丁自偉，柴 敬，解盤石，孫偉博，郭衛(wèi)彬，王紅偉

一、智能開采人才培養(yǎng)的背景

自“新工科”概念提出以來，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”“天大行動(dòng)”“北京指南”等指導(dǎo)性文件，就如何建設(shè)新工科提出指示：改造傳統(tǒng)學(xué)科專業(yè)，服務(wù)地礦、鋼鐵、石化、機(jī)械、輕工、紡織等產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、向價(jià)值鏈中高端發(fā)展［1-2］。隨著社會(huì)科技逐漸進(jìn)步，礦產(chǎn)資源開采向深地、深海與深空發(fā)展，采礦工程作為傳統(tǒng)的工科行業(yè)之一，也必然隨之向少人化、無人化方向發(fā)展。因此，建設(shè)智慧化礦山、實(shí)現(xiàn)智能化開采，培養(yǎng)智能開采人才，是煤炭工業(yè)技術(shù)革命和升級發(fā)展的必然要求［3］?！赌茉醇夹g(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016—2030年）》重點(diǎn)任務(wù)之一就是要提升煤炭開發(fā)效率和智能化水平，研發(fā)智能化工作面并在重點(diǎn)煤礦區(qū)基本實(shí)現(xiàn)工作面無人化。產(chǎn)業(yè)發(fā)展與工程教育人才聯(lián)系緊密、互相支撐，能源技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢必需要大量的工程教育人才來支撐，做好工程教育主動(dòng)布局和深化改革，必將對經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級起到推進(jìn)作用［4］。

對于傳統(tǒng)采礦工程而言，目前工程教育人才培養(yǎng)模式存在許多問題，培養(yǎng)理念、培養(yǎng)目標(biāo)及培養(yǎng)模式均與能源技術(shù)發(fā)展存在一定程度脫節(jié)，已不能完全適應(yīng)現(xiàn)代煤炭開采轉(zhuǎn)型升級需求。因此，積極探索工程教育改革，面向未來培養(yǎng)工程人才，服務(wù)國家能源智慧礦山建設(shè)戰(zhàn)略發(fā)展新需求，培育新時(shí)代新工科背景下智能開采人才，必將成為采礦工程人才培養(yǎng)的新趨勢。例如，在新工科理念的指導(dǎo)下，武漢科技大學(xué)針對本校采礦工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式與創(chuàng)新人才培養(yǎng)不協(xié)調(diào)問題，提出了采礦工程專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)改革應(yīng)該遵循交叉與融合相結(jié)合、繼承與創(chuàng)新相結(jié)合、協(xié)調(diào)與共享相結(jié)合的三結(jié)合原則［5］；新疆大學(xué)提出了以創(chuàng)新人才培養(yǎng)為目標(biāo)、優(yōu)化課程體系為基礎(chǔ)、強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)為途徑、培養(yǎng)寬采礦專業(yè)人才為特色的課改思路［6］。在智能化開采方面，傳統(tǒng)的礦業(yè)類高校積極尋求采礦工程教育培養(yǎng)模式改革［7］，如中國礦業(yè)大學(xué)、北京科技大學(xué)、東北大學(xué)、山東科技大學(xué)等均在傳統(tǒng)采礦工程基礎(chǔ)上，開設(shè)智能開采人才培養(yǎng)特色班，進(jìn)行了煤礦智能開采人才培養(yǎng)模式探索。其中，西安科技大學(xué)基于新工科背景下煤礦智能開采“金課”設(shè)計(jì)和實(shí)踐進(jìn)行了探索，建設(shè)了具有前沿性和時(shí)代性的模塊化學(xué)習(xí)內(nèi)容及網(wǎng)絡(luò)平臺資源［8-9］；中國礦業(yè)大學(xué)采礦工程專業(yè)通過融入理論型實(shí)踐、虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)、多元化的現(xiàn)場實(shí)踐等形式，形成了以實(shí)踐提升理論教學(xué)效果、以實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)踐提升實(shí)踐能力、以科研活動(dòng)提升創(chuàng)新能力的采礦工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)“三提升”創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系［10-13］。以上基于新時(shí)代智能化開采人才模式的探索，對于進(jìn)一步研究如何培養(yǎng)學(xué)科基礎(chǔ)扎實(shí)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高的智能開采專業(yè)人才，促進(jìn)煤炭開采工業(yè)發(fā)展意義重大。

