新工科背景下矿业工程专业创新人才培养方法

王少锋, 周子龙, 尹江江

(中南大学资源与安全工程学院,湖南 长沙410083)

0 引言

矿业工程一级学科包含采矿工程、矿物加工工程、安全技术及工程3个二级学科,都属于直接面向地下资源开发的艰苦专业。在国家深地战略和资源安全战略的推动下,矿产资源的开发与利用对国家经济和国防建设具有至关重要的战略意义[1-2]。因此,矿业工程领域迫切需要高质量的专业人才,以推动国家矿业的高质量发展。

近年来,随着新工科教育的不断发展,培养创新人才和提高学生创新能力已成为矿业工程专业教育的重要方向[3-4]。尽管已经在课程设置和人才培养模式上设立了明确的目标,且课程教学在学生创新和综合能力的培养中发挥了积极的作用,但在当前的教学模式和教学时长限制下,仍然存在对学生创新能力、跨学科研究能力和国际视野的培养力度不够等问题[5]。此外,传统的矿业工程教学模式相对单一,学生对所学专业的认同感和荣誉感不足,因此需要更多的实践导向,以激发学生的创新潜力,增强他们在专业领域的信心。同时,为满足矿业工程领域对创新型人才的需求,需要探索更为有效的培养模式[6]。

因此,本文旨在从价值引领、态度养成、技能训练、课程建设等方面探讨新工科背景下培养矿业工程专业创新人才的有效方法,以期为满足矿业工程领域对高素质人才的需求,及推动矿业的可持续高质量发展提供有益的参考和建议。

1 矿业创新人才培养策略

1.1 思政教育,价值引领

我国矿业发展历程跟中国共产党为人民谋幸福、为民族谋复兴、为世界谋大同的“四史”(党史、新中国史、改革开放史、社会主义发展史)密切相关。从“四史”的视域认识中国矿业发展史,在矿业实践中升华对“四史”的认识,是新时代矿业人的必备素养。将“四史”与中国矿业发展史结合起来,在“四史”视域下整理中国矿业发展历程,通过组织学生深入工程现场、观看宣传片、阅读书籍和文献等措施,让学生了解矿业的发展历史;组织开展“四史”与中国矿业发展史的讨论,结合家国情怀和当下局势,深化矿业工程专业学生青春奉献祖国的价值感、责任感和使命感。

1.2 冲突调整,态度养成

对于科学创新,认知、积累、突破、创新是必须经历的过程。对于工程科学问题的研究,实践和应用又极为重要。因此,对于工科学生,认知与实践、积累与突破、创新与应用是需要不断协调和克服的3个层次的冲突。为了帮助学生调整3个层次的冲突,首先,带领学生参加现场实践项目,让学生在实践中发现问题,在解决具体问题的过程中深化对知识的理解,从而调整学生“认知与实践”的冲突;其次,以实践中发现的科学问题为导向,用积累的知识深入剖析以找出问题的内核,确定突破点和主攻方向,获得新的认识或得到新的技术方法,调整“积累与突破”的冲突;再次,将创新性研究成果应用到现场工程,解决工程实际问题,并为实际工程带去经济和社会效益,创造价值,实现“创新与应用”冲突的调整。

1.3 科技绘图,技能训练

随着科学技术的发展和创新教育的不断深化,越来越多的学生通过发表科技论文呈现自己的创新研究成果。其中,附图是科技论文必不可少的一部分,是作者传递信息的窗口,高质量的科技绘图能够准确体现学生的想法和创意。在科技绘图训练指导过程中,需要向学生传授各类图片的特点与绘图技巧,讲解各个绘图软件的特点,帮助学生完成科技绘图训练并培养学生对科技绘图的兴趣,引导学生以图片或思维导图的方式梳理和传递自己的新想法、新思路,并在绘图过程中进一步拓展思路和想法,增加学生的创新性思考,培养矿业工程专业学生的创新力。

1.4 教学融入,课程建设

矿业系统工程概论是一门学科基础课,是矿业系统工程等专业课的基础。为提升学生的综合能力,需结合新时代矿业系统的发展前沿和新需求设计课程内容,创新教学方法,以焕发课堂生机和活力,发挥好课堂教学主阵地、主渠道、主战场的作用。从知识、能力、素质3个方面入手,构建矿业系统工程课程教学内容体系,增强矿业工程专业学生的理论素养和专业实践能力,提升课堂教学与行业需求的匹配度,服务矿业工程“双一流”学科建设,为推动矿业的智能化、绿色化发展培养新生力量,为满足国家战略需求输出优秀的创新型人才。

