美国采矿工程学科科研管理体制与人才培养

彭赐灯，郭文兵，赵高博

采矿工程是一门复合交叉型学科，涉及采矿、安全、地质、测绘、机电、信息、计算机、控制、环保等学科。随着采矿行业的日趋国际化，采矿工程专业学生与国外一些大学的学术交流有所增加。在美国，采矿工程与土木、电气、机械、化学等其他工程学科相比具有一定的特殊性，主要因为从事采矿工程的教师和学生人数非常少,另外，采矿工程学科服务于单一行业，即具有周期性兴衰的采矿行业，学生入学数量与采矿行业的兴衰有很大的关系，具有一定的周期性(1)PENG Syd S. "Method of Academic Mining Engineering Research", Mining Engineering, vol.10,2009, pp.28-29.。

美国有关采矿科研项目资金源自联邦政府、采矿公司、州政府及其他，但主要依赖于联邦政府，如美国以前的矿业局(U.S. Bureau of Mines, USBM)和目前的国家职业安全卫生研究所(National Institute for Occupational Safety and Health, NIOSH)。与其他学科的工程项目相比，过去40年联邦政府和采矿公司资助的采矿研究项目很少，只有当国会应对采矿灾害时才会为相关采矿工程项目拨款。然而，美国大学的管理部门在管理上更倾向于各专业采用统一的标准，要求学校所有专业在研究经费和学生招生等方面的政策都相近，这使得美国大学里的采矿工程系与其他工程学科竞争困难(2)PENG Syd S. "Managing the Mining Engineering Program", Coal Age, vol.1,2010, pp44-46.。

一、 美国高等教育及其采矿工程学科特点

(一) 美国高等教育的主要特点

1. 在美国，大学分为两种类型：公立大学和私立大学。每个州至少有一至两所公立大学和多个公立学院，其经营预算由州政府通过每年或每两年的州立法机关的拨款资金组成，因此，公立大学的运作受州法律的约束。而私立大学如斯坦福大学、哈佛大学和麻省理工学院等，其运营预算则由学生学费及其他费用或者外部捐赠资金组成。

2. 一所美国的大学通常由5个以上学院组成。大学和学院由学术委员会与行政部门管理。其中，学术委员会的成员由教师选举产生(选举方法非常类似于美国国会选举的众议院成员)，该部门主要负责管理大学和学院的学术事务。行政管理部门包括校长、副校长、院长、系主任，主要控制预算、日常运营及辅助服务，其中，校长办公室的行政部门等级高于学院，学院的行政部门等级高于系。

3. 教师的任务主要分为教学、学术研究与服务，每年年初在这三方面对教师进行评估。校长、副校长、院长、系主任等行政人员一般不从事教学及科研工作，而是全职服务教师。

4. 大学的预算分配至学院，然后学院根据学生的入学人数和教师人数分配给各个学科系。对于公立大学，工资预算只针对具有终身职位的教师。

5. 美国大学的学术声誉在很大程度上取决于教师的研究成果。因此，学校鼓励教师进行科研研究和出版论文或著作。一个优秀的教师会给其所在的学科系带来声誉，进一步惠及学院及大学。例如，如果采矿工程系在长壁开采方向十分闻名，则该系必须要在该领域拥有一名或多名享有盛誉的教师。

(二) 美国采矿工程学科的特点

在美国，一些采矿工程系隶属独立的矿物、采矿学校或学院，而大多数采矿系隶属于工程学院，学院还设有其他的工程学科，如化学、电气、工业和机械工程等。与其他工程学科相比，美国采矿工程系在所有评估指标，如学生入学数量、教师人数、研究经费来源及数量、学生未来就业职位等占比都非常小。因此，如果采矿工程系是工程学院的一部分，则很难与工程学院其他系进行竞争。如果采矿工程系是传统矿物或采矿学校的一部分，那么,由于其新生入学人数少，年度预算分配的比例也将很小。

