“選礦-冶金-材料”學科交叉的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式探索與實踐

韓俊偉，覃文慶

(中南大學 資源加工與生物工程學院，湖南 長沙 410083)

0 引言

交叉學科是由兩門或兩門以上不同學科交叉滲透形成的前沿性學科，對未來社會的經(jīng)濟發(fā)展、新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步以及現(xiàn)代化國家建設有著至關(guān)重要的影響。交叉學科不是表面意義上的將多個學科重新組合，而是具有專門的研究對象、完整的理論體系和獨特的研究方法，其特點是綜合性、前沿性、穩(wěn)定性和發(fā)展性，更適合未來的社會發(fā)展[1]。在全球可持續(xù)發(fā)展理念的推動下，學科交叉培育模式是高等學校新時代學科發(fā)展的必然趨勢，只有不斷加強學科之間的溝通與合作，才能推動學科發(fā)展，進而推動社會發(fā)展[2]。

為了進一步完善面向產(chǎn)業(yè)和科技發(fā)展需求的人才培養(yǎng)體系，教育部以“學科交叉”和“新工科”建設為契機，先后形成了“天大行動”“復旦共識”和“北京指南”[3]。為了進一步打破傳統(tǒng)學科壁壘和培育新的學科增長點，教育部、財政部、國家發(fā)展改革委在2018 年8 月聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于高等學校加快“雙一流”建設的指導意見》[4]。2020 年6 月，交叉學科正式被教育部設立為第14 個學科門類。

目前，學科交叉已成為全國高等工程教育改革和“新工科”建設的主要手段之一，國內(nèi)各大高等院校在制定“十四五”發(fā)展規(guī)劃和“雙一流”建設方案中均以推動經(jīng)濟發(fā)展和響應國家重大戰(zhàn)略為目標，積極打破傳統(tǒng)學科之間的壁壘，結(jié)合創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式進一步構(gòu)建和完善跨學科人才培養(yǎng)體系，為國家打造出先進的跨學科人才隊伍，助力實現(xiàn)科技強國戰(zhàn)略目標，推動國家可持續(xù)發(fā)展。其中，四川大學化學工程學院提出了“化工+X”的跨學科人才培養(yǎng)模式，依托學院的研究平臺，將化工與能源、化工與信息技術(shù)、化工與環(huán)境、化工與材料專業(yè)進行交叉，開辟了傳統(tǒng)學科交叉的新路徑，為交叉型化工人才培養(yǎng)提供保障，促進化工學科多元化發(fā)展[5]；西安交通大學生物化工學科在教學改革過程中借鑒了交叉融合理念，將傳統(tǒng)的理論技術(shù)與生物學、蛋白質(zhì)工程等領(lǐng)域的前沿技術(shù)相結(jié)合，形成了一批具有多學科交叉特色的生物化工新技術(shù)，服務綠色生物制造戰(zhàn)略需求，推動我國早日實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標[6]；東南大學機器自動化專業(yè)在交叉學科教學改革中，以機器人自動化專業(yè)為主，將其與控制科學與工程、人工智能、計算機科學與技術(shù)學科進行融合，培養(yǎng)了一批能夠自主設計并研發(fā)現(xiàn)代智能化機器人的復合應用型人才[7]。因此，高校在傳統(tǒng)學科改革發(fā)展過程中，應充分發(fā)揮各學科特色，并結(jié)合學科自身發(fā)展實際，遵循人才培養(yǎng)過程中的自然規(guī)律，培育能夠滿足社會經(jīng)濟發(fā)展需求和面向國家重大戰(zhàn)略的新時代復合型創(chuàng)新人才。

中南大學在世界有色金屬領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，其中礦業(yè)工程、冶金工程和材料科學與工程均入選教育部“雙一流”建設學科名單，長期以來為我國礦山、冶金、材料等企業(yè)持續(xù)輸送了大量專業(yè)人才。然而，受互聯(lián)網(wǎng)等新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展和就業(yè)環(huán)境持續(xù)低迷的沖擊，學生對傳統(tǒng)工科專業(yè)認可度有所下降，對從事本行業(yè)的積極性不高。

為了進一步提升中南大學礦業(yè)工程專業(yè)研究生的自主學習能力、創(chuàng)新能力和就業(yè)競爭力，培養(yǎng)面向應用的復合型研究生，以中南大學礦業(yè)工程專業(yè)為主，結(jié)合冶金工程和材料工程專業(yè)等多學科特色，對礦業(yè)工程多學科交叉培養(yǎng)模式進行了探索與實踐，如圖1 所示。這增強了本學科研究生的創(chuàng)新意識，提高了創(chuàng)新水平和應用能力，為傳統(tǒng)工科專業(yè)的學科交叉建設提供經(jīng)驗，為國家重大發(fā)展戰(zhàn)略提供人才保障。

