基于多学科交叉的智能采矿研究生培养体系构建

刘洪磊 侯晨 刘溪鸽 张鹏海 邓文学 关凯

摘  要：面向智能采矿对多学科交叉复合型人才的需求，东北大学采矿工程学科通过建立采矿工程本-博贯通式培养模式，提升采矿工程专业研究生的生源质量、优化生源结构;通过广泛接收调剂生源，招收软件工程、计算机科学与工程、控制科学与工程、电气工程等专业的研究生，从源头上保障多学科的交叉与融合;采矿工程学科着重发展矿产资源的智能开采方向，修订研究生培养方案，建立多学科交叉融合的研究生培养模式，全面提升研究生创新能力的培养。

关键词：智能采矿;学科交叉;研究生培养;体系构建;创新能力

中图分类号：C961        文献标志码：A          文章编号：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

矿业是国民经济发展的基础，但开采条件恶劣、劳动强度大、安全问题突出是制约我国矿山进一步发展的关键问题[1-2]。智能矿山（Intelligent mine）由芬兰在1992年提出，是随着矿山数字化和信息化提出的新概念[3]，是指在矿床开采过程中，综合利用自动化、通信、人工智能和深度学习等技术，以开采环境数字化、采掘装备智能化、生产过程遥控化、信息传输网络化和经营管理信息化为特质，通过对开采过程实现实时监测和智能决策控制，最终实现矿山的安全、高效、经济和环保生产[2，4]。近年来，随着金属矿山开采深度的不断加深，智能开采被认为是实现矿山本质化安全的必由之路。中国工程院于2019年启动了《面向2035的金属矿深部多場耦合智能开采战略研究》，为金属矿深部智能化开采指明了方向。因此，近年来随着国家的重点支持，智能矿山的研究和建设都取得了比较大的进展[5-6]。但产业发展必须与人才教育紧密联系，相互支撑。因此，根据行业发展的趋势需求做好教育的主动布局和自我改革，对促进矿山智能升级意义重大。

矿山智能化建设面临着诸多挑战，其中一条就是传统采矿人才培养模式与矿山智能化建设背景下对人才需求的矛盾。智能采矿涵盖了很多新技术，例如智能采掘技术、智能监测、精准定位技术、通讯传输技术、物联网架构技术和数据分析技术等，体现了很强的学科交叉性。而传统采矿工程的人才教育培养模式在培养理念、培养目标均与智能采矿技术的发展存在一定程度的差距，尤其是在多学科深度融合交叉方面有所欠缺，导致现有的培养模式不能很好地满足采矿智能化的要求，无法完全适应智能矿山转型升级的需求。因此，面向智能矿山建设的发展需求，探索建设匹配的人才培养体系，培育具有交叉学科背景的智能采矿人才，必然成为矿业工程人才培养的新趋势。例如，西安科技大学根据新工科背景要求，归纳出了智能采矿人才的培养目标[7]并探索了煤矿之能开采的“金课”设计[8];西安建筑科技大学依据智能矿山企业对采矿人才的综合需求，提出了人才培养模式的具体措施[9];中国矿业大学基于OBE理念，重构了适应智能采矿人才培养的课程体系[3];山东科技大学根据煤矿智能化建设背景进行了智能采掘技术课程设计[10];以上基于新时代智能矿山人才培养方面的探索，对于矿山智能化升级具有重要的支撑作用，但上述智能人才培养模式的构建主要面向的本科阶段。研究生人才作为我国高素质人才队伍的重要组成部分，是实现智能开采，推进智能矿山建设的重要践行者，交叉学科研究生的培养是未来研究生教育发展的重要趋势[11]，但是基于交叉学科的智能采矿研究生培养的实践探索方面并不多见，反映了交叉学科研究生的培养尚未形成可广泛推广应用的范式。

因此，本文针对东北大学采矿工程在培养面向智能矿山学科交叉人才遇到的问题，以满足采矿工程专业基础能力要求、强化智能开采人才的学科交叉能力为基本思路，提出了相应的解决方法和举措，以探索建立适应智能矿山建设需要的研究生人才培养体系。

一 主要存在问题

（一）  研究生生源质量堪忧

由于国家推荐免试研究生政策的全面放开，采矿工程专业优秀生源流失严重，采矿工程专业硕士研究生第一志愿录取率不到50%，生源缺额需要调剂。调剂生源目前涉及计算机、自动化、机械制造等16个本科专业，对于采矿工程学科研究生培养带来了巨大的挑战，但也为基于学科交叉培养未来智能采矿方面的人才带来了机遇。

（二）  研究生培养体系亟待更新

面向矿产资源智能开采的行业发展趋势，构建多学科交叉的培养体系，是摆在采矿工程学科面前的一个挑战和必须完成的重任，也是新形势下培养人才的必然要求。针对多学科的研究生生源结构，须有机融合采矿、机械、软件、电气、计算机、自动控制和信息技术等多学科的专业知识，以矿山智能开采为核心目标，调整并创新采矿工程学科人才培养模式，修订研究生培养方案，同时将习近平新时代中国特色社会主义思想融入课程思政元素，以满足未来智能采矿对国际化采矿高端技术人才的全方位需求。

