新工科背景下礦業工程專業創新人才培養方法

王少鋒, 周子龍, 尹江江

(中南大學資源與安全工程學院,湖南 長沙410083)

0 引言

礦業工程一級學科包含采礦工程、礦物加工工程、安全技術及工程3個二級學科,都屬于直接面向地下資源開發的艱苦專業。在國家深地戰略和資源安全戰略的推動下,礦產資源的開發與利用對國家經濟和國防建設具有至關重要的戰略意義[1-2]。因此,礦業工程領域迫切需要高質量的專業人才,以推動國家礦業的高質量發展。

近年來,隨著新工科教育的不斷發展,培養創新人才和提高學生創新能力已成為礦業工程專業教育的重要方向[3-4]。盡管已經在課程設置和人才培養模式上設立了明確的目標,且課程教學在學生創新和綜合能力的培養中發揮了積極的作用,但在當前的教學模式和教學時長限制下,仍然存在對學生創新能力、跨學科研究能力和國際視野的培養力度不夠等問題[5]。此外,傳統的礦業工程教學模式相對單一,學生對所學專業的認同感和榮譽感不足,因此需要更多的實踐導向,以激發學生的創新潛力,增強他們在專業領域的信心。同時,為滿足礦業工程領域對創新型人才的需求,需要探索更為有效的培養模式[6]。

因此,本文旨在從價值引領、態度養成、技能訓練、課程建設等方面探討新工科背景下培養礦業工程專業創新人才的有效方法,以期為滿足礦業工程領域對高素質人才的需求,及推動礦業的可持續高質量發展提供有益的參考和建議。

1 礦業創新人才培養策略

1.1 思政教育,價值引領

我國礦業發展歷程跟中國共產黨為人民謀幸福、為民族謀復興、為世界謀大同的“四史”(黨史、新中國史、改革開放史、社會主義發展史)密切相關。從“四史”的視域認識中國礦業發展史,在礦業實踐中升華對“四史”的認識,是新時代礦業人的必備素養。將“四史”與中國礦業發展史結合起來,在“四史”視域下整理中國礦業發展歷程,通過組織學生深入工程現場、觀看宣傳片、閱讀書籍和文獻等措施,讓學生了解礦業的發展歷史;組織開展“四史”與中國礦業發展史的討論,結合家國情懷和當下局勢,深化礦業工程專業學生青春奉獻祖國的價值感、責任感和使命感。

1.2 沖突調整,態度養成

對于科學創新,認知、積累、突破、創新是必須經歷的過程。對于工程科學問題的研究,實踐和應用又極為重要。因此,對于工科學生,認知與實踐、積累與突破、創新與應用是需要不斷協調和克服的3個層次的沖突。為了幫助學生調整3個層次的沖突,首先,帶領學生參加現場實踐項目,讓學生在實踐中發現問題,在解決具體問題的過程中深化對知識的理解,從而調整學生“認知與實踐”的沖突;其次,以實踐中發現的科學問題為導向,用積累的知識深入剖析以找出問題的內核,確定突破點和主攻方向,獲得新的認識或得到新的技術方法,調整“積累與突破”的沖突;再次,將創新性研究成果應用到現場工程,解決工程實際問題,并為實際工程帶去經濟和社會效益,創造價值,實現“創新與應用”沖突的調整。

1.3 科技繪圖,技能訓練

隨著科學技術的發展和創新教育的不斷深化,越來越多的學生通過發表科技論文呈現自己的創新研究成果。其中,附圖是科技論文必不可少的一部分,是作者傳遞信息的窗口,高質量的科技繪圖能夠準確體現學生的想法和創意。在科技繪圖訓練指導過程中,需要向學生傳授各類圖片的特點與繪圖技巧,講解各個繪圖軟件的特點,幫助學生完成科技繪圖訓練并培養學生對科技繪圖的興趣,引導學生以圖片或思維導圖的方式梳理和傳遞自己的新想法、新思路,并在繪圖過程中進一步拓展思路和想法,增加學生的創新性思考,培養礦業工程專業學生的創新力。

1.4 教學融入,課程建設

礦業系統工程概論是一門學科基礎課,是礦業系統工程等專業課的基礎。為提升學生的綜合能力,需結合新時代礦業系統的發展前沿和新需求設計課程內容,創新教學方法,以煥發課堂生機和活力,發揮好課堂教學主陣地、主渠道、主戰場的作用。從知識、能力、素質3個方面入手,構建礦業系統工程課程教學內容體系,增強礦業工程專業學生的理論素養和專業實踐能力,提升課堂教學與行業需求的匹配度,服務礦業工程“雙一流”學科建設,為推動礦業的智能化、綠色化發展培養新生力量,為滿足國家戰略需求輸出優秀的創新型人才。

