新工科背景智慧礦山建設(shè)采礦工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案改革研究

劉波 何夢(mèng)瑤 柳曉飛

（1.贛南科技學(xué)院，江西贛州 341000；2.江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院，江西贛州 341000）

1 研究背景

第四次科技、產(chǎn)業(yè)革命對(duì)我國的高等教育培養(yǎng)人才提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求，“新工科”建設(shè)應(yīng)運(yùn)而生。“新工科”建設(shè)是對(duì)科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的積極回應(yīng)，是深化高等工程教育改革、是培養(yǎng)多元化與創(chuàng)新型的卓越工程科技人才的必然路徑。

綠色、高效、節(jié)能、智能化是傳統(tǒng)工業(yè)的發(fā)展方向，礦業(yè)領(lǐng)域也將迎來深刻變革。堅(jiān)持以信息化、工業(yè)化互相促進(jìn)相互協(xié)調(diào)，走出一條科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)化道路，礦山行業(yè)的技術(shù)變革勢(shì)在必行。以大數(shù)據(jù)、人工智能為代表的第四次工業(yè)革命和產(chǎn)業(yè)變革以前所未有的發(fā)展速度、影響范圍改變著一切，與中華民族偉大復(fù)興進(jìn)程形成歷史性交匯。通過利用人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等為代表的高新技術(shù)的途徑，改造升級(jí)礦山行業(yè)現(xiàn)狀。加快我國智慧化礦山建設(shè)，已經(jīng)成為礦業(yè)行業(yè)適新時(shí)代中國特色社會(huì)主義發(fā)展必然趨勢(shì)。

采礦工程類專業(yè)教學(xué)主要培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用各種專業(yè)的理論知識(shí)和礦山開采過程中解決問題的能力。全國設(shè)置采礦類的高校數(shù)量不多，其現(xiàn)在的培養(yǎng)模式仍套用的是計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制內(nèi)的傳統(tǒng)培養(yǎng)方式。傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)方式存在以下幾個(gè)弊端，首先，課程只是設(shè)置簡單，教材陳舊；其次專業(yè)面知識(shí)面涉及的方向較少，無法適應(yīng)現(xiàn)代礦山技術(shù)的發(fā)展；最后實(shí)踐課程少，理論與實(shí)踐基本脫鉤，難以適應(yīng)現(xiàn)代礦山行業(yè)對(duì)人才的需求。因此，積極探索新工科背景下改革，面向未來智慧礦山應(yīng)用型人才，服務(wù)智慧礦山建設(shè)戰(zhàn)略發(fā)展新需求，培育新工科背景下智能開采人才，是我國金屬礦山行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的需要，也必將成為采礦工程人才培養(yǎng)的新趨勢(shì)。

2 智慧礦山背景下采礦工程人才培養(yǎng)現(xiàn)狀及存在問題

目前，贛南科技學(xué)院采礦工程專業(yè)現(xiàn)有人才培養(yǎng)方案中對(duì)畢業(yè)生的要求基本是：掌握從事采礦工程專業(yè)工作所需要的工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)，具備運(yùn)用這些知識(shí)進(jìn)行采礦工程涉及生產(chǎn)與管理，以及將這些知識(shí)用于解決復(fù)雜工程問題的能力。掌握采礦學(xué)科的基本理論和基本知識(shí)，掌握礦床開采、地下工程、基礎(chǔ)工程、工程施工、生產(chǎn)技術(shù)管理、應(yīng)用研究與技術(shù)開發(fā)的能力，能夠綜合運(yùn)用理論和技術(shù)手段設(shè)計(jì)解決復(fù)雜采礦工程問題的方案。人才培養(yǎng)方案中，涉及的核心課程主要有巖石力學(xué)、爆破工程、礦床地下開采、礦床露天開采、礦井通風(fēng)與除塵、井巷工程、礦山機(jī)械與智能裝備、充填理論等，從采礦工程課程設(shè)置與進(jìn)度安排表可出，培養(yǎng)方案對(duì)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)理論和工程實(shí)踐等十分重視，然而涉及礦業(yè)智能化發(fā)展的課程則較少。