总体来说，美国采矿工程学科主要具有三个特点：(1) 其资助单位及资金项目数量非常少，参与项目的教师和学生的人数也很少。(2) 主要服务于单一行业(采矿行业)，兴衰具有一定的周期性，可反映采矿经济的起伏状态。近70年的相关统计数据表明：一个周期大约为30年，前10年上升，后20年下降。(3) 采矿工程专业的课程安排比较特殊，且主要服务于煤炭、金属矿或石矿。

以下就采矿专业教师、采矿专业学生、采矿课程管理及科研项目四个方面详细阐述美国采矿工程学科的特点。

1. 采矿专业教师

美国大学分配给采矿工程专业的教师岗位以及现有的教师总量很少，如目前在美国的14个含有采矿工程系的大学中，西弗吉尼亚大学采矿工程系的教师岗位有6个，岗位数量在美国常位居前五名。目前，美国所有采矿工程系的教师岗位在过去40年内上下波动，多数情况下约为70个，包括教授、副教授、讲师及助教。

图1 大学采矿专业教师任务分配权重

采矿专业教师的任务分为教学、学术研究与服务，教师在每年年初需要向系里提交个人总结报告，采矿系主任根据教师在上述三方面的表现对其绩效进行评审，随后依次上交至院长、校长进行再次审核及评审。在进行评审时，上述三方面所占的权重大部分如图1所示。

教学任务的评审指标主要为学生的评教成绩；学术研究任务主要包括项目数量、项目申请书数量以及论文(期刊或会议)数量；服务任务主要包括项目申请、系里或学院或大学的行政职责、指导及毕业的本科生及研究生(硕士及博士)数量以及对采矿协会的贡献等。

由于大多数研究生或本科生更倾向于在课堂上获得与现场采矿作业相关的知识，因此，除了相关采矿理论背景外，采矿专业教师还必须讲授与现场采矿作业相关的知识,同时，要注重深入分析，激发学生的创造力和独立思考能力。但是，采矿工程系的教师通常精通于一个科研领域，并拥有该领域的博士学位，没有接受过课堂教学技能方面的培训,只有少数教师具有教学天赋并擅长教学，而多数教师需进行反复的教学技能培训，尤其是在课堂演示及课堂交流的方法上。

2. 采矿专业学生

在美国没有高考，各个大学都有其本科生入学的标准，高中毕业生可以根据自身条件自由申请任何大学，并参加考核。由于采矿工程只服务于具有周期性的采矿行业，学生入学率随采矿行业趋势而上下波动。当采矿业衰退时，就业机会稀缺，新生数量少，甚至有的转至其他专业；当该行业蓬勃发展时，情况恰恰相反。目前，美国所有采矿专业本科生数量为700～800。另外，在美国工程类本科为四年制，但由于学生选课数量、所修学分不足等问题，大多数学生需要四年半时间才能获得本科学士学位。

在过去的30年里，针对采矿业，尤其是煤炭行业的环保问题宣传不当，引起了公众对采矿工程专业的误解，多数高中毕业生不愿选择采矿工程专业。由于部分大学难以维持采矿系本科生招生的最低人数，因此被裁撤。1965年，当笔者前往美国深造时，当时美国有27个含有采矿工程系的大学，但目前只剩下14个大学含有采矿工程系，这14个含有采矿工程系的大学属于14个不同州资助的公立大学，并都已经ABET认证。因此，它们都受到各州资金的制约，这些资金随着国家乃至各州的经济状况变化而波动。

为了保证招生数量，笔者经常访问西弗吉尼亚州及周边邻近各州的所有高中，向学生介绍有关煤能源在日常生活中的重要性，提供许多有关的采矿奖学金和暑期工作，以及毕业后会有很多高薪的好工作等，并持续跟进那些对采矿工程感兴趣的学生，直到他们入学并完成新生注册。