（三）  研究生导师队伍亟需加强建设

面向矿产资源智能采矿的行业发展趋势，开展多学科交叉融合是必由之路。但在研究生培养过程中，研究生导师队伍建设出现严重短缺和滞后，传统采矿工程学科的研究生导师基本都毕业于采矿工程及其相关专业，在智能化、信息化等方面科研和師资力量欠缺。如此一来，借助校内计算机等专业优秀教师资源，联合培养智能采矿工程学科的研究生，并开展科学研究的深度合作，日益成为人才培养与学科发展的双向要求。

二  解决方法与主要举措

针对采矿工程学科在研究生培养过程中出现的生源质量堪忧、培养方案与时代脱节以及师资力量存在短板等问题，采矿工程学科迎难而上、聚力创新，经过多年教学与科研实践，提出了如下解决问题的方法。

（一）  针对研究生生源问题的解决方法与举措

首先，选派最优秀的宣讲队伍，包括长江学者、杰出青年基金获得者等国家级人才为主要宣讲成员，奔赴全国各矿业类高校进行研究生招生宣讲，开设云课堂、“教授为专业代言”等多种类的线上宣传活动。自2013年起采矿工程学科举办学术夏令营活动，吸引全国矿业类相关学校学生参加，有效提高了研究生生源的质量。

其次，采矿工程学科将调剂工作的功能从弥补生源不足转变为置换优秀生源，吸引了中南大学、中国矿业大学等矿业工程A+高校考研生;通过跨专业调剂招收软件工程、电气工程、计算机科学和控制科学与工程等多个专业的本科生，为开展智能采矿等方面的研究生培养奠定了生源基础。

再次，为了将本校最好的本科生源留校攻读研究生，建立了面向未来的采矿工程本-博贯通式拔尖人才培养模式，把优秀生源吸引到采矿工程学科攻读博士学位，把传统上本科-硕士-博士的学制从11年压缩到了9年，显著提升了采矿工程专业的博士生生源质量和培养效率。

（二）  针对研究生培养体系改革的解决方法与举措

首先，强化政治引领，融入课程思政元素。采矿工程学科坚持立德树人根本任务，结合采矿工程学科特色和文化，积极开展了“三全育人”和“五育并举”的综合教学改革，突出党建育人引领，凝练矿业特色文化，加强文化内涵建设。充分利用“朝阳资土”微信公众号、官方微博等宣传平台，激励学生胸怀祖国，投身矿业的爱国热情。以“献身矿业、敬业报国”精神著称的东北大学“五四煤”班为学习典范，以国家战略性金属矿产资源安全高效开发的国家重大需求为导向，培养学生舍小家为国家、淡泊名利、潜心研究的奉献精神，树立学生投身国家矿业建设的理想和“矢志铸盾、丹心报国”价值观，让红色基因代代相传。将思政元素融入专业骨干课中，将思政教育潜移默化地融入教学，为学生点亮理想的航灯。同时，采矿工程学科邀请国家最高科学技术奖获得者钱七虎院士，中国工程院孙传尧院士、马洪琪院士、邵安林院士、王国法院士和冯夏庭院士等知名学者和优秀毕业生代表，为研究生开展专题讲座，激励矿业学子树立敢为人先的创新精神，勇攀科学高峰，提升矿业情怀，树立报国之志。

其次，针对智能采矿的行业发展需求，采矿工程学科不断优化研究生培养方案，增加了采矿工程仿真技术与应用、智能岩石力学和智能矿山与物联等课程，构建了基于多学科交叉的智能采矿工程研究生培养体系。针对本-博贯通式培养方法，采矿工程学科制定了新的贯通课程体系。考虑本-博贯通班（8年制）培养对象和修业年限的特殊性，为了保证人才培养质量，将部分本科专业课由研究生主干课程替代。新的课程体系强调科学精神与人文素养教育、实践、学术活动等环节的培养，新的培养体系加强了本-博贯通班培养环节的考核与淘汰制度，根据本-博贯通班学生在每个环节的考核结果，决定学生是否继续攻读或分流淘汰。从毕业要求上，除学术论文外，其他学术成果积分也须达到相应的毕业要求。通过制定完善的相关配套方案，把传统上本科-硕士-博士的11年学制压缩到8～9年，实现了本-博贯通式培养。同时，采矿工程学科完善了研究生培养过程中的选题、中期抽查、双盲评审、预答辩与答辩等制度，强化论文质量全过程监控，严格把关论文质量;导师在研究生指导实践中，有意识地培养和强化研究生的科研精神，在学术论文写作规范方面给学生以具体指导，在遵守学术道德规范方面对研究生提出严格的要求。课题组定期召开“防范学术不端”等专题讲座，让研究生认清哪些地方容易出现学术不端问题，从源头上杜绝了学术不端问题的出现。

