基于多學科交叉的智能采礦研究生培養體系構建

劉洪磊 侯晨 劉溪鴿 張鵬海 鄧文學 關凱

摘? 要：面向智能采礦對多學科交叉復合型人才的需求，東北大學采礦工程學科通過建立采礦工程本-博貫通式培養模式，提升采礦工程專業研究生的生源質量、優化生源結構;通過廣泛接收調劑生源，招收軟件工程、計算機科學與工程、控制科學與工程、電氣工程等專業的研究生，從源頭上保障多學科的交叉與融合;采礦工程學科著重發展礦產資源的智能開采方向，修訂研究生培養方案，建立多學科交叉融合的研究生培養模式，全面提升研究生創新能力的培養。

關鍵詞：智能采礦;學科交叉;研究生培養;體系構建;創新能力

中圖分類號：C961? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）15-0009-04

Abstract： Facing the demand of intelligent mining for interdisciplinary and compound talents， the discipline of mining engineering of Northeast University has improved the quality of graduate students majoring in mining engineering and optimized the structure of graduate students by establishing a comprehensive training model of mining engineering. By widely accepting and adjusting the source of students， we have recruited postgraduates majoring in software engineering， computer science and engineering， control science and engineering， electrical engineering and other majors， ensuring the intersection and integration of multiple disciplines from the source. The discipline of mining engineering has focused on the development of intelligent mining of mineral resources， revised the postgraduate training scheme， established a postgraduate training mode of interdisciplinary integration， and comprehensively improved the cultivation of postgraduate innovation ability.

Keywords： intelligent mining; interdisciplinary; postgraduate training; system construction; innovation ability

礦業是國民經濟發展的基礎，但開采條件惡劣、勞動強度大、安全問題突出是制約我國礦山進一步發展的關鍵問題[1-2]。智能礦山（Intelligent mine）由芬蘭在1992年提出，是隨著礦山數字化和信息化提出的新概念[3]，是指在礦床開采過程中，綜合利用自動化、通信、人工智能和深度學習等技術，以開采環境數字化、采掘裝備智能化、生產過程遙控化、信息傳輸網絡化和經營管理信息化為特質，通過對開采過程實現實時監測和智能決策控制，最終實現礦山的安全、高效、經濟和環保生產[2，4]。近年來，隨著金屬礦山開采深度的不斷加深，智能開采被認為是實現礦山本質化安全的必由之路。中國工程院于2019年啟動了《面向2035的金屬礦深部多場耦合智能開采戰略研究》，為金屬礦深部智能化開采指明了方向。因此，近年來隨著國家的重點支持，智能礦山的研究和建設都取得了比較大的進展[5-6]。但產業發展必須與人才教育緊密聯系，相互支撐。因此，根據行業發展的趨勢需求做好教育的主動布局和自我改革，對促進礦山智能升級意義重大。

礦山智能化建設面臨著諸多挑戰，其中一條就是傳統采礦人才培養模式與礦山智能化建設背景下對人才需求的矛盾。智能采礦涵蓋了很多新技術，例如智能采掘技術、智能監測、精準定位技術、通訊傳輸技術、物聯網架構技術和數據分析技術等，體現了很強的學科交叉性。而傳統采礦工程的人才教育培養模式在培養理念、培養目標均與智能采礦技術的發展存在一定程度的差距，尤其是在多學科深度融合交叉方面有所欠缺，導致現有的培養模式不能很好地滿足采礦智能化的要求，無法完全適應智能礦山轉型升級的需求。因此，面向智能礦山建設的發展需求，探索建設匹配的人才培養體系，培育具有交叉學科背景的智能采礦人才，必然成為礦業工程人才培養的新趨勢。例如，西安科技大學根據新工科背景要求，歸納出了智能采礦人才的培養目標[7]并探索了煤礦之能開采的“金課”設計[8];西安建筑科技大學依據智能礦山企業對采礦人才的綜合需求，提出了人才培養模式的具體措施[9];中國礦業大學基于OBE理念，重構了適應智能采礦人才培養的課程體系[3];山東科技大學根據煤礦智能化建設背景進行了智能采掘技術課程設計[10];以上基于新時代智能礦山人才培養方面的探索，對于礦山智能化升級具有重要的支撐作用，但上述智能人才培養模式的構建主要面向的本科階段。研究生人才作為我國高素質人才隊伍的重要組成部分，是實現智能開采，推進智能礦山建設的重要踐行者，交叉學科研究生的培養是未來研究生教育發展的重要趨勢[11]，但是基于交叉學科的智能采礦研究生培養的實踐探索方面并不多見，反映了交叉學科研究生的培養尚未形成可廣泛推廣應用的范式。