2 礦業創新人才培養路徑分析

新工科背景下礦業工程專業創新人才培養具體路徑如下:挖掘“四史”視域下中國礦業發展史中的思政素材,培養礦業工程專業學生的使命感;分析礦業工程專業學生培養過程中的沖突,提出針對性的調整方法;探索科技繪圖訓練啟導路徑,培養礦業工程專業學生的創新力;構建以創新人才培養為目標的礦業系統工程教學內容體系,融入課程教學實踐。具體思路,如圖1。

圖1 新工科背景下礦業工程專業創新人才培養與教學方法總體路徑

2.1 使命感培養路徑

將“四史”與中國礦業發展史結合起來,在“四史”視域下領略中國礦業發展歷程,對學生學習“四史”和了解中國礦業發展史具有重要意義。首先,在礦山生產或聯合培養基地項目一線,結合礦山實際情況講授礦山設計、建設、生產等技術的歷史、現狀和發展方向,使學生更加具象地認識礦業的發展歷程。其次,組織學生觀看礦山和相關企業的宣傳片,收集閱讀《礦山志》等資料,深入作業一線,引導學生用“四史”的視域去梳理礦業的發展歷程,深化對礦業史的認識。同時,在課堂授課中,組織開展“四史”與中國礦業發展史學習情況的多媒體展示,并設立專題進行辯論和討論,深化學生對“四史”的認識和理解;結合“小我融入大我,青春奉獻祖國”的家國情懷,加強礦業工程專業學生“躬耕礦業、強國有我”的使命感和責任感;引導學生間的交換學習討論,通過“四史”和礦業史的交叉學習,深化礦業工程專業學生青春奉獻祖國的價值感、責任感和使命感。具體路徑,如圖2。

圖2 礦業工程專業學生使命感培養路徑

2.2 沖突調整路徑

在學生培養過程中,存在認知和實踐、積累和突破、創新和應用的沖突,具體的調整路徑,如圖3。

圖3 基于沖突調整的創新力培養模式

2.2.1 認知與實踐的沖突化解

認知是獲取知識的過程,是學習的基礎。實踐是改造世界的物質活動,是將認知轉變為技能的重要途徑。經過系統學習,學生會積累大量的專業知識,但這些知識點大多零散、廣泛、不深入。由于缺乏與實際應用情境的聯系,這些知識很難形成穩固的知識結構和記憶網絡,容易被遺忘,更無法應用于解決實際問題。盡管大三大四可能會進行一些社會實踐和專業實踐活動,但往往都比較寬泛,僅限于認知實習的層面。導致學生在畢業后進入工作或研究生階段時,經常遇到本科階段學習的專業知識找不到用武之地、所學與實際需求脫節、動手實踐能力薄弱等問題。因此,認知與實踐之間存在沖突。

為調整認知與實踐的沖突,就需要讀萬卷書和行萬里路協調發展,引導學生積極參加現場實踐項目,在實踐中發現問題,并找到解決問題的突破口。然后,有針對性地豐富專業知識和技能以解決問題,并且通過解決具體問題深化對知識的理解。這樣,從認知到實踐,再由實踐到認知,循序漸進并攀登式提高,建立牢固的、開放的認知與實踐關聯記憶網絡。

2.2.2 積累到突破的過程蛻變

隨著認知和實踐的不斷深入,學生在某個方向積累的專業知識會不斷增多。然而,這些知識大多是已有認識的學習、掌握和應用。如何從實踐積累中發現新的科學問題、對現存問題有新的科學認識或者如何開發新的技術用于解決工程問題,實現從積累到創新的轉變,將是學生階段必須過渡好的一個過程。因此,積累與創新之間存在沖突。

為調整積累與創新的沖突,需要積微成著和推陳出新協調發展。以實踐中發現的科學問題為導向,運用積累的認知深入剖析,找出問題的內核,確定深入研究的突破點和主攻方向,從而獲得新的認識或開發新的技術方法,從而完成從積累到突破的過程蛻變。

2.2.3 創新與應用的銜接過渡

面向國家重大需求,學生們聚焦科學難題,銳意創新,會取得一些創新性成果。然而,這些創新性成果大多是針對某個具體的工程問題或者前人提出的科學問題展開研究而獲得,對其他工程的適用性,是否能夠推廣應用,將成為新的挑戰。因此,創新與應用之間存在沖突。

