业+期中+期末考试”外，还可增加论文、答辩等评价形式。为提高学生的自主学习能力、文献查阅能力、团队合作能力、语言表达能力、知识查新能力、创新能力、自我管理能力、分析解决问题能力、批判性思维能力等，笔者提出了“协同式任务导向教学模式”［7］。该模式改革了传统的试卷评定成绩方式，取而代之为“课堂讲解+讲稿+科技论文”的综合评定方式。课堂讲解内容的准确性、知识范围把握及学生“翻转课堂”时的声音、教姿、板书、节奏感、内容熟练性、连贯性、语言表达、互动性等评价指标占总成绩的50%；每一成员撰写的讲稿占20%；科技论文占30%。科技论文采用答辩的形式，每个学生将自己撰写的论文在上交时参加答辩。对于优秀论文，推荐在科技期刊发表。行业评价可依据学生的实习实践综合表现进行评定；社会评价可根据学生的社会实践表现、创业创新等进行评定。

三、智能采矿本科教育人才培养模式的创新路径

1.构建智能采矿产学合作协同育人创新体系

如前所述，煤矿智能化建设是国家发改委等八部委提出的重要指导意见，各大企业率先开展了煤矿智能化建设并取得了一定成效，当前企业的煤矿智能化建设及规划远远超过了高校智能采矿专业的人才培养的能力。截止2021年底，中国矿业大学（北京）和安徽理工大学首批获准新增智能采矿本科专业，其它煤炭高校设置了煤矿智能化研究方向。智能开采专业的本科招生也仅是在2020年开始，2024年才会有首批毕业生投入到煤矿的智能化建设大潮中。因此，智能采矿专业的毕业生目前是企业急需、行业急待。而且，智能采矿的人才培养须采用产学合作协同育人创新模式：将智能矿山企业的最新进展及行业对人才培养的最新需求融入到教学过程，以完善更新教学内容及课程体系；共建智能采矿试验及实习基地，提高实践教学质量；企业支持构建创新创业教育课程体系及项目转化平台，提高学生的科技创新能力；设立煤矿智能化创新联合基金项目，支持学生进行创新创业实践。

2.健全智能采矿创新创业教育体系

习近平总书记强调：“创新是社会进步的灵魂，创业是推动经济社会发展、改善民生的重要途径。青年学生富有想象力和创造力，是创新创业的有生力量。”［8］加强创新创业教育，是推进高等教育综合改革、提高人才培养质量的重要举措。智能采矿是一个多学科交叉融合的新专业，具有难度系数高、交叉性强、挑战性大、创新点多等特点，对于培养学生的创新创业能力有较强的示范作用。中国矿业大学（北京）采矿工程专业学生全员参与大学生创新创业项目，目前形成的举措是：全员以3～5 名同学为小组，开展为期1+3 学期的“科研选题训练”+“大学生创新训练”。同时，为更好地发挥学生积极性及创新能力，团队教师将自己的科研课题向本科生开放，学生可根据自己的兴趣及导师研究方向自由组队、自主选择导师，自由探索，提升学生的创新活力。除此之外，学生积极参加“互联网+大学生创新创业大赛”等，学生的创新积极性及创新能力得到了明显提升。

3.深化智能采矿工程教育国际交流与合作

国家倡导的新工科工程教育要深化国际交流与合作，积极引进国外优质工程教育资源，组织学生参与国际交流、到海外企业实习，拓展学生的国际视野，提升学生全球就业能力［9］。中国矿业大学（北京）的做法是：在原专业的基础上，深入推进智能采矿专业国际教育交流领域的务实合作，加大人才培养的国际交流合作力度，提升学生参与国际交流合作的比例，畅通人才培养国内国际循环；继续实施“双一流”本科拔尖人才培养国际班项目，增加中外合作办学项目、创新型人才国际合作培养项目；筹建“英国高等教育文凭”项目、“国际通识教育课程项目和留学培训基地”项目等；力争完成继续教育终身学分银行、课程认证等制度建设。目前，我校首批国际班28 人已完成学业顺利回国，2020年遴选64 人进入国际班。另外，中国矿业大学（北京）制定并发布了《港澳台侨学生补充管理规定》，2020年首次招收4 名港澳台侨本科生，实现了学校港澳台侨学生人数从无到有的突破。以上这些举措对提高智能采矿本科教育人才培养质量起到了很好的促进作用。