新工科背景下采矿工程专业 复合创新型人才培养模式探索

阮顺领 等

卢才武  董莉娟  江松  郭梨

针对传统采矿工程专业人才培养模式在学科交叉不足方面的问题，探讨采矿工程专业与大数据专业交叉的复合型人才培养新模式。通过构建教育新理念、人才培养新目标、教学新组织、知识新体系和教学新平台等方法，形成“采矿+大数据”跨学科人才培养新模式，以达到在新工科背景下培养多元复合型专业人才的目的，实现对采矿专业建设水平和人才培养质量的提升。

矿山生产数字化、信息化、无人化以及智能化开采成为矿山企业发展的主要方向和趋势。随着这一趋势的加速，矿山企业对于专业技术人才的需求量也在逐年迅速增加，同时由于采矿环境复杂，在开采过程中难免会面临重重安全保障风险挑战。针对这一现状，我国更需要注重矿山高层次复合型人才培养，努力满足智慧矿山建设的人才需求。除此之外，出于减少安全事故、維护员工安全，以及攻克开采难关的多重需要，采矿机器人已应用于矿产开采中，起到精准开采、智慧化开采以及无人则安的作用，由于采矿机器人技术的不断成熟，其应用范围不断扩大，市场增长形势乐观。在机器人产业大爆发的推动下，在需求市场出现新变化、新发展的重大机遇下，采矿机器人正朝着多元化、自动化、智能化的主流趋势加速发展，源源不断的信息技术创新型人才将继续成为矿业发展的关键驱动因素。大数据时代的到来不但对采矿工程专业人才的需求增加，同时也对采矿工程专业人才培养提出了新的要求。在大数据时代下，为了适应未来矿业发展的人才需求，需要培养具有掌握智能化时代矿山大数据分析技术及基本理论知识，熟练运用数据工具开展资源大数据分析、挖掘与可视化工作，具备利用数据进行相关的生产策划与运营管理的应用型、创新型人才。因此，高校在进行采矿人才培养的过程中也应该据此进行改革创新，在采矿专业的教学内容中融入人工智能、大数据等相关知识，借助于多学科之间的交叉融合来帮助学生的综合素养可以不断获得提升，使其能够更好地适应未来矿业人才需求的发展。

1 多学科交叉融合发展背景及现状

随着社会以及教育的不断发展，多学科交叉融合终究会兴旺起来，不同高校、不同专业的教育者以及相应的专家学者们都对其进行了大量的研究与实践，而国家方面也给予了很多支持，批准了比较多的与之相关的教学改革项目。我国著名数学家、教育学者钱学森就认为交叉学科是一个极为重要且有着极为光明的前途的科学领域，在最开始提出时可能会不被人理解，但随着社会以及教育的不断发展，多学科交叉融合终究会兴旺起来。教育学者们普遍认为新工科在实际发展的过程中其核心问题一定是帮助学生获得全面发展，从而提升人才培养质量。这一过程中进行多学科的交叉融合是教育者能够使用的一种重要方式，这种方式对于学生创新创业能力的养成与提升是极为重要的，对于教育改革而言也是真正能够帮助其产生实效的重要方式之一。

随着智慧矿山概念的提出和发展建设，我国矿山企业对数字矿山和智慧矿山管理的专业技术人才需求量也在逐年迅速增加，以采矿机器人为代表的采矿业科技产品也得以加速发展。随着深海、太空场景的矿产资源开采需求不断提升、商用开发愈加临近，采矿机器人的发展也将更为多元化、自动化、智能化。由于采矿业作为基础性原料工业，包含各种矿产资源开采，产业规模十分庞大，人力需求广泛，安全保障形势一直十分严峻。出于减少安全事故、维护人类员工安全，以及攻克开采难关的多重需要，采矿机器人的发展始终在提速当中，应用范围不断扩大，市场增长形势乐观。在机器人产业大爆发的推动下，在需求市场出现新变化、新发展的重大机遇下，采矿机器人正朝着多元化、自动化、智能化的主流趋势加速发展，源源不断的信息技术创新型人才将继续成为矿业发展的关键驱动因素。