為調整創新與應用的沖突,就需要學而優則創和學而優則用協調發展。將創新性研究成果應用于實際工程,解決工程實際問題,從而實現創新與應用的銜接過渡。

2.3 創新力培養路徑

創新力是指學生能運用知識,在研究中合理提出問題、科學認識問題、深入分析問題、正確解決問題的能力[7],是教育的重要內容[8],對提升國家未來人才競爭力具有重要意義[9]。

科技論文繪圖是培養學生創新力的重要載體,也是學生創新性思維和創新性成果的重要體現方式?？萍颊撐睦L圖主要包括4類圖片:表示示意信息的示意圖、用數碼產品拍攝實物情景的實物圖、展現數值模擬軟件結果的數值模擬圖、展現數據分布情況及相關關系的數據圖。每種類型的圖片都有相應的繪圖要求和技巧,并有適用的繪圖軟件。為確?？萍颊撐闹械膱D片恰當、美觀,并準確傳達自己的想法和創意,需要了解各種繪圖軟件的特長,選擇適合的軟件來繪制相應的圖片。在科技繪圖訓練啟導過程中,需要向學生傳授各類圖片的繪圖技巧,可以開展一系列的科技繪圖講座,引導學生以思維導圖的方式傳遞和梳理自己的新想法、新思路,并讓學生對專業領域的科學問題進行深刻且富有創造力的思考,幫助學生找到解決問題的關鍵因素或環節,使學生能夠用科技圖片來準確地表達研究背景、科學問題、研究內容、研究方案、創新性成果及應用前景,從而提高學生的創新力。

2.4 課程建設路徑

礦業系統工程概論作為礦業工程專業的一門學科基礎課,對于鞏固學生的知識體系、培養學生的專業能力和提升學生的綜合素質具有重要意義。本文從知識、能力和素質培養3個方面構建以創新人才培養為目標的礦業系統工程課程體系。建設路徑,如圖4。

圖4 以創新人才培養為目標的礦業系統工程課程建設路徑

(1)構建完整合理的礦業系統工程知識體系,促使學生理解和掌握系統、系統工程、系統分析等重要的基本概念及其子概念。重點學習系統分析的基本原理,正確理解系統工程方法論;了解系統工程常用模型和技術的功能、原理、使用條件及初步應用;掌握系統評價與決策的原理和典型方法;系統地掌握礦業工程專業所需的工程基礎知識及礦業生產過程中的基本方法;熟悉礦床開采、礦井通風等知識;初步掌握礦山設計與規劃、礦山生產工藝、礦山管理系統優化方法;能夠運用系統工程理論與方法分析礦業系統工程問題。在礦業系統工程授課過程中,穿插“四史”和中國礦業發展史的相關內容,將其與礦業系統工程的發展過程相融合。

(2)培養學生綜合分析和著重創新的思維能力,使學生掌握系統工程的基本方法和工具,以解決礦業系統工程問題。使學生在系統思維的指導下,能夠針對復雜礦業工程問題制訂解決方案,設計滿足特定需求的系統和工藝流程,并在各環節中展現創新意識。培養學生自主學習的意識,以及適應發展、不斷學習的能力,拓寬其知識面,使其能夠運用系統思維分析和解決問題。在課程中增加科技繪圖專題,提高學生的科技繪圖能力,提升繪圖技巧,以科技繪圖促進學生的創新思考能力。此外,在礦業系統工程教學中,培養學生解決認知與實踐、積累與突破、創新與應用等具體沖突的能力。

(3)在教學中,深入挖掘馬克思主義哲學、新時代中國特色社會主義思想、中國共產黨黨史、新發展理念以及創新驅動發展戰略中的系統觀念和系統思想,注重專業思政教育,啟發學生的專業認同、文化自信和愛國情懷,深化礦業工程專業學生青春奉獻祖國的價值感、責任感和使命感,最終實現立德樹人與專業人才培養的有機融合。

3 結論

(1)從思政教育、沖突調整、科技繪圖、教學融入4個方面分析礦業創新人才培養策略,以期分別實現價值引領、態度養成、技能訓練、課程建設4個目標,可為新工科背景下礦業工程專業創新型人才培養提供策略參考。

(2)開展礦業創新人才培養路徑分析,具體提出使命感培養路徑、沖突調整路徑、創新力培養路徑、課程建設路徑,可為新工科背景下礦業工程專業創新型人才培養提供方法參考。

(3)構建以創新人才培養為目標的礦業系統工程課程體系,從知識、能力和素質培養3個方面,將礦業使命感價值引領、礦業科技創新態度養成、礦業系統基礎知識傳授、礦業系統實踐技能訓練等融入礦業系統工程課程教學中,鞏固學生知識體系,培養學生專業能力,提升學生綜合素質,為礦業工程提供創新人才,助力礦業高質量發展。