为了帮助采矿系学生在四年内顺利完成本科生课程，教师与学生必须保持密切联系，便于及时帮助学生解决遇到的学术或个人生活问题，以提前预测并预防学生安全问题的发生。另外，教师和学生密切的沟通促使他们成为朋友，否则，学生不会敞开心扉告诉教师他们遇到的困难。因此，与学生保持经常的联系是很重要的。

在美国，每位采矿系的教师辅导5～20个本科生，具体人数是根据系里教师与本科生的人数而定。笔者发现，如果在每周的教师会议上经常汇报并讨论各自辅导的本科生的日常表现，那么学生的日常生活以及学习问题可以很快解决。采用这种方法，采矿工程专业学生的毕业率远远高于其他工程类专业。

3. 采矿课程管理

美国采矿工程专业课程大致可分为两类：金属矿和煤炭。位于密西西比河以西的大学强调金属和贵重矿物的开采，而以东的大学强调煤炭或石矿的开采。

自1936年，美国工程与技术认证委员会(Accreditation Board for Engineering and Technology, ABET)专业认证已被采矿工程专业作为课程质量标准所接受。通过专业认证是课程管理质量的保证。在2000年，其评估标准着重于课程项目的教育目标及其成果，传统的评估标准如教师人数、基础课程及专业课程的门数等也被涵盖其中。

另外，由于采矿技术进步和政府监管要求，煤矿行业常推荐新的课程，并看情形将其纳入课程中，以反映采矿前沿的技术与知识，因此需要定期审查课程内容。在笔者担任采矿系主任的28年任期内，共对课程共进行了八次修订，其中包括课程的添加、变更或删除。在美国，大学教授可以自行决定课程的变更，院长和校长将对其进行预算调整，促使变更后的课程更加合理。

4. 采矿科研项目

美国大学采矿科研项目资金来源及历程如图2所示。

由图2可知，在20世纪60年代中后期(1967—1968年)发生的一系列煤矿爆炸事件促使国会颁布了《煤矿健康与安全法(1969)》，并在1970—1983年期间提供了大量的采矿科研项目资金，用于研究煤矿及金属矿所有存在的问题，几乎涵盖了与采矿相关的所有领域。

1984—1995年，采矿科研项目资金主要对两个采矿专题技术研究中心(矿山设计研究中心和煤灰尘控制技术研究中心)进行资助。在1995年，美国国会撤销了美国矿业局，并将采矿的项目移交于国家职业安全卫生研究所；1995—2006年，国会的资助几乎终止了。

2006—2007年，国会为应对一些煤矿事故，如Sago煤矿、Aracoma煤矿和Darby煤矿发生的采矿区密封墙事故，Crandall Canyon煤矿发生的冲击地压事故，再次拨出相关特定的采矿科研项目资金，主要对已选定受影响区域的井下跟踪与通信、矿井密封与通风以及深井煤柱回采等进行短期的研究。

2003年，国家职业安全卫生研究所就岩层控制及通风方面提供采矿科研项目资金，直到现在，美国一半的大学都可以申请并得到了该研究所的资助。

2010年4月10日，西弗吉尼亚州南部的Massey煤矿公司的Upper Big Branch煤矿发生瓦斯爆炸，造成29名矿工死亡。Massey煤矿公司宣布破产，并被Alpha自然资源公司收购。

2012年，Alpha自然资源公司资助5000万美元用于矿工健康与安全方面的研究，同时也作为解决这场矿灾法律责任的一部分资金。这项采矿研究资助资金至今仍然存在。

另外，美国所有的采矿生产作业都要遵守联邦法律的规定(3)参见U.S. Congress. Federal Mine Safety and Health Amendment Act, 95th Congress, PL95-164. S.717, November 9, 1977.(4)参见U.S. Congress. Surface Mining Control and Reclamation Act, 95th Congress, PL95-87, H.R.2. August 3, 1977.：1969年的《煤矿矿山健康与安全法》，后来在1977年扩充为《矿山健康与安全法》和《露天开采控制及复垦法》(前者由美国矿山安全与健康管理局(U.S. Mine Safety and Health Administration, MSHA)管理(5)参见MSHA (Mine Safety and Health Administration, U.S. Department of Labor). https:∥www.dol.gov/general/aboutdol/ history/carter-mshaice.，后者由美国露天开采办公室(U.S. Office of Surface Mining, OSM)管理(6)参见OSMRE (Office of surface Mining and Reclamation Enforcement, U.S. Department of the Interior). https:∥www.osmre.gov/.)。

