“双碳”目标下高等学校采矿工程专业课程体系建设探索

刘学生 谭云亮 宁建国 李杨杨 蒋邦友 许珂

摘  要：“双碳”目标下，煤炭科学领域提出很多革命性的理论与技术成果，煤炭行业实施技术革命已成必然，对高校人才培养提出新要求新挑战。针对这一问题，深入分析“双碳”目标对煤炭行业人才所需能力和知识结构的需求，即多学科多领域的复合型知识结构、工程实践和学习创新能力、国际化视野和跨文化沟通能力，以及低碳意识和可持续发展观念。基于此，山东科技大学采矿工程专业整合校内外优势资源，设置适应双碳目标的，由通识教育、学科基础、专业必修、专业拓展和实践环节五大课程群构成的课程体系，为煤炭行业转型发展输送更匹配的高水平人才，也为同类高校采矿工程专业建设提供借鉴。

关键词：采矿工程；双碳目标；人才需求；课程体系；知识结构

中图分类号：G640        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）21-0062-04

Abstract： Under the dual carbon target， many revolutionary theoretical and technological achievements have been put forward in the field of coal science. The implementation of technological revolution in the coal industry has become inevitable， and new requirements and challenges have been put forward for talent training in colleges and universities. In response to this problem， the demand of dual carbon target for the ability and knowledge structure of talents in the coal industry is analyzed in depth， namely， the compound knowledge structure of multidisciplinary and multidisciplinary， engineering practice and learning innovation ability， international vision and cross-cultural communication ability， as well as low-carbon awareness and sustainable development concept. Based on this， the mining engineering specialty of Shandong University of Science and Technology integrates the advantages of resources inside and outside the university， and sets up a curriculum system consisting of general education， discipline foundation， professional compulsory， professional development and practice links to adapt to the dual carbon target. The study provides more matching high-level talents for the transformation and development of the coal industry， and also reference for the construction of mining engineering specialty in similar universities.

Keywords： mining engineering; dual carbon target; talent requirements; curriculum system; knowledge structure

2020年，党中央作出“2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和”的重大战略部署，是我国实现可持续发展、高质量发展的内在要求。我国作为一个矿产资源消费大国，矿产资源特别是煤炭生产消费的碳排放是我国碳排放的重要来源，约占碳排放总量的70%～80%[1]，因此要顺利实现“双碳”目标，必须降低煤炭生产消费的碳排放。然而，我国以煤为主的能源资源禀赋和经济社会发展所处阶段，决定了未来相当长一段时间内仍离不开煤炭，这就要求我们必须科学认识我国能源结构和煤炭生产消费演变趋势，利用技术创新降低煤炭生产消费的碳排放，推动煤炭行业高质量发展[2]。因此，“双碳”目标的提出在给煤炭行业带来挑战的同时，也是煤炭高质量发展、升级高技术产业和抢占新能源主阵地的重大機遇。

近年来，煤炭行业主动适应国家经济高质量发展趋势，提出进行煤炭技术革命和转型升级[3]。从理念上，推进煤炭开发利用一体化、煤基多元清洁能源协同开发和煤炭洁净低碳高效利用；从目标和蓝图上，通过技术创新、理念创新实现零生态损害的绿色开采、零排放的低碳利用、建设多元协同的清洁能源基地，实现采掘智能化、井下“无人化”、地面“无煤化”（图１），推进煤炭成为清洁能源。山东科技大学采矿工程专业始终坚持培养基础理论扎实、工程实践能力强、综合素质高的应用创新型人才，面向国家矿产资源开发重大需求，先后开设智能开采、非煤矿山开采、新能源三个特色方向，学生培养质量不断提高，入选国家一流本科专业建设点。

“双碳”目标下煤炭技术革命成为必然，如何确保培养的毕业生继续在同类高校中保持竞争优势，急需对专业培养方案进行完善和优化。课程体系作为培养方案的核心内容，是人才培养的主要载体，应结合“双碳”目标要求和国家一流本科专业建设契机进行建设和完善，可为专业人才培养目标实现和培养标准的落实奠定坚实基础。

一  人才能力和知识结构新需求

（一）  矿产资源开发新成果及发展方向

“双碳”目标下煤炭行业开展技术革命成为必然，为实现煤炭开采的绿色化、无人化，煤炭利用的低碳化、清洁化，实现国家能源产业升级和结构调整的战略目标，煤炭科学领域的专家学者们提出了众多革命性的理论与技术[3-7]。煤炭革命在技术路线上，可分为智能化无人开采、流体化开采、地下空间开发利用、清洁低碳利用四大领域，谢和平院士等[3]提出了升级与换代、拓展与变革、引领与颠覆三阶段、三层次技术装备攻关清单。