因此，本文針對東北大學采礦工程在培養面向智能礦山學科交叉人才遇到的問題，以滿足采礦工程專業基礎能力要求、強化智能開采人才的學科交叉能力為基本思路，提出了相應的解決方法和舉措，以探索建立適應智能礦山建設需要的研究生人才培養體系。

一 主要存在問題

（一）? 研究生生源質量堪憂

由于國家推薦免試研究生政策的全面放開，采礦工程專業優秀生源流失嚴重，采礦工程專業碩士研究生第一志愿錄取率不到50%，生源缺額需要調劑。調劑生源目前涉及計算機、自動化、機械制造等16個本科專業，對于采礦工程學科研究生培養帶來了巨大的挑戰，但也為基于學科交叉培養未來智能采礦方面的人才帶來了機遇。

（二）? 研究生培養體系亟待更新

面向礦產資源智能開采的行業發展趨勢，構建多學科交叉的培養體系，是擺在采礦工程學科面前的一個挑戰和必須完成的重任，也是新形勢下培養人才的必然要求。針對多學科的研究生生源結構，須有機融合采礦、機械、軟件、電氣、計算機、自動控制和信息技術等多學科的專業知識，以礦山智能開采為核心目標，調整并創新采礦工程學科人才培養模式，修訂研究生培養方案，同時將習近平新時代中國特色社會主義思想融入課程思政元素，以滿足未來智能采礦對國際化采礦高端技術人才的全方位需求。

（三）? 研究生導師隊伍亟需加強建設

面向礦產資源智能采礦的行業發展趨勢，開展多學科交叉融合是必由之路。但在研究生培養過程中，研究生導師隊伍建設出現嚴重短缺和滯后，傳統采礦工程學科的研究生導師基本都畢業于采礦工程及其相關專業，在智能化、信息化等方面科研和師資力量欠缺。如此一來，借助校內計算機等專業優秀教師資源，聯合培養智能采礦工程學科的研究生，并開展科學研究的深度合作，日益成為人才培養與學科發展的雙向要求。

二? 解決方法與主要舉措

針對采礦工程學科在研究生培養過程中出現的生源質量堪憂、培養方案與時代脫節以及師資力量存在短板等問題，采礦工程學科迎難而上、聚力創新，經過多年教學與科研實踐，提出了如下解決問題的方法。

（一）? 針對研究生生源問題的解決方法與舉措

首先，選派最優秀的宣講隊伍，包括長江學者、杰出青年基金獲得者等國家級人才為主要宣講成員，奔赴全國各礦業類高校進行研究生招生宣講，開設云課堂、“教授為專業代言”等多種類的線上宣傳活動。自2013年起采礦工程學科舉辦學術夏令營活動，吸引全國礦業類相關學校學生參加，有效提高了研究生生源的質量。

其次，采礦工程學科將調劑工作的功能從彌補生源不足轉變為置換優秀生源，吸引了中南大學、中國礦業大學等礦業工程A+高校考研生;通過跨專業調劑招收軟件工程、電氣工程、計算機科學和控制科學與工程等多個專業的本科生，為開展智能采礦等方面的研究生培養奠定了生源基礎。

再次，為了將本校最好的本科生源留校攻讀研究生，建立了面向未來的采礦工程本-博貫通式拔尖人才培養模式，把優秀生源吸引到采礦工程學科攻讀博士學位，把傳統上本科-碩士-博士的學制從11年壓縮到了9年，顯著提升了采礦工程專業的博士生生源質量和培養效率。