本文以西安科技大學(xué)采礦工程專業(yè)為研究對象，以國家改造升級傳統(tǒng)行業(yè)及新工科建設(shè)為背景，以滿足采礦工程基本能力培養(yǎng)、強(qiáng)化智能開采方向素質(zhì)為基本思路，以解決傳統(tǒng)采礦工程專業(yè)人才培養(yǎng)面臨問題為切入點(diǎn)，探索了建立適應(yīng)新時(shí)代智能開采需要的人才培養(yǎng)體系。

二、新工科理念下傳統(tǒng)采礦工程人才培養(yǎng)存在的問題及升級路徑

1.采礦工程的新工科建設(shè)內(nèi)涵

采礦工程的新工科建設(shè)，即對傳統(tǒng)的采礦工程教育進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級，使之逐漸符合甚至引領(lǐng)世界采礦工業(yè)發(fā)展的趨勢，培養(yǎng)能在礦山開采領(lǐng)域從事智能化開采設(shè)計(jì)與施工、生產(chǎn)與管理、科學(xué)研究等工作的應(yīng)用型高級技術(shù)人才。采礦工程新工科建設(shè)內(nèi)涵可從以下幾方面闡釋：

（1）樹立新理念。充分認(rèn)識到學(xué)科交叉、邊緣學(xué)科等的融合創(chuàng)新，摸清行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，面向2030智能開采能源戰(zhàn)略提前布局，樹立培育符合行業(yè)發(fā)展需求、具有現(xiàn)代創(chuàng)新意識及綜合能力的新工科智能開采人才培養(yǎng)理念。

（2）培育新人才。圍繞新時(shí)代、新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)對工程技術(shù)人才培育需求，結(jié)合采礦工程基本能力要求，建立一批跨學(xué)科、多領(lǐng)域的新工科專業(yè)，以新工科的理念升級改造傳統(tǒng)的采礦工程，力求培育能在礦山開采領(lǐng)域從事智能化開采設(shè)計(jì)與施工、生產(chǎn)與管理、科學(xué)研究等工作的應(yīng)用型高級專門人才。

（3）融合新知識。以人工智能基礎(chǔ)理論、自動(dòng)化和智能采礦基本原理和技術(shù)為基礎(chǔ)，圍繞煤炭綠色智能采掘裝備、煤炭無人智能開采技術(shù)等新興產(chǎn)業(yè)，著眼新技術(shù)、新知識，大力發(fā)展交叉學(xué)科，逐步推進(jìn)新技術(shù)發(fā)展與工程教育專業(yè)知識的融合，從而建立科學(xué)的新工科采礦工程教育人才培養(yǎng)知識體系。

2.傳統(tǒng)采礦工程專業(yè)人才培養(yǎng)存在的問題及升級路徑

依據(jù)國家政策導(dǎo)向、行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、高質(zhì)量工程技術(shù)人才培養(yǎng)的新需求，傳統(tǒng)礦業(yè)工程高等教育要在審視自身存在問題的基礎(chǔ)上重新定位并打造升級路徑，具體如圖1 所示。

圖1 傳統(tǒng)采礦工程人才培養(yǎng)存在的問題及升級改造路徑

（1）培養(yǎng)理念不適應(yīng)。目前煤炭工業(yè)逐漸由勞動(dòng)密集型升級為技術(shù)密集型，開始走智能、無人、安全開采之路，培養(yǎng)智能開采專業(yè)技術(shù)人才、滿足煤礦安全高效智能開采需求迫在眉睫。當(dāng)前，采礦工程培養(yǎng)模式多沿用數(shù)十年前的工程教育培養(yǎng)體系，培養(yǎng)理念與新時(shí)代智慧礦山建設(shè)背景不適應(yīng)。因此，采礦工程教育應(yīng)響應(yīng)國家新工科改革理念，緊追采礦行業(yè)發(fā)展趨勢，圍繞智能開采進(jìn)行人才培養(yǎng)，將互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)融入教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)符合時(shí)代發(fā)展與產(chǎn)業(yè)行業(yè)要求的采礦工程高級專門人才。

（2）人才結(jié)構(gòu)不適應(yīng)。目前，傳統(tǒng)型的采礦工程人才相對過剩，但基礎(chǔ)、新興、高端領(lǐng)域工程的科技人才相對短缺，不足以支撐煤炭行業(yè)智能開采轉(zhuǎn)型升級的工程教育需求。因此，采礦工程教育要加速推進(jìn)智能開采人才教育體系改革，做好工程教育的主動(dòng)布局和深化改革，培育面向采礦行業(yè)發(fā)展前沿工程技術(shù)人才，否則將會(huì)延緩產(chǎn)業(yè)升級的進(jìn)程。