智能化无人开采技术基于物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制和机器人装备等高新技术与现代矿山开发技术相结合，形成矿山感知、互联、分析、自学习、预测、决策和控制的完整智能系统，实现矿井开拓、采掘、运通、洗选、安全保障、生态保护和生产管理等全过程智能化运行[4]。该技术可有效提高矿山产能，减少人员需求，开采效率、安全和效益也随之大幅提升。

流态化开采即将深地固体矿产资源原位转化为气、液或气液固混合态物质，在井下实现无人智能化的采选充、热电气等转化的流态化开采技术[5]。该技术可有效提高矿业领域生产效率、安全和效益，减少开采运输过程中生态破坏和能量损耗等，实现地下资源开采的颠覆性变革。

地下空间开发利用是指对煤炭开采产生的大量地下空间加以有效利用，利用空间分配、生态系统再造、地下通信等技术，实现存储、旅游观光、军事设施、医疗、交通和废弃物处置等用途[6]。该技术可减少煤炭开采对环境的影响，避免人力、财力及资源的浪费。

清洁低碳利用技术是指在煤炭开发和利用过程中减少温室气体排放、提高资源利用效率， 从而实现低能耗、高能效和低碳排放。包括开采过程中提高资源回采率和减少地表植被破坏与土壤扰动，提高风排瓦斯、煤层气、煤矸石等伴生资源利用率，加工过程中高效分选、深度净化、优化提质，燃烧转化过程中提高能效、减少污染，能源利用过程中CO2分离、捕获和封存等[7]。

目前煤炭技术革命的理念已获得较广泛认可，很多高校和科研单位已开始进行相关研究工作。如谢和平院士等[5]提出了深部原位流态化开采构想，系统阐述了其基础理论和关键技术体系；王国法院士等[4]建立了煤矿智能化（初级阶段）技术体系。总之，近年来煤炭领域产生了很多新的理论、技术和工艺等创新成果，且“双碳”目标下预期在智能开采、绿色开采、清洁利用等方向产生更多突破革新，给从事煤炭领域科研、生产、管理等的人员提出新的要求。

（二）  毕业生能力和知识结构框架

“双碳”目标下，矿产资源开发领域产生了一系列新的基础理论、核心概念、关键技术和创新工艺等成果，未来采矿行业将成为集成信息化、智能化、知识化、专业化、清洁化、现代化的高新技术产业，新型的采矿行业必将需求新型的采矿人才。因此，高校采矿工程专业的人才培养面临新要求新挑战，采矿毕业生必须具备更加多元化的能力和知识结构。

1  多学科多领域的复合型知识结构

“双碳”目标下，采矿工程毕业生除需具备传统采矿学科的工学基础外，还需具备多学科、多领域的复合型知识结构，并且做到融会贯通、学以致用。应具备的专业基础知识主要包括：数学基础、力学基础、现代地质、现代采矿、智能机械、自动化、编程语言与算法、人工智能、物联网技术、大数据技术、区块链技术和生态环境保护等。

2  工程实践能力和学习创新能力

采矿工程毕业生不仅要掌握大量的专业理论知识，还要具备将理论应用到实践的能力。采矿工程是一门注重工程实践能力的学科，毕业生必须做到理论与实践相结合，才能真正满足行业人才需求。同时采矿行业日新月异的技术变革和产业升级，要求采矿人才具备较强的科研創新能力和终身学习能力，能够主动学习新理论、新知识，研发新技术、新产品，才能适应和推动行业的发展进程。

3  国际化视野和跨文化沟通能力

当前我国采矿行业新技术体系尚未成熟，需要加强国际交流，与国内外行业人才共同努力促进行业发展（图２），有利于取长补短、深度合作。因此，“双碳”目标下的采矿人才应当具备国际化视野和战略眼光，熟知国际行业法规，能够进行跨文化沟通交流，以适应采矿行业技术革新和国际化发展的需要。

4  低碳意识和可持续发展观念

采矿工程毕业生作为未来行业的研究者、决策者、管理者和行动者，他们的低碳意识和可持续发展观念对未来采矿行业绿色清洁低碳化发展将产生关键影响。应强化学生的生态文明素质， 通过深入开展低碳教育， 着力培养学生可持续发展观念和低碳排放、保护环境的责任感，为构建清洁低碳的采矿行业提供人才资源。

二  采矿工程专业课程体系重构

结合“双碳”目标要求和国家一流本科专业建设契机，以学生知识结构和能力为主线，合理设定课程体系的价值取向，完善构成要素。整合全校优质课程资源，并利用校外精品在线课程，构建内容全面、重点突出、能力培养与知识学习并重的专业课程库，设置通识教育、学科基础、专业必修、专业拓展和实践环节五个课程群，建成了适应双碳目标的课程体系。

通识教育课程群，围绕通识教育、素质教育为教学核心构建，旨在培养毕业生树立正确的世界观、人生观和价值观，优良的思想道德品质、社会责任感和人文社会科学素养，具备健康的身心，出色自学和外语能力。