2 复合创新型人才培养内涵

多元复合型人才培养是多学科交叉融合的成果体现，是在实际进行教育教学落实的过程中将两个或者两个以上的学科进行交叉融合引入，从而达到帮助学生对多个专业产生认知，使其价值观以及知识体系进行融合的目的。主要有以下特征。

2.1 创新性解决生产遇到的复杂工程问题

在矿山生产建设中，传统的生产工艺问题通常可以借助于单一的学科知识很快就能解决，但随着矿山智能化建设的快速发展，生产中所遇到的问题除了简单的，还有更多复杂的，这些问题依靠单一的学科知识显然是无法解决的。因此需要借助于多个学科的知识进行融合，最终帮助相应问题得到解决。而多学科的交叉融合对于学生本身的成长是极为重要的，也是社会发展过程中对于人才的一种必然需求，可以帮助培养一批能够使用多学科知识去解决复杂问题的复合型人才。

2.2 多学科知识体系的交叉融合

多学科交叉融合是对原本单一的学科知识体系进行重新整合，要理清不同学科中的方法理论、逻辑关系，以及这些学科与最终问题之间的关系等，这一过程中往往是以问题为导向的，从而对这些学科内容进行合理融合。在实际面对复杂的工作问题时，学生从自己已经建立的融合多学科内容的知识体系中获取可以解决这些问题的途径，仍然是围绕“解决问题”这一核心去进行研究，不断进行自我认知方面的突破，最终对多学科融合的知识体系有越来越深入的了解，形成更有效的问题解决思路。学生在对这些单一学科知识进行整合分析的过程中逐渐形成一种新的知识体系，最终达到1+1大于2的教育效果。

2.3 以培养学生综合创新能力为目的

传统单一学科培养体系中，学生对于相应理论知识的学习是更多的，总体上是按照学校的安排进行整个学科知识的学习，但对这些知识的实际应用或者是综合性应用是比较少的。新工科背景下，高校进行多学科交叉融合教育模式的落实主要目的是为了帮助培养并提升学生的综合素质。大数据时代的到来不但对采矿工程专业人才的需求增加，同时也对采矿工程专业人才培养提出了新的要求。在大数据时代下，为了适应未来矿业发展的人才需求，需要培养具有掌握智能化时代矿山大数据分析技术及基本理论知识，熟练运用数据工具开展资源大数据分析、挖掘与可视化工作，具备利用数据进行相关的生产策划与运营管理的应用型、创新型人才。多学科交叉融合的人才培养模式更注重学生解决问题能力的培养，围绕问题解决去帮助构建学生的多学科融合知识体系，在不断引导学生动手操作、解决问题的过程中培养了学生的综合创新能力。

2.4 搭建“产教融合”创业实践平台，促进创新型人才培养

企业是行业发展的主战场，通过与企业、社会组织合作引进外部导师人才，鼓励具有理论背景的老师深入行业率先实践。组建创新创业导师库，建立一支专兼结合、以专为主的创新创业导师队伍，形成“专业导师+企业导师+创业导师”共同指导学生创新创业实践，使大学生深入了解市场与资本运营，将创新创业项目与市场需求紧密结合，搭建产教融合创业实践平台，增强学生的创新创业实践能力。

3 “采矿+大数据”跨学科人才培养模式构建

为了帮助培养更优秀的，更能适应当下采矿行业需求的复合创新型人才，高校在实际进行新工科建设的过程中，需要借助于跨学科多专业融合的方式提升采矿工程专业人才综合能力，形成采矿工程专业新的人才培养模式。基于多学科融合的“采矿+大数据”创新型人才培养模型如图1所示。