圖1 新工科背景下礦業(yè)工程學科交叉教育改革

1 學科交叉融合在選礦領(lǐng)域人才培養(yǎng)中的必要性

1.1 選礦領(lǐng)域的研究具有交叉性特征

隨著《關(guān)于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導意見》和“踐行清潔生產(chǎn)理念，構(gòu)建環(huán)境友好型有色金屬產(chǎn)業(yè)新格局”的提出，綠色、高效、高質(zhì)、高值、規(guī)模化利用地從鋼渣、鉛鋅冶煉渣、廢舊動力鋰電池和廢舊線路板等二次資源中回收金屬資源得到廣泛的關(guān)注。單一的重選、磁選和浮選等選礦工藝難以直接實現(xiàn)城市礦產(chǎn)資源的高效綠色利用。通常，城市礦產(chǎn)綜合利用涉及冶金領(lǐng)域和材料領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)知識，例如，使用濕法/火法冶金工藝對物料進行預處理或分離，將廢舊電池等電子垃圾修復做成高值化產(chǎn)品或材料。因此，從當前礦業(yè)工程自身學科屬性和發(fā)展規(guī)律來看，具有明顯的學科交叉性屬性。

1.2 學科交叉型人才培養(yǎng)符合礦業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展需求

在“新工科”建設背景下，國家鼓勵多學科交叉、共同發(fā)展，培養(yǎng)高質(zhì)量、高層次的學科交叉型人才是科技進步和社會發(fā)展的迫切需求，特別是在“雙一流”建設背景下，中南大學礦業(yè)工程作為一流學科率先開展了學科交叉型人才培養(yǎng)的研究生教育改革。基于我國礦業(yè)領(lǐng)域發(fā)展存在的難題，通過將礦業(yè)工程與我校冶金工程和材料工程等優(yōu)勢學科已有的研究思路相結(jié)合，不斷合作與探索，提升我校礦業(yè)工程等傳統(tǒng)學科專業(yè)研究生創(chuàng)新能力，不斷推動有色金屬行業(yè)高質(zhì)量、快速發(fā)展，為國家重大戰(zhàn)略需求提供人才保障。

2 學科交叉融合在選礦領(lǐng)域人才培養(yǎng)中的可行性

2.1 學院為跨學科人才培養(yǎng)提供基礎保障

中南大學資源加工與生物工程學院的礦業(yè)工程專業(yè)入選教育部“雙一流”建設學科。在“新工科”建設背景下，中南大學礦業(yè)工程領(lǐng)域的研究平臺不斷擴大，管理模式不斷創(chuàng)新，為學科交叉人才培養(yǎng)提供了基礎條件。從研究平臺來看，依托單位建有“國家重金屬污染防治工程技術(shù)研究中心”“難冶有色金屬資源高效利用國家工程實驗室” 2 個國家級研究創(chuàng)新平臺和“稀有金屬冶金及材料制備湖南省重點實驗室”“教育部生物冶金重點實驗室” 等9 個省部級科技研究創(chuàng)新平臺，擁有曙光5000 高性能網(wǎng)格計算硬件、真空手套箱、三相管式爐、真空熱解爐、電池性能測試站、比表面積測定儀、等離子體發(fā)射光譜儀(ICP)、高精度高斯儀、比磁化系數(shù)測定儀、美國Innov-X 便攜式礦石分析儀、振動磁強計、激光粒度儀、密度儀、XRD 粉晶衍射儀、SEM 電鏡、Zeta電位儀、接觸角測定儀、原子力顯微鏡AFM、比表面積及孔徑分析儀、場發(fā)射掃描電子顯微鏡和高性能實驗室終端計算平臺等，可為研究生創(chuàng)新實踐過程提供良好的科研條件。從師資角度看，中南大學礦業(yè)工程專業(yè)教師的師資力量雄厚，涉及選礦、冶金、材料及環(huán)境等領(lǐng)域，具有研究范圍廣、研究內(nèi)容深、研究經(jīng)歷豐富等特點，可以為“選礦- 冶金- 材料”學科交叉人才培養(yǎng)提供扎實的理論知識和詳盡的科研指導。因此，中南大學資源加工與生物工程學院礦業(yè)工程專業(yè)的研究平臺和師資力量已具備多學科融合培養(yǎng)的基礎條件。