再次，立足于“四个面向”开展研究生论文选题。研究生选题紧密结合导师及其团队的科研项目。采矿工程学科通过与本校计算机科学与工程学院团队合作，组建了“智能采矿工程”研究生指导团队，已联合培养博士毕业生1人、硕士毕业生2人。通过合作指导，将矿业实际需求与深度学习算法相结合，提升了智能采矿的研究生培养水平，在联合培养研究生的基础上也实现了科研的深度融合和交叉创新。

（三）  针对研究生导师队伍问题的解决方法与举措

首先，通过聘请校外研究生导师作为导师力量的有效补充。与国内外科研院所、矿山企业合作，打造高标准的研究生实践实训培养基地，为研究生配备企业导师，实现了研究生双导师制。采矿工程学科建立了如东北大学-北京北矿智能科技有限公司校企联合等研究生实践培养基地。利用国家级虚拟仿真实验教学中心、东北大学-山东招金国家级实践教学基地等实践基地，深化产教融合，构建校企合作育人机制，实行校企双导师制，深入矿山现场开展研究工作。

其次，通过国际合作与交流，提升研究生培养的国际化水平。采矿工程学科充分发挥了“111引智基地”的作用，邀请国际知名学者参与研究生指导。依托国际工程教育认证，采取了博士生国内外联合培养、境外实习实训等方式，实现了多名研究生与国外高水平大学（包括美国宾州州立大学、德国弗赖贝格工业大学等）的联合培养。另外，采矿工程学科开设了暑期国际班，举办东北大学研究生国际暑期学校，邀请了国际知名教授为暑期班研究生上课，拓宽了学生的国际视野，提升了人才培养质量。另外，学科举办了辽宁省采矿工程研究生学术论坛，鼓励研究生积极参加国际学术会议，并起草大会或分会场学术报告，增强了研究生的学术自信。

三  推广应用效果

通过多措并举，东北大学采矿工程专业研究生的生源结构进一步优化。近两年，东北大学采矿工程专业的研究生生源地覆盖全国18个省、市、自治区，研究所生源院校遍布国内30余所院校，如图1所示。其中，双一流建设高校生源比例逐年提高，在2021年达到了37%。此外，学科招收的研究生本科专业不再仅限于采矿工程，而是扩展到软件工程、自动化、机械工程、电气工程、计算机科学与工程、地质工程、工程力学和测绘工程等专业，如图2所示。这不仅为采矿工程科研工作的交叉融合注入了源头活水，也为智能采矿工程研究生培养提供了生源保障。

在研究生培养过程中，由于生源學科的丰富多样，各学科生源在采矿工程学科平台上，瞄准智能开采这个核心目标，学科知识相互融合，取长补短，促进了人才培养与科研创新两方面共同迈上新台阶。从研究生就业方面看，采矿工程学科的毕业生就业方向也不再局限于中国黄金集团、山东黄金集团、紫金矿业集团、宝武钢铁集团、河北钢铁集团和北京矿冶研究总院等大型矿山企业或矿业科研院所，同时也为三一重工、中铁集团、中建、中核等大型企业输送了众多具有采矿工程专业背景的复合型人才。

近年来，成功举办了多次以研究生为主体的国际暑期课程、无国界课程及国际专家报告活动，开设全英文短期课程3门（国际暑期课程）、无界课堂7门、国际学者报告35场，举办了辽宁省采矿工程研究生学术论坛。上述学术活动的举办，大大增进了国内外研究生的学术交流，扩展了研究生的国际视野。借助各种交流平台，东北大学采矿工程学科的研究生参与国际会议的频次显著增加，即便在全球疫情影响之下，也通过线上会议形式积极参加各种学术会议及讨论，研究生参加国际会议并作报告13次。通过改革和创新研究生培养模式，实现了多名研究生与国外高水平大学（包括美国宾州州立大学、德国弗赖贝格工业大学等）的联合培养，为培养具有高水平、国际视野的采矿工程科研人才创造了条件。此外，东北大学采矿工程专业成功获批了2020年辽宁省研究生创新与学术交流中心，在此平台之上，一年多时间里已举办学术会议两次，得到了多所矿业院校研究生的一致好评。

四  结束语

面向智能采矿对多学科交叉复合型人才的需求，东北大学采矿工程重点学科立足采矿学科国际发展前沿、跟踪现代采矿技术国际发展趋势，基于多学科交叉的智能采矿研究生培养体系构建为目标，修订了研究生培养方案，开创了校内多学科交叉培养、校内外双导师联合指导、国内外联合培养的研究生培养模式。多学科交叉融合的研究生培养模式激发了研究生的创新活力，提高了培养质量，全面提升了研究生创新能力的培养水平。同时这种培养模式有机整合了多学科、多专业的师资力量，有效解决了智能矿山研究方向师资力量的不足，提高了研究生培养的国际化水平。

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