（二）? 針對研究生培養體系改革的解決方法與舉措

首先，強化政治引領，融入課程思政元素。采礦工程學科堅持立德樹人根本任務，結合采礦工程學科特色和文化，積極開展了“三全育人”和“五育并舉”的綜合教學改革，突出黨建育人引領，凝練礦業特色文化，加強文化內涵建設。充分利用“朝陽資土”微信公眾號、官方微博等宣傳平臺，激勵學生胸懷祖國，投身礦業的愛國熱情。以“獻身礦業、敬業報國”精神著稱的東北大學“五四煤”班為學習典范，以國家戰略性金屬礦產資源安全高效開發的國家重大需求為導向，培養學生舍小家為國家、淡泊名利、潛心研究的奉獻精神，樹立學生投身國家礦業建設的理想和“矢志鑄盾、丹心報國”價值觀，讓紅色基因代代相傳。將思政元素融入專業骨干課中，將思政教育潛移默化地融入教學，為學生點亮理想的航燈。同時，采礦工程學科邀請國家最高科學技術獎獲得者錢七虎院士，中國工程院孫傳堯院士、馬洪琪院士、邵安林院士、王國法院士和馮夏庭院士等知名學者和優秀畢業生代表，為研究生開展專題講座，激勵礦業學子樹立敢為人先的創新精神，勇攀科學高峰，提升礦業情懷，樹立報國之志。

其次，針對智能采礦的行業發展需求，采礦工程學科不斷優化研究生培養方案，增加了采礦工程仿真技術與應用、智能巖石力學和智能礦山與物聯等課程，構建了基于多學科交叉的智能采礦工程研究生培養體系。針對本-博貫通式培養方法，采礦工程學科制定了新的貫通課程體系。考慮本-博貫通班（8年制）培養對象和修業年限的特殊性，為了保證人才培養質量，將部分本科專業課由研究生主干課程替代。新的課程體系強調科學精神與人文素養教育、實踐、學術活動等環節的培養，新的培養體系加強了本-博貫通班培養環節的考核與淘汰制度，根據本-博貫通班學生在每個環節的考核結果，決定學生是否繼續攻讀或分流淘汰。從畢業要求上，除學術論文外，其他學術成果積分也須達到相應的畢業要求。通過制定完善的相關配套方案，把傳統上本科-碩士-博士的11年學制壓縮到8～9年，實現了本-博貫通式培養。同時，采礦工程學科完善了研究生培養過程中的選題、中期抽查、雙盲評審、預答辯與答辯等制度，強化論文質量全過程監控，嚴格把關論文質量;導師在研究生指導實踐中，有意識地培養和強化研究生的科研精神，在學術論文寫作規范方面給學生以具體指導，在遵守學術道德規范方面對研究生提出嚴格的要求。課題組定期召開“防范學術不端”等專題講座，讓研究生認清哪些地方容易出現學術不端問題，從源頭上杜絕了學術不端問題的出現。

再次，立足于“四個面向”開展研究生論文選題。研究生選題緊密結合導師及其團隊的科研項目。采礦工程學科通過與本校計算機科學與工程學院團隊合作，組建了“智能采礦工程”研究生指導團隊，已聯合培養博士畢業生1人、碩士畢業生2人。通過合作指導，將礦業實際需求與深度學習算法相結合，提升了智能采礦的研究生培養水平，在聯合培養研究生的基礎上也實現了科研的深度融合和交叉創新。

（三）? 針對研究生導師隊伍問題的解決方法與舉措

首先，通過聘請校外研究生導師作為導師力量的有效補充。與國內外科研院所、礦山企業合作，打造高標準的研究生實踐實訓培養基地，為研究生配備企業導師，實現了研究生雙導師制。采礦工程學科建立了如東北大學-北京北礦智能科技有限公司校企聯合等研究生實踐培養基地。利用國家級虛擬仿真實驗教學中心、東北大學-山東招金國家級實踐教學基地等實踐基地，深化產教融合，構建校企合作育人機制，實行校企雙導師制，深入礦山現場開展研究工作。