所有采矿计划也必须提交给上述两个机构，获得批准后才能实施。在制定采矿计划时，有些矿山可能需要专家的帮助；此外，当矿井遇到诸如冒顶、塌方及突水等问题时，可能需要外界帮助,调查其原因以及如何预防。在其他情况下，矿山管理部门和MSHA或OSM可能会就提交的采矿计划等问题存在争议，需要第三方专家进行评估，因此矿山领导、技术人员以及联邦政府矿山管理部门通常会邀请外部咨询专家，因为他们在矿山生产操作方面有丰富的现场经验。

二、 美国采矿工程科学研究方法及管理体制

据上所述，由于采矿系生源和科研项目经费来源非常少，采矿工程系主任及教师的压力非常大。因为采矿系教师的评估标准与其他工程学科系教师的相同，而这些工程学科系的招生人数众多，科研项目经费及来源众多。为了获得采矿工程科研项目资金，采矿系教师必须加倍努力才能获得与其他工程学科系相同的资源。在这种情况下，采矿系主任有额外的职责，即招收新生以增加入学人数、寻求外部捐赠等，最重要的是，帮助教师在各自领域获得提升和发展，以充分发挥其潜力。

美国西弗吉尼亚大学的采矿工程系由在美国的鲜为人知发展至如今的世界闻名，主要得益于笔者探索并实践的一种从采矿系领导体制、外部资源拓展及采矿学术研究三方面的美国采矿工程科学研究方法及管理体制，如图3所示。

(一) 采矿系领导体制

1. 高校行政管理是为了实现教师自治和道德建设的目标，行政管理体制应是透明的。

2. 系主任必须营造有利于教师的科研环境，并指导新进教师，帮助他们在教学、学术研究和服务等方面建立自己的特长，并帮助他们发展，直到其得到行业认可,特别是新聘用的青年教师；认真监督各个教师的教学业绩及其教学成果，如熟习课程大纲、课程细节及其新的进展、与学生沟通和上课等方面。评估的结果应每年在年度绩效评估会议上向教师们展示一次，说明其优势或需要改进的地方。

3. 与其他工程类科研项目相比，过去30年来，联邦政府和采矿公司资助的采矿研究项目非常少，给采矿系教师带来了很大的压力。在这种情况下，系领导必须不断地、积极地发展和保持与政府机构和采矿公司在科研资金来源方面的联系。若有任何新的消息和动态须及时向教师传达，并鼓励和协助教师制定和提交项目研究计划。

4. 采矿系的领导必须提供足够的实验条件和设施，主要是在实验室设备方面，不仅要留住现有的优秀教师，还要吸引其他知名教师加入采矿系，要维持一批优秀的教师团队。

(二) 外部资源拓展

如前所述，与其他工程类学科相比，采矿工程科研项目非常少，在有限的采矿科研项目资金条件下，很难竞争到足够的科研资源,因此，外部资源的拓展对采矿工程学科来说至关重要。