学科基础课程群和专业必修课程群，依据煤炭开采、非煤开采、新能源开发三大主干研究方向，立足采矿工程学科知识主线，梳理凝练各研究方向基础主干理论构建，旨在培养毕业生具备扎实的数学、工程力学、计算机、人工智能、工程控制和工程制图等方面的基础知识，掌握采矿学科的专业基础理论、基本知识及专业知识，并能用于解决复杂的采矿工程问题。

专业拓展课程群，顺应国家“双碳”目标政策导向，把握“双碳”背景下采矿行业多学科交叉人才需求，紧跟行业科技发展前沿构建，增设大数据分析、人工智能、物联网+智慧矿山、数字矿山技术、流态化开采技术和矿山生态修复与环境治理等课程，旨在促进毕业生涉猎多学科多领域知识，树立低碳意识和可持续发展观念，培养与“双碳”目标相适应的复合型人才。

实践环节课程群，依托山东科技大学采矿工程系已建有的综采仿真实验室、综掘仿真实验室、地质探测仿真实验室、智能钻测实验平台和国家级实验教学示范中心，并且与神华宁夏煤业集团、山东能源临沂矿业集团、北京天地玛珂电液控制系统有限公司和郑州煤矿机械集团等多家企业建立合作交流，设立多门室内实验、虚拟仿真和行业实习课程，培养毕业生学以致用的实践能力。学生依托学校硬件施设完成课程设计与毕业设计课程，培养毕业生独立学习和科研创新能力。

综上所述，“双碳”目标下采矿工程专业课程体系如图3所示。五大课程群包含众多必修课程和选修课程。通识教育课程群中必修课程设置思想道德修养与法律基础等数门学校公共课，选修课程设置跨专业公选课，按学科门类分为人文、艺术、经管和科技等模块，要求学生每模块选修达一定学分；学科基础课程群设置高等数学、大学物理等工科专业必修基础课程；专业必修课程群设置矿山地质学、工程测量等采矿专业基础课程，岩体力学、采矿学等采矿专业核心课程，另外还根据采矿专业学生选择的三种不同研究方向设置不同的专业核心课程；专业拓展课程群设置大数据、人工智能等数门选修课程，要求学生选修达一定学分；实践环节课程群既设置物理实验、计算机程序设计等校内实践课程，还设置生产实习、毕业实习、创新创业实践等校外实践项目，最后完成毕业设计（论文）。

同时，还建立了与“双碳”目标下采矿工程专业课程体系相匹配课程考核评价体系。课程的考核与评价是检验教学效果的重要环节，是建设高质量课程体系的关键。本体系按阶段包括过程考核和结果考核，按方式包括线上考核和线下考核。过程考核主要在教学活动中实时监控学生的线上和线下学习过程表现，准确掌握每名学生的学习情况和效果，教师也可以由此调整自己的教学进度与方法，更有利于完成教学目标。结果考核主要包括线上章节测试、线上期末考试和线下结课考核等，充分利用考试督促作用提高学生积极性，确保学生真正掌握课程知识。在使用传统线下考核方式的同时，依托现代信息技术的线上教学工具，为教学过程提供信息化、数据化、智能化的技术支持，使课程的考核与评价更加准确便捷。

三  结束语

在碳达峰、碳中和的“双碳”目标下，煤炭行业直面机遇、应对挑战，提出了很多革命性的理论与技术，这对高校采矿工程专业的人才培养提出了更高的要求。山东科技大学采矿工程专业深刻剖析“双碳”目标对煤炭行业人才培养要求，以学生知识结构和能力为主线，整合校内外优势资源，构建了适应“双碳”目标的采矿工程专业课程体系，注重培养学生具备多学科交叉融合、优秀的工程实践和学習创新能力、国际化视野和低碳可持续发展观念，为煤炭行业转型发展输送匹配性更高的技术和管理人才。

参考文献：

[1] 谢和平，吴立新，郑德志.2025年中国能源消费及煤炭需求预测[J].煤炭学报，2019，44（7）：1949-1960.

[2] 杨春平.建立健全绿色低碳循环发展经济体系是建设现代化强国的必然选择[J].中国经贸导刊，2021（5）：65-68.

[3] 谢和平，王金华，王国法，等.煤炭革命新理念与煤炭科技发展构想[J].煤炭学报，2018，43（5）：1187-1197.

[4] 王国法，王虹，任怀伟，等.智慧煤矿2025情景目标和发展路径[J].煤炭学报，2018，43（2）：295-305.

[5] 谢和平，高峰，鞠杨，等.深地煤炭资源流态化开采理论与技术构想[J].煤炭学报，2017，42（3）：547-556.

[6] 谢和平，高明忠，张茹，等.地下生态城市与深地生态圈战略构想及其关键技术展望[J].岩石力学与工程学报，2017，36（6）：1301-1313.

[7] 刘炯天.关于我国煤炭能源低碳发展的思考[J].中国矿业大学学报，2011，13（1）：5-12.