（3）知識體系不適應(yīng)。傳統(tǒng)采礦工程教育知識陳舊，與行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在一定脫節(jié)現(xiàn)象，學(xué)科專業(yè)仍按原有知識體系培養(yǎng)，靈活性不強(qiáng)，培養(yǎng)工程技術(shù)人才不具備適應(yīng)新型市場環(huán)境及產(chǎn)業(yè)升級發(fā)展需求的創(chuàng)新應(yīng)用技能。新工科建設(shè)背景下，應(yīng)以新工科、新理念、新模式展開專項(xiàng)培養(yǎng)，通過一系列課程體系改革構(gòu)建適應(yīng)新時(shí)代知識框架體系，使學(xué)生成為具備可持續(xù)競爭力、豐富知識、過硬本領(lǐng)以及國際領(lǐng)先技術(shù)的創(chuàng)新人才。

三、西安科技大學(xué)智能開采人才培養(yǎng)模式探索

我國西部礦區(qū)煤炭資源豐富，煤炭產(chǎn)量占全國煤炭產(chǎn)量的50%以上。西安科技大學(xué)依托于近年西部煤炭資源大開發(fā)地理優(yōu)勢，學(xué)科建設(shè)取得了巨大成績，逐漸形成了立足西部、層次完備、專業(yè)齊全的工程教育體系［14］。西安科技大學(xué)采礦工程專業(yè)是國家一流專業(yè)、國家特色專業(yè)、教育部卓越工程師計(jì)劃實(shí)施專業(yè)和陜西省“一流專業(yè)”建設(shè)專業(yè)，采礦工程專業(yè)培養(yǎng)本科畢業(yè)生有60%以上服務(wù)于西部煤炭行業(yè)，且大多成為企業(yè)的技術(shù)與管理骨干。隨著近年來企業(yè)轉(zhuǎn)型升級和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展對采礦工程智能人才培養(yǎng)的需求不斷加大，西安科技大學(xué)進(jìn)行了人才培養(yǎng)模式探索。

1.“五育并舉”設(shè)計(jì)課程體系

新工科理念指導(dǎo)下的智能開采人才培養(yǎng)課程體系既要能滿足采礦工程基本能力要求，又要能強(qiáng)化智能開采方向的綜合素質(zhì)培養(yǎng)。西安科技大學(xué)智能開采人才培養(yǎng)從突出人格塑造和能力培養(yǎng)出發(fā)，構(gòu)建了通識教育、學(xué)科基礎(chǔ)教育、專業(yè)教育、實(shí)踐教育、第二課堂教育“五大模塊”，綜合“大類人才培養(yǎng)”“本—碩—博貫通式人才培養(yǎng)”“卓越人才培養(yǎng)”等構(gòu)建復(fù)合型人才培養(yǎng)模式，突出了針對煤炭智能開采工業(yè)發(fā)展的人才培養(yǎng)支撐，形成了既體現(xiàn)傳統(tǒng)煤炭行業(yè)特色優(yōu)勢又緊扣“新工科”教育主題的人才培養(yǎng)課程體系（見圖2）。

圖2 智能開采課程體系

（1）在通識教育模塊，注重了學(xué)生基本素質(zhì)的培養(yǎng)，即滿足采礦工程所需要的基本能力要求。因此，在這一模塊普通采礦工程和智能開采培養(yǎng)方案中的課程設(shè)置是一致的。

（2）在學(xué)科基礎(chǔ)教育模塊，智能開采班在學(xué)科基礎(chǔ)課部分刪除了“巖石力學(xué)”（3 學(xué)分），將其調(diào)整到了后續(xù)課程中，增加了“機(jī)器學(xué)習(xí)導(dǎo)論”（2 學(xué)分）和“信號檢測與自動(dòng)控制原理”（2 學(xué)分）兩門課，突出了智能開采相關(guān)知識的學(xué)習(xí)。