2 矿业创新人才培养路径分析

新工科背景下矿业工程专业创新人才培养具体路径如下:挖掘“四史”视域下中国矿业发展史中的思政素材,培养矿业工程专业学生的使命感;分析矿业工程专业学生培养过程中的冲突,提出针对性的调整方法;探索科技绘图训练启导路径,培养矿业工程专业学生的创新力;构建以创新人才培养为目标的矿业系统工程教学内容体系,融入课程教学实践。具体思路,如图1。

图1 新工科背景下矿业工程专业创新人才培养与教学方法总体路径

2.1 使命感培养路径

将“四史”与中国矿业发展史结合起来,在“四史”视域下领略中国矿业发展历程,对学生学习“四史”和了解中国矿业发展史具有重要意义。首先,在矿山生产或联合培养基地项目一线,结合矿山实际情况讲授矿山设计、建设、生产等技术的历史、现状和发展方向,使学生更加具象地认识矿业的发展历程。其次,组织学生观看矿山和相关企业的宣传片,收集阅读《矿山志》等资料,深入作业一线,引导学生用“四史”的视域去梳理矿业的发展历程,深化对矿业史的认识。同时,在课堂授课中,组织开展“四史”与中国矿业发展史学习情况的多媒体展示,并设立专题进行辩论和讨论,深化学生对“四史”的认识和理解;结合“小我融入大我,青春奉献祖国”的家国情怀,加强矿业工程专业学生“躬耕矿业、强国有我”的使命感和责任感;引导学生间的交换学习讨论,通过“四史”和矿业史的交叉学习,深化矿业工程专业学生青春奉献祖国的价值感、责任感和使命感。具体路径,如图2。

图2 矿业工程专业学生使命感培养路径

2.2 冲突调整路径

在学生培养过程中,存在认知和实践、积累和突破、创新和应用的冲突,具体的调整路径,如图3。

图3 基于冲突调整的创新力培养模式

2.2.1 认知与实践的冲突化解

认知是获取知识的过程,是学习的基础。实践是改造世界的物质活动,是将认知转变为技能的重要途径。经过系统学习,学生会积累大量的专业知识,但这些知识点大多零散、广泛、不深入。由于缺乏与实际应用情境的联系,这些知识很难形成稳固的知识结构和记忆网络,容易被遗忘,更无法应用于解决实际问题。尽管大三大四可能会进行一些社会实践和专业实践活动,但往往都比较宽泛,仅限于认知实习的层面。导致学生在毕业后进入工作或研究生阶段时,经常遇到本科阶段学习的专业知识找不到用武之地、所学与实际需求脱节、动手实践能力薄弱等问题。因此,认知与实践之间存在冲突。

为调整认知与实践的冲突,就需要读万卷书和行万里路协调发展,引导学生积极参加现场实践项目,在实践中发现问题,并找到解决问题的突破口。然后,有针对性地丰富专业知识和技能以解决问题,并且通过解决具体问题深化对知识的理解。这样,从认知到实践,再由实践到认知,循序渐进并攀登式提高,建立牢固的、开放的认知与实践关联记忆网络。

2.2.2 积累到突破的过程蜕变

随着认知和实践的不断深入,学生在某个方向积累的专业知识会不断增多。然而,这些知识大多是已有认识的学习、掌握和应用。如何从实践积累中发现新的科学问题、对现存问题有新的科学认识或者如何开发新的技术用于解决工程问题,实现从积累到创新的转变,将是学生阶段必须过渡好的一个过程。因此,积累与创新之间存在冲突。

为调整积累与创新的冲突,需要积微成著和推陈出新协调发展。以实践中发现的科学问题为导向,运用积累的认知深入剖析,找出问题的内核,确定深入研究的突破点和主攻方向,从而获得新的认识或开发新的技术方法,从而完成从积累到突破的过程蜕变。

2.2.3 创新与应用的衔接过渡

面向国家重大需求,学生们聚焦科学难题,锐意创新,会取得一些创新性成果。然而,这些创新性成果大多是针对某个具体的工程问题或者前人提出的科学问题展开研究而获得,对其他工程的适用性,是否能够推广应用,将成为新的挑战。因此,创新与应用之间存在冲突。