3.1 树立多学科交叉融合的教育新理念

采矿工程专业应重视并扩大与国内外矿山科技企业的合作，让产、学、研三方深度融合。同时，推进课程资源优化配置，完善课程体系，并以实践经验分别设置基础课程、专业课程和选修课程，推动采矿工程专业人才培养的稳定发展。除了作为基础的力学、数学、地质学、测量学、采矿学等学科以外，更应体现多学科的融合。以传统采矿学科为基础，融合自动化、云计算、智能信息与控制等学科专业，形成了以“专业化、国际化、智能化、无人化”为发展目标的采矿工程新工科培养体系。在制订培养方案的过程中，应以矿山企业的需求为导向，设计灵活的人才培养方案，既要高度重视理论知识的学习，又要加强实践能力的培养，为学生搭建实践平台，拓宽实践渠道。新工科背景下，在构建人才培养模式的过程中，首先要有新的教育观念，高校要对多学科交叉融合有深入正确的理解。在明确智能开采科学内涵的基础上，按照工程教育专业认证的标准来制订详细的规划，逐一解决采矿工程新工科的培养目标、课程体系及相应的知识模块、师资队伍的培养等问题。

3.2 强化多元复合型人才培养新目标

在大数据环境下，重新定位采矿工程专业的培养目标和标准，以适应大数据时代对采矿工程专业人才提出的新要求，是采矿工程专业建设的首要议题。我校采矿工程专业突破国内高校采矿工程专业人才培养的模式（强调传统采矿技术与工艺，弱化了信息技术理论与方法），强调学生不但要掌握矿山开采的规划、设计、实施和管理等方面的方法与技术，更要具有现代管理科学思想和较强的信息化和智能化矿山建设综合能力。

采矿工程信息人才是实用型人才，既注重理论分析能力，又需要动手实践能力，因此，人才培养方式需要灵活多样。智能采矿工程专业刚刚起步，人才培养方式尚不明确，有些专业配备了实验室或社会实践基地，但实际效果不明显。大数据时代的到来对采矿工程专业人员提出了更高的要求，因此必须重新定位培养目标，为本专业学生未来的发展创造性地开拓一片新的天地。因此应在大数据时代的背景下尽快制订出科学的课程体系和系统完善的培养方案，提高师资队伍力量，保障学生未来的发展。

3.3 构建科学有效的多学科融合组织机构

在开展多学科交叉融合人才培养的过程中应有相应的组织机构支持其工作的开展。打破原有的单一学科或者是学院的范畴，在学科综合性方面要更强一些，学校在实施跨学科教育的过程中借助于这些组织可以更好地进行教育资源的优化配置，帮助最终的教学设计可以更科学。而除了以上的这些学院组织之外，依据矿山开采的实际流程来编排和组织教学，使教学更加贴近实际。基于矿山智能化建设知识体系的内在关系和特征，对改造后的采矿工程专业课程进行层次划分，并把同一层次中密切相关的已学课程糅合到一起，建立课程群。在课程群中，编写教学案例，组织教学团队，实行教师指导下以学生为中心的项目驱动式“做中学”和“按需教”教学模式。课程案例来自科研项目或者实际工程项目，融合课程知识点。在课程学习中，学生组织成项目团队，每个学生在其中充当一种或者两种角色。每个团队内部分工合作，协同完成项目任务，形成多学科交叉融合的“采矿+AI人才”培养新型组织结构模式。

3.4 系统化的知识体系建设

将智能采矿技術相关的最新理论和采矿工程实践紧密结合，通过实战内容带动理论学习，更新采矿技术装备机械化、自动化、信息化、智能化等方面的教学内容。并将智能采矿技术相关的最新理论和采矿工程实践紧密结合，通过实战内容带动理论学习。因此在实际进行新的人才培养模式构建的过程中，相应的教师必须先一步进行系统化的知识体系建设。也就是从其他专业的学科知识中选择对采矿专业学生有利的内容，将其与学生当下学习的专业知识进行融合，从而弥补学生在实际解决问题过程中可能会产生的一些问题。也帮助学生不同学科专业知识之间的衔接可以更顺利，最终整合成适合采矿工程+大数据管理专业学生的多学科融合教学内容。