（3）在專業(yè)教育模塊，將“礦山壓力與巖層控制”課程（3 學(xué)分）變更為“巖石力學(xué)與巖層控制”（3.5 學(xué)分），增加了“巖石力學(xué)”方面的相關(guān)知識；將原來的專業(yè)必修課“采礦學(xué)”（4 學(xué)分）、“礦井通風(fēng)與安全”（3 學(xué)分）、“井巷工程”（2 學(xué)分）以及“礦山機(jī)械”（3 學(xué)分）分別變更為“采礦學(xué)D”（4 學(xué)分）、“礦井通風(fēng)與安全D”（2.5 學(xué)分）、“井巷工程D”（2學(xué)分）以及“礦山機(jī)械裝備及其智能化”（3 學(xué)分），側(cè)重對智能開采、智能通風(fēng)、智能井巷建設(shè)以及智能機(jī)械等相關(guān)知識的講解；增加了必修課“礦山開采智能感知與決策”（2 學(xué)分），選修課“礦業(yè)大數(shù)據(jù)及物聯(lián)網(wǎng)”（2 學(xué)分）以及智能機(jī)器人導(dǎo)論“（2 學(xué)分），注重學(xué)習(xí)對智能開采核心技術(shù)及智能礦山建設(shè)相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，突出對智能感知及決策、智能礦山建設(shè)、智能采掘及通風(fēng)技術(shù)等相關(guān)能力的培養(yǎng)，使學(xué)生從理論到整體再到局部系統(tǒng)掌握智能開采知識脈絡(luò)，培養(yǎng)學(xué)生從事智能開采方面的專業(yè)能力。

（4）在實(shí)踐教育模塊，重點(diǎn)突出學(xué)生智能開采理論知識在礦山應(yīng)用方面的能力培養(yǎng)。首先，在“采礦學(xué)”及“礦井通風(fēng)與安全”課程設(shè)計(jì)中加入“智能開采及通風(fēng)”的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，提升學(xué)生對智能礦山應(yīng)用的理解；其次，在認(rèn)識、生產(chǎn)和畢業(yè)三個(gè)實(shí)習(xí)階段全部安排學(xué)生在具有智能開采工作面的礦山開展學(xué)習(xí)；最后，在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)要求學(xué)生除完成設(shè)計(jì)外至少完成1 項(xiàng)關(guān)于智能開采方面的專題，培養(yǎng)學(xué)生礦山智能開采知識的應(yīng)用能力。

（5）在第二課堂教育模塊，學(xué)生需完成思想道德教育、專業(yè)能力拓展、體美教育、勞動(dòng)教育等二級模塊規(guī)定的內(nèi)容和學(xué)分要求，同時(shí)必須參加學(xué)院及以上組織的礦業(yè)工程學(xué)科類競賽至少1 次，進(jìn)一步增強(qiáng)對學(xué)生的綜合素質(zhì)培養(yǎng)。

2.構(gòu)建智能開采人才培養(yǎng)體系

基于對傳統(tǒng)采礦工程人才培養(yǎng)模式存在的諸如培養(yǎng)理念不適應(yīng)、人才結(jié)構(gòu)不適應(yīng)、知識體系不適應(yīng)等問題的深入剖析，圍繞智能開采人才培養(yǎng)目標(biāo)，西安科技大學(xué)通過師資隊(duì)伍建設(shè)、課程體系改革、實(shí)踐基地建設(shè)等一系列舉措，最終形成一套相對完善的智能開采人才培養(yǎng)體系，如圖3 所示。

圖3 智能開采人才培養(yǎng)體系

（1）師資隊(duì)伍建設(shè)。智能開采人才培養(yǎng)是融合機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)、智能控制、信息等專業(yè)的跨專業(yè)培養(yǎng)，因此需要優(yōu)化配置校內(nèi)相關(guān)學(xué)科的專業(yè)教師資源。西安科技大學(xué)通過內(nèi)培外引建設(shè)業(yè)務(wù)精湛、結(jié)構(gòu)合理、充滿活力的高素質(zhì)專業(yè)化教師隊(duì)伍。一是培養(yǎng)在職教師以適應(yīng)智能開采的教學(xué)和科研工作為目標(biāo)，結(jié)合各自承擔(dān)的教學(xué)與科研任務(wù)，制定和完善具有針對性的、具體可行的在職培養(yǎng)計(jì)劃，提高教學(xué)團(tuán)隊(duì)的智能采礦工程教育教學(xué)能力、指導(dǎo)實(shí)踐能力及科學(xué)研究能力；二是通過引進(jìn)具有信息技術(shù)和智能開采相關(guān)背景的、國內(nèi)外著名高校工程專業(yè)博士及博士后，及聘任具有豐富工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)人員作為兼職教師。

（2）課程體系改革。如前所述，西安科技大學(xué)圍繞智能開采人才培養(yǎng)進(jìn)行課程體系改革，從通識教育、學(xué)科基礎(chǔ)教育、專業(yè)教育、實(shí)踐教育、第二課堂教育“五大模塊”出發(fā)，通過新開課程、升級原有課程等措施調(diào)整課程體系。與之同時(shí)，統(tǒng)一協(xié)調(diào)校內(nèi)能源、機(jī)械、電控、通信、計(jì)算機(jī)等相關(guān)專業(yè)的教師，并與其他煤炭行業(yè)特色院校一起編寫相關(guān)教材。另外，通過校企聯(lián)合的方式，即專任教師聯(lián)合兼職教師編寫指導(dǎo)書，建設(shè)基于現(xiàn)場工程實(shí)際的案例庫。