其次，通過國際合作與交流，提升研究生培養的國際化水平。采礦工程學科充分發揮了“111引智基地”的作用，邀請國際知名學者參與研究生指導。依托國際工程教育認證，采取了博士生國內外聯合培養、境外實習實訓等方式，實現了多名研究生與國外高水平大學（包括美國賓州州立大學、德國弗賴貝格工業大學等）的聯合培養。另外，采礦工程學科開設了暑期國際班，舉辦東北大學研究生國際暑期學校，邀請了國際知名教授為暑期班研究生上課，拓寬了學生的國際視野，提升了人才培養質量。另外，學科舉辦了遼寧省采礦工程研究生學術論壇，鼓勵研究生積極參加國際學術會議，并起草大會或分會場學術報告，增強了研究生的學術自信。

三? 推廣應用效果

通過多措并舉，東北大學采礦工程專業研究生的生源結構進一步優化。近兩年，東北大學采礦工程專業的研究生生源地覆蓋全國18個省、市、自治區，研究所生源院校遍布國內30余所院校，如圖1所示。其中，雙一流建設高校生源比例逐年提高，在2021年達到了37%。此外，學科招收的研究生本科專業不再僅限于采礦工程，而是擴展到軟件工程、自動化、機械工程、電氣工程、計算機科學與工程、地質工程、工程力學和測繪工程等專業，如圖2所示。這不僅為采礦工程科研工作的交叉融合注入了源頭活水，也為智能采礦工程研究生培養提供了生源保障。

在研究生培養過程中，由于生源學科的豐富多樣，各學科生源在采礦工程學科平臺上，瞄準智能開采這個核心目標，學科知識相互融合，取長補短，促進了人才培養與科研創新兩方面共同邁上新臺階。從研究生就業方面看，采礦工程學科的畢業生就業方向也不再局限于中國黃金集團、山東黃金集團、紫金礦業集團、寶武鋼鐵集團、河北鋼鐵集團和北京礦冶研究總院等大型礦山企業或礦業科研院所，同時也為三一重工、中鐵集團、中建、中核等大型企業輸送了眾多具有采礦工程專業背景的復合型人才。

近年來，成功舉辦了多次以研究生為主體的國際暑期課程、無國界課程及國際專家報告活動，開設全英文短期課程3門（國際暑期課程）、無界課堂7門、國際學者報告35場，舉辦了遼寧省采礦工程研究生學術論壇。上述學術活動的舉辦，大大增進了國內外研究生的學術交流，擴展了研究生的國際視野。借助各種交流平臺，東北大學采礦工程學科的研究生參與國際會議的頻次顯著增加，即便在全球疫情影響之下，也通過線上會議形式積極參加各種學術會議及討論，研究生參加國際會議并作報告13次。通過改革和創新研究生培養模式，實現了多名研究生與國外高水平大學（包括美國賓州州立大學、德國弗賴貝格工業大學等）的聯合培養，為培養具有高水平、國際視野的采礦工程科研人才創造了條件。此外，東北大學采礦工程專業成功獲批了2020年遼寧省研究生創新與學術交流中心，在此平臺之上，一年多時間里已舉辦學術會議兩次，得到了多所礦業院校研究生的一致好評。

四? 結束語

面向智能采礦對多學科交叉復合型人才的需求，東北大學采礦工程重點學科立足采礦學科國際發展前沿、跟蹤現代采礦技術國際發展趨勢，基于多學科交叉的智能采礦研究生培養體系構建為目標，修訂了研究生培養方案，開創了校內多學科交叉培養、校內外雙導師聯合指導、國內外聯合培養的研究生培養模式。多學科交叉融合的研究生培養模式激發了研究生的創新活力，提高了培養質量，全面提升了研究生創新能力的培養水平。同時這種培養模式有機整合了多學科、多專業的師資力量，有效解決了智能礦山研究方向師資力量的不足，提高了研究生培養的國際化水平。

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