1. 外部资源拓展的目标是寻求外部支持，包括人脉关系、科研资金和特殊项目。人脉的支持包括学生招募和科研项目资助者的贡献。人脉的支持与资金的支持一样重要，因为它清楚地向大学行政部门表明，该学科专业得到了校友、朋友和行业的大力支持。笔者于1997年与校友和煤炭行业的朋友合作，争取到西弗吉尼亚州立法机构成立了煤炭和能源研究局(Coal and Energy Research Bureau ，CERB)，该局每年提供30万美元采矿科研项目经费，并将其平均分配给西弗吉尼亚大学采矿工程系的每位教授作为种子研究经费，用于做一些基础试验研究，为以后向联邦政府、州政府及采矿公司等申请相关科研项目经费奠定基础。该项目经费的资助一直持续到2015年。

2. 获得采矿其他资助的关键是与校友、朋友和矿业公司建立联系。一个良好的关系是通过长时间建立的，并需要持续长期的努力，如通过频繁的电话沟通建立关系；通过关注媒体对个人新闻的报道，及时祝贺校友和朋友所取得的优秀成果；时常与资助者保持联系；出版一年两次的宣传通讯刊物，不仅包括教师和学生新闻，更重要的是校友活动，让他们能够关注采矿系的发展；打造一个系列讲座品牌，邀请像校友和有成就的采矿学者等类似的报告人，他们的成就将成为学生的榜样；还要感谢每一个资助者和志愿者，不管资助的规模有多大。

3. 目前所有含有采矿工程系的大学都属州政府管辖并资助的，因此所有采矿工程科研项目都是由州政府管理，并由州立法机关控制着项目的经费。因此，必须与熟悉州政府政策的校友和行业支持者合作。

4. 为了使教师更好地履行教学、学术研究和课程管理以及外部资源拓展等职能，应成立一个由学术界、政府、科技咨询单位、设备制造商和运营商等有影响力的代表组成的咨询委员会，以为教学及科研项目提供建议。

(三) 采矿学术研究

科研是提高教学质量及人才培养质量的重要手段，科研与教学紧密结合，互相促进。另外，教师的科研成果或声誉也反映了大学的地位。因此，进行采矿工程学术研究在大学里受到了高度的重视和激励。

1. 从事采矿方面的科研工作需要三个部分：教师、资金项目和研究生(硕士、博士)或博士后。教师角色主要是提供和创造研究环境和条件，如实验室、科研项目资金、学生奖学金以及研究生薪水；研究生是学术研究的主力军，需保持好奇、追求创新、努力工作和诚实心态，因此学院维持一群优秀的研究生至关重要，并尽可能多地召开研究生小组研讨会。

2. 由于教师主要依靠研究生来开展项目研究，因此，招收高质量的研究生是高质量成果的先决条件。特别是在采矿业处于下降周期时，应主动与各校或世界知名的研究人员进行接触和沟通，多招聘他们的顶尖学生和工作人员。

3. 采矿科学研究的新突破是矿业工程学科专业发展的主要工作之一，教师必须保持持续的研究，以便与其专业领域同步发展。由于采矿工程涉及多个不同的学科，从事采矿学术研究应结合其他相关学科，如以从事岩层控制方向为例，应结合地质学、地球物理学、结构(应用)力学、材料科学、计算机与软件应用等。

4. 在采矿公司资助的短期小项目中，如何找到科学问题并再将其转化为长期的学术理论研究,换言之，如何将从短期项目得到的研究成果发展成更广泛且更基本的理论，以推广至其他采矿公司是十分重要的。为了实现这一目标，教师必须充当连接纽带的角色，且必须了解每个项目的细节，以便他们熟知哪些重要且尚未解决的问题，指导分配给特定的研究生去做，并指导下一批研究生继续研究，促进采矿科学不断深入发展。

5. 学术成果出版的数量和质量在研究绩效评估中是同等重要的。出版质量通常是由学术期刊的级别确定的。就采矿工程而言，顶级学术期刊较少，且在顶级学术期刊上发表论文平均需要两年时间。在规定的任期和晋升期内达到最低出版物数量的一种方法是：在可行的情况下，鼓励项目内外的教师开展合作研究，并在出版物中共享作者身份。同样的原则也适用于科研项目资金和申请书的撰写。这种方法还将加强教师之间的沟通，从而充分利用教师资源。