培养体系课程分为通识课程、学科平台、实践课程、专业核心和专业选修课程，其中，通识课程与全校工科类专业保持一致，学科平台课程、实践课程与计算机大类保持一致。针对采矿工程所涉及的统计学、数学和计算机科学的相关内容，拟开设专业核心课程，包括矿业物联网应用与实践、工业数据统计与可视化、机器学习、人工智能基础等。针对采矿工程专业特点，专业选修课程开设数据科学类、平台与技术类、理论方法类以及资源大数据管理与实践等四大类型。平台与技术类课程为矿山现代测试与控制技术、Python程序设计基础、工业机器人、智能感知与控制、数据模型与决策、智能采矿导论。实践类课程为移动端开发技术与应用、资源大数据分析、工业大数据挖掘等。课外科研创新实践活动模块包括数学建模、学科竞赛及创业技能竞赛、科技作品、发明创造、校园文化活动、社会实践、社会工作等构成。

3.5 打造多学科交叉教学创新平台

在新工科背景下，高校可以帮助打造以跨学科为主要方式，以项目研究为核心的创新平台。探究智慧环境下采矿工程专业的课堂教学模式改革，推进新兴技术在采矿工程教学中的深度融合性应用，探索“人工智能+教育”教学模式，开展基于云计算、物联网、虚拟仿真、教育大数据等新兴技术的教学应用研究。如模拟爆破施工、模拟露天开采、矿山破碎运输等涉及现场作业工程，学生无法到现场或到现场无法看到的工程内容，可通过建设虚拟仿真教学项目让学生学习，这一过程中不同学科专业之间的桎梏自然地被打破，学生从其他团队成员身上不断学到不同学科的知识以及不同的素养，这对于学生的综合素养提升是极为有利的。

3.6 突出资源开采行业大数据的专业特色

以在大数据时代大背景下企业对采矿人才的具体要求为导向，以培养具有创新精神和实践能力的高素质工程应用技术人才为宗旨，逐步完善既有统一规格又各有特色的采矿工程专业人才培养方案，并据此优化师资结构和课程体系，改进现有的实践教学环节和条件，搭建学生积极参与的创新实践平台。根据社会的发展和时代的变化需要在具体的人才培养实践中予以不断修正，相关的采矿工程专业建设措施也需要根据不同时期和行业的专业人才需求状况予以动态调整。

“大数据管理”专业以服务于矿产资源行业为特色，适应企业发展及人才需求为宗旨，培养学生掌握互联网时代资源大数据分析整体发展状况及基本理论知识，熟练运用数据工具开展资源大数据分析、挖掘与可视化工作，具备利用数据进行相关的商务策划与运营管理的应用型、创新型人才，进一步优化学科专业结构，有针对性地培养具有坚实基础的工程型和应用型创新人才是关键环节，为社会培养大数据科学技术与应用领域急需的应用型、创新型人才。

4 结束语

随着矿业智能化的发展和新工科教育的兴起，矿山企业对于掌握多学科知识的复合型人才的需求不断增大，亟待高校利用多学科交叉融合培养更多具备综合知识与技能的人才，以适应需求不断提升的行业。本文构建了基于“采矿+大数据”多学科交叉融合的矿山智能开采人才的创新人才培养模式，打破固有学科领域界限，为创建符合多元化创新人才发展特色的培养体系提供思路，以满足我国矿山企业对采矿类专业高层次复合创新性人才的需求。

本文系陕西高等教育教学改革研究项目“大数据时代智能采矿创新型专业人才培养模式探索与实践”（21BY046）。

（作者单位：1.西安建筑科技大学资源工程学院；

2.西安明德理工学院信息工程学院）