通過培養(yǎng)人才方案課程設(shè)置可以得出，課程專業(yè)涉及的廣度及深度均不夠，知識(shí)結(jié)構(gòu)體系不完整。課程設(shè)置的先天不足導(dǎo)致培養(yǎng)的學(xué)生基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)和行業(yè)應(yīng)用實(shí)踐脫節(jié)的問題，學(xué)生的工程實(shí)踐能力和應(yīng)用創(chuàng)新能力較低。采礦工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式的效果不理想，畢業(yè)生難以完全適應(yīng)中國特色社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，智慧礦山建設(shè)應(yīng)作為重點(diǎn)課程予以完善。

表1 采礦工程專業(yè)主要課程設(shè)置與教學(xué)進(jìn)度安排表

3 智慧礦山建設(shè)目標(biāo)

智能礦山基于現(xiàn)代智能化理念，關(guān)注效率問題、安全問題和效益問題，智慧礦山是基于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，集成各類傳感器、自動(dòng)控制器、傳輸網(wǎng)絡(luò)、組件式軟件等，形成一套智慧體系，能夠主動(dòng)感知、自動(dòng)分析，依據(jù)深度學(xué)習(xí)的知識(shí)庫，形成最優(yōu)決策模型并對(duì)各環(huán)節(jié)實(shí)施自動(dòng)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)營管理等環(huán)節(jié)安全、高效、智能、綠色的礦山。

智慧礦山是以礦山數(shù)字化、信息化為前提和基礎(chǔ)，對(duì)礦山生產(chǎn)、職業(yè)健康與安全、技術(shù)支持與后勤保障等進(jìn)行主動(dòng)感知、自動(dòng)分析、快速處理，智慧礦山的建設(shè)最關(guān)鍵就是實(shí)現(xiàn)礦山安全、高效、綠色回采。

智慧礦山的建設(shè)目標(biāo)主要有以下幾個(gè)方面：

（1）通過信息互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立礦山生產(chǎn)、經(jīng)營、管理全過程、全流程的智能化管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，做到資源共享和統(tǒng)一管控，不斷提高礦山的經(jīng)濟(jì)效益和行業(yè)競爭力。

（2）利用GIS 和BIM 技術(shù)，為智慧礦山應(yīng)用提供三維一體化的服務(wù)、礦山工程及設(shè)備的全生命周期管理等服務(wù)和工具實(shí)現(xiàn)礦山數(shù)字孿生。

（3）全面感知井下人、機(jī)、環(huán)等的位置、狀態(tài)，并可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。提升企業(yè)智能化安全管理水平，通過智能視頻、人員定位等技術(shù)。通過軟件定義，實(shí)現(xiàn)井上下人機(jī)、環(huán)、管信息的強(qiáng)實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)、融合與智能聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)上的安全目標(biāo)。

（4）利用大數(shù)據(jù)、視頻圖像處理、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)，對(duì)礦壓預(yù)測(cè)、應(yīng)急事故實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理，提高數(shù)據(jù)管理推送的準(zhǔn)確性，提高可視化礦山的建設(shè)水平。升級(jí)礦山的安全、生產(chǎn)、經(jīng)營的智能分析、自我學(xué)習(xí)與輔助決策。提升企業(yè)的綜合競爭力，同時(shí)緩解礦業(yè)人員流失、人才短缺的問題。

4 智慧礦山人才培養(yǎng)路徑

隨著智慧礦山的不斷推進(jìn)，對(duì)采礦工程專業(yè)人才的需求更加迫切，這就要求學(xué)校要進(jìn)一步修訂和完善人才培養(yǎng)方案，構(gòu)建符合礦業(yè)發(fā)展的智慧采礦人才培養(yǎng)模式。主要從以下幾個(gè)路徑進(jìn)行改革探索：