确保发表高质量论文或出版著作的一种方法是由研究小组内的教授审查其语言论述的准确性，并鼓励在研究小组会议上对论文或著作进行公开讨论。

三、 美国采矿工程研究生教育

研究生是教师进行科学研究的主力军，博士研究生可以发表更高质量的研究成果。少数教师独自在其专业领域内从事科学研究，多数则经常选择与其他专业的教师进行多学科交叉合作研究。在美国,教师没有科研项目资金，就不能招收研究生，同时，任何工程学科系的研究生人数不受限制；大多数采矿工程专业研究生主要依赖外国的学生。目前，美国采矿工程专业研究生(硕士和博士)数量为100～200人。

通常情况下，由于研究生一年级的学生专业知识较为薄弱，没办法参加正在进行的研究项目工作,因此，一般很少分配其有关研究项目的任务，而是建议他们选修有关其研究方向的专业课程，以加强其专业知识与基础学术研究的能力。硕博士生的学位论文应是对现有知识的完善或对新知识的探索，或两者兼而有之，当与其完成论文时所做的工作量无关。

在大多数时候，拥有高学位毕业生的数量远远超过了就业市场的需求，主要是因为煤炭行业通常不愿意雇佣更高学位的毕业生，特别是博士学位的毕业生。幸运的是，笔者指导的研究生在其培训实习或参与项目期间，都与煤矿行业保持着紧密联系，使煤矿意识到他们在提高煤矿安全生产方面的重要性，这大大提高了煤矿和设备制造商接受这些学生的概率。

在煤矿现场从事煤矿学术调研或实习时，准备一个笔记本并记录看到的和学到的,并要与矿山管理人员及其他管理人员交流，自学或从他们的经验中获知如何调查采矿问题，并不要忘记与理论相结合。针对采矿研究生的教育，根据管理、教学、研究和服务实践经验，开展采矿学术研究的最有效方法总结如下：

(1) 建立一个由博士后、博士生和硕士生组成的不同年级的研究小组，鼓励高年级的学生(特别是在其研究领域中具有较高专业知识的博士生)协助指导低年级学生。

(2) 安排每周小组学术会议，讨论研究中遇到的问题或个人轮流汇报其项目的研究进展情况。每次会议都必须公开讨论项目中的重要科学问题。

(3) 鼓励学生倾听、分享学术观点，互相讨论分析观点，学会拒绝或接受观点。

小组学术研讨会除了对思维过程进行训练外，还能使教师了解每个学生的优缺点。科研小组的研究方向随时间的推移而延展，研究经验也随之丰富。成功的学术生涯需要发表和出版高质量学术论文和书籍，组织并积极参加会议或研讨会。另外，采矿公司既可以短时间内从教师的团队中得到他们想要的结果，教师也可以从事与常规采矿生产相关且有意义的应用研究和基础研究。最好的结果是使煤炭企业将对采矿学术研究给予高度重视。

四、 结 论

相比于其他工程类专业，美国采矿工程专业有其自身的特点，如科研项目资金来源和数量少、参与项目研究的师生人数少、服务于具有周期性的单一采矿行业等。针对美国采矿工程专业存在的这些问题，本文从采矿专业教师、学生、科研项目以及课程管理等方面进行了详细阐述，总结了美国采矿工程科学研究方法及管理体制等方面的探索和成功经验，即应在采矿系领导体制、外部资源拓展及采矿学术研究三个方面进行科学的管理和协调。

纵观采矿工程研究生的教育，在总结多年教学经验的基础上，可以建立一个由博士后、博士生和硕士生组成的不同年级的研究小组，并定期组织召开学术研讨会，经证明这是开展采矿学术研究有效的方式，这一方式可供中国矿业工程学科的科学发展和采矿工程专业人才培养提供借鉴，也可为中美采矿工程专业师生的进一步合作交流提供指导。