为调整创新与应用的冲突,就需要学而优则创和学而优则用协调发展。将创新性研究成果应用于实际工程,解决工程实际问题,从而实现创新与应用的衔接过渡。

2.3 创新力培养路径

创新力是指学生能运用知识,在研究中合理提出问题、科学认识问题、深入分析问题、正确解决问题的能力[7],是教育的重要内容[8],对提升国家未来人才竞争力具有重要意义[9]。

科技论文绘图是培养学生创新力的重要载体,也是学生创新性思维和创新性成果的重要体现方式。科技论文绘图主要包括4类图片:表示示意信息的示意图、用数码产品拍摄实物情景的实物图、展现数值模拟软件结果的数值模拟图、展现数据分布情况及相关关系的数据图。每种类型的图片都有相应的绘图要求和技巧,并有适用的绘图软件。为确保科技论文中的图片恰当、美观,并准确传达自己的想法和创意,需要了解各种绘图软件的特长,选择适合的软件来绘制相应的图片。在科技绘图训练启导过程中,需要向学生传授各类图片的绘图技巧,可以开展一系列的科技绘图讲座,引导学生以思维导图的方式传递和梳理自己的新想法、新思路,并让学生对专业领域的科学问题进行深刻且富有创造力的思考,帮助学生找到解决问题的关键因素或环节,使学生能够用科技图片来准确地表达研究背景、科学问题、研究内容、研究方案、创新性成果及应用前景,从而提高学生的创新力。

2.4 课程建设路径

矿业系统工程概论作为矿业工程专业的一门学科基础课,对于巩固学生的知识体系、培养学生的专业能力和提升学生的综合素质具有重要意义。本文从知识、能力和素质培养3个方面构建以创新人才培养为目标的矿业系统工程课程体系。建设路径,如图4。

图4 以创新人才培养为目标的矿业系统工程课程建设路径

(1)构建完整合理的矿业系统工程知识体系,促使学生理解和掌握系统、系统工程、系统分析等重要的基本概念及其子概念。重点学习系统分析的基本原理,正确理解系统工程方法论;了解系统工程常用模型和技术的功能、原理、使用条件及初步应用;掌握系统评价与决策的原理和典型方法;系统地掌握矿业工程专业所需的工程基础知识及矿业生产过程中的基本方法;熟悉矿床开采、矿井通风等知识;初步掌握矿山设计与规划、矿山生产工艺、矿山管理系统优化方法;能够运用系统工程理论与方法分析矿业系统工程问题。在矿业系统工程授课过程中,穿插“四史”和中国矿业发展史的相关内容,将其与矿业系统工程的发展过程相融合。

(2)培养学生综合分析和着重创新的思维能力,使学生掌握系统工程的基本方法和工具,以解决矿业系统工程问题。使学生在系统思维的指导下,能够针对复杂矿业工程问题制订解决方案,设计满足特定需求的系统和工艺流程,并在各环节中展现创新意识。培养学生自主学习的意识,以及适应发展、不断学习的能力,拓宽其知识面,使其能够运用系统思维分析和解决问题。在课程中增加科技绘图专题,提高学生的科技绘图能力,提升绘图技巧,以科技绘图促进学生的创新思考能力。此外,在矿业系统工程教学中,培养学生解决认知与实践、积累与突破、创新与应用等具体冲突的能力。

(3)在教学中,深入挖掘马克思主义哲学、新时代中国特色社会主义思想、中国共产党党史、新发展理念以及创新驱动发展战略中的系统观念和系统思想,注重专业思政教育,启发学生的专业认同、文化自信和爱国情怀,深化矿业工程专业学生青春奉献祖国的价值感、责任感和使命感,最终实现立德树人与专业人才培养的有机融合。

3 结论

(1)从思政教育、冲突调整、科技绘图、教学融入4个方面分析矿业创新人才培养策略,以期分别实现价值引领、态度养成、技能训练、课程建设4个目标,可为新工科背景下矿业工程专业创新型人才培养提供策略参考。

(2)开展矿业创新人才培养路径分析,具体提出使命感培养路径、冲突调整路径、创新力培养路径、课程建设路径,可为新工科背景下矿业工程专业创新型人才培养提供方法参考。

(3)构建以创新人才培养为目标的矿业系统工程课程体系,从知识、能力和素质培养3个方面,将矿业使命感价值引领、矿业科技创新态度养成、矿业系统基础知识传授、矿业系统实践技能训练等融入矿业系统工程课程教学中,巩固学生知识体系,培养学生专业能力,提升学生综合素质,为矿业工程提供创新人才,助力矿业高质量发展。