（1）明確人才培養(yǎng)新目標(biāo)。通過對(duì)多家礦山企業(yè)的調(diào)研，智能采礦人才必須具備現(xiàn)代智慧礦山開采技術(shù)、軟件工程、數(shù)據(jù)處理、運(yùn)營管理等知識(shí)基本原理及其應(yīng)用能力。新工科下采礦工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)具有正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀，愛國、誠信、友善、守法，具備良好的人文科學(xué)素養(yǎng)、社會(huì)責(zé)任感和職業(yè)道德，人格健全完善、崇尚科學(xué)，德才兼?zhèn)?、知行合一。掌握采礦學(xué)科的基本理論、現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐操作、智能化開采技術(shù)等，綜合運(yùn)用理論和技術(shù)手段解決復(fù)雜問題的方案。

（2）智慧礦山培養(yǎng)重置。未來礦山行業(yè)的人才不僅需要具備最基本的專業(yè)方面的知識(shí)，還需具備礦山智能機(jī)器人、人工智能技術(shù)與應(yīng)用、電氣自動(dòng)化、現(xiàn)代通信、傳感與信息技術(shù)、人工智能等專業(yè)領(lǐng)域?，F(xiàn)有人才培養(yǎng)方案中，大部分智慧礦山所需要的技術(shù)均未開設(shè)相應(yīng)的課程，培養(yǎng)的人才難以滿足礦山行業(yè)發(fā)展的需要。所以專業(yè)課程的調(diào)整顯得尤為必要。課程體系建設(shè)上增加《工程測(cè)量與3S 技術(shù)》、《python語言》、《礦山物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)》等專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)。在專業(yè)核心課程，將引入新概念和新技術(shù)，設(shè)置《智能采礦學(xué)概論》、《礦山機(jī)械與智能裝備》、《智能礦山管理信息系統(tǒng)》、《礦山現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)》、《采礦過程數(shù)值模擬》、《數(shù)字軟件建模與應(yīng)用》等課程。形成完備的、相互融合的適應(yīng)智慧化礦山建設(shè)需求的課程設(shè)置。

（3）組建跨學(xué)科、高層次的優(yōu)質(zhì)師資團(tuán)隊(duì)。智慧化礦山涉及多領(lǐng)域、多學(xué)科相互交叉與融合的學(xué)科。因此，需要跨學(xué)科、跨部門、跨單位組建授課教師團(tuán)隊(duì)。鼓勵(lì)教師到礦山企業(yè)部門以技術(shù)顧問方式鍛煉，深入基層開展調(diào)研，了解礦山企業(yè)的實(shí)際需求，提升師資隊(duì)伍整體實(shí)戰(zhàn)化能力和授課水平。

（4）精心打造采礦工程智能實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)與實(shí)習(xí)基地。加強(qiáng)學(xué)科平臺(tái)建設(shè)，包括科研平臺(tái)和教學(xué)平臺(tái)，沉浸式和交互式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，模擬井下實(shí)踐過程，完成實(shí)踐操作。構(gòu)建“產(chǎn)學(xué)研”為一體的人才培養(yǎng)機(jī)制。以“校企合作”和“校際合作”的模式共同建立智慧礦山實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)訓(xùn)基地。智能采礦人才培養(yǎng)需要礦山企業(yè)的深度參與，積極與智慧礦山建設(shè)示范企業(yè)。如與銅陵有色集團(tuán)有限公司、安徽省廬江龍橋礦業(yè)等建立了長期的合作關(guān)系，并建立了穩(wěn)定的實(shí)習(xí)基地。

5 結(jié)束語

在新工科建設(shè)背景下，智慧礦山課程建設(shè)將為礦業(yè)人才培養(yǎng)體系完善和礦業(yè)工程智能轉(zhuǎn)型提供良好基礎(chǔ)。同時(shí)，地方高校應(yīng)結(jié)合自身資源優(yōu)勢(shì)，緊追行業(yè)發(fā)展形勢(shì)，以智慧礦山發(fā)展為契機(jī)，完善礦業(yè)人才培養(yǎng)體系，為未來礦山行業(yè)提供基礎(chǔ)扎實(shí)能力卓越的采礦科技人才發(fā)揮應(yīng)有的作用。