（3）實(shí)踐基地建設(shè)。西安科技大學(xué)在校內(nèi)建立了設(shè)備先進(jìn)、功能齊全的采礦工程專業(yè)智能開采實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，使之同時(shí)具備課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科學(xué)研究和課外創(chuàng)新活動(dòng)開展的功能；在校外與國家能源集團(tuán)、陜煤、川煤等企業(yè)共建實(shí)踐基地。

四、西安科技大學(xué)智能開采人才培養(yǎng)的成效

經(jīng)過一系列探索實(shí)踐，西安科技大學(xué)的智能開采人才培養(yǎng)兼顧了《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》與《工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（2018 修訂）》的要求，形成了符合本校采礦工程專業(yè)實(shí)際的智能開采人才培養(yǎng)體系。

（1）形成了采礦工程專業(yè)智能開采人才培養(yǎng)新理念。新工科理念下的礦山開采涉及的學(xué)科，除了作為基礎(chǔ)的力學(xué)、數(shù)學(xué)、地質(zhì)學(xué)、機(jī)械制造、測量學(xué)、管理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、采礦學(xué)等學(xué)科以外，更應(yīng)體現(xiàn)多學(xué)科的融合。西安科技大學(xué)以傳統(tǒng)采礦學(xué)科為基礎(chǔ)，融合社會(huì)學(xué)、自動(dòng)化、信息管理與信息系統(tǒng)、云計(jì)算、智能信息與控制等學(xué)科專業(yè)，形成了以“專業(yè)化、國際化、智能化、無人化”為發(fā)展目標(biāo)的采礦工程新工科培養(yǎng)體系，在明確智能開采科學(xué)內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，按照工程教育專業(yè)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)來制定詳細(xì)的規(guī)劃，逐一解決采礦工程新工科的培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求及其達(dá)成度評價(jià)準(zhǔn)則、課程體系及相應(yīng)的知識模塊、新工科工程實(shí)踐基地構(gòu)建與實(shí)踐能力提升方式、師資隊(duì)伍的培養(yǎng)等問題。

（2）樹立了智能開采人才培養(yǎng)新目標(biāo)。相比傳統(tǒng)采礦工程教育而言，西安科技大學(xué)的智能開采人才培養(yǎng)目標(biāo)是：培養(yǎng)具有良好的專業(yè)素養(yǎng)、人文素養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)精神及國際視野，能適應(yīng)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展要求，系統(tǒng)掌握人工智能基礎(chǔ)理論、自動(dòng)化和智能采礦基本原理和技術(shù)，能夠在礦山開采相關(guān)領(lǐng)域從事智能化開采設(shè)計(jì)與施工、生產(chǎn)與管理、科學(xué)研究等工作，具備解決復(fù)雜采礦工程問題能力的應(yīng)用型高級專門工程技術(shù)人才。

（3）優(yōu)化了采礦工程專業(yè)智能開采課程及教學(xué)內(nèi)容體系。基于采礦工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案及提升傳統(tǒng)采礦工業(yè)的需求，西安科技大學(xué)在傳統(tǒng)的采礦工程專業(yè)課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上，結(jié)合采礦工程智能開采培養(yǎng)目標(biāo)，圍繞通識教育、學(xué)科基礎(chǔ)教育、專業(yè)教育、實(shí)踐教育、第二課堂教育這五大模塊，調(diào)整與優(yōu)化了課程設(shè)置，更新了采礦技術(shù)裝備機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化、智能化等方面的教學(xué)內(nèi)容。

（4）搭建了采礦工程智能人才培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺與實(shí)習(xí)基地。西安科技大學(xué)先后建立了設(shè)備先進(jìn)、功能齊全的采礦工程專業(yè)智能開采實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心和采礦工程專業(yè)新型數(shù)字礦山實(shí)習(xí)基地。

目前西安科技大學(xué)通過制定的采礦工程智能開采人才培養(yǎng)方案，已經(jīng)成功地開設(shè)了采礦工程智能開采特色班。西安科技大學(xué)基于新工科理念及社會(huì)需求背景、學(xué)校實(shí)際狀況所探索的智能開采人才培養(yǎng)模式，作為傳統(tǒng)采礦工程改造升級范例，將會(huì)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)且持續(xù)深入地進(jìn)行下去。