2.2 學校為多學科融合培養(yǎng)人才提供了便利條件

中南大學的礦業(yè)工程、冶金工程和材料科學與工程的發(fā)展相得益彰。在課程設置方面，學校為學生提供了充足的課程資源以及自由選擇的權(quán)力，以契合跨學科發(fā)展的需求，激發(fā)學生跨學科發(fā)展的熱情。

在課堂教學環(huán)節(jié)，學校開放了研究生智能選課系統(tǒng)，研究生與導師可根據(jù)未來課題需要在全校范圍內(nèi)選修研究生課程，例如冶金與環(huán)境學院的有色金屬冶金原理課程、冶金環(huán)境科學課程等，材料科學與工程學院的儲能材料設計與應用課程、高溫耐火材料課程等。在選課系統(tǒng)中除了有詳細的課程信息，還能夠查看課程各章節(jié)的主要內(nèi)容，為交叉學科學生提供更多參考。此外，為進一步促進師生間(特別是交叉領(lǐng)域)交流，礦業(yè)工程專業(yè)面向全校研究生開設了礦物加工前沿和資源加工前沿等多門學科交叉與學科前沿講座。

在科學研究環(huán)節(jié)，學校鼓勵學生進行學科交叉課題研究，并呼吁研究生踴躍參與到創(chuàng)新項目中，鼓勵不同學院、不同年級的學生積極組隊，并加大對交叉學科領(lǐng)域課題的資助力度。中南大學研究生院、中南大學創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)辦和中南大學科研部等部門主動承辦多場研究生論壇，自2020 年起已連續(xù)在多個學院開展了研究生學科交叉論壇，其主題涉及生物醫(yī)藥、智能制造、綠色礦山、低碳冶金和污染治理等多個領(lǐng)域，為我校師生提供了展示交叉學科成果的平臺。

學院和學校的支持和保障有利于構(gòu)建和完善礦業(yè)工程專業(yè)交叉人才培養(yǎng)模式，以滿足我國對交叉型創(chuàng)新人才的需求。

3 多學科交叉融合選礦人才培養(yǎng)模式的構(gòu)建策略

3.1 構(gòu)建學科交叉人才培養(yǎng)新思路

第一，學校應調(diào)整現(xiàn)有的運行管理機制，充分發(fā)揮學校的學科特色，為優(yōu)勢學科交叉提供支持，同時也為普通學科提供新機遇；第二，學校應提供學科交叉研究創(chuàng)新平臺，推動各學科協(xié)同發(fā)展、全面創(chuàng)新，同時提高檢測設備與實驗儀器等的利用效率；第三，學校應加快建設具有學科交叉背景的導師團隊，打破傳統(tǒng)單一的師資結(jié)構(gòu)，可采用“引進來、走出去”的方法，即邀請具有其他學科背景的教師共同探討，并鼓勵本專業(yè)教師參與其他學科研究工作，以保證導師團隊的活力與專業(yè)性；第四，學校應為參加學科交叉培養(yǎng)的學生制定專屬培養(yǎng)計劃，做到因材施教，例如做到原有課程與新學科補充課程高效融合、在掌握課程的基礎上增加相應的實驗和實踐內(nèi)容，如圖2 所示。

圖2 “選礦-冶金-材料”交叉學科創(chuàng)新人才培養(yǎng)研究技術(shù)路線

3.2 完善課程體系，建立多介質(zhì)交叉學科知識平臺

目前，礦業(yè)工程學科理論和技術(shù)快速發(fā)展，具有多領(lǐng)域、全方位的特點，因此學科交叉型人才培養(yǎng)不僅對課程內(nèi)容提出了更高要求，還對專業(yè)交叉提出了新需求。學科交叉型人才培養(yǎng)的交叉內(nèi)容范圍廣、知識體系龐大、可參考借鑒教材少。因此，為了進一步推動礦業(yè)工程專業(yè)的發(fā)展，編寫囊括多學科以及新興技術(shù)的新教材是礦業(yè)工程專業(yè)的首要工作。礦業(yè)工程專業(yè)任課教師和冶金與環(huán)境學院、化學化工學院、材料科學與工程學院、地球信息學院等專業(yè)任課教師可以共同編寫交叉學科教材，以鋰資源循環(huán)為例，其教材內(nèi)容應涵蓋鋰元素的地球化學行為、成礦過程、鋰礦藏資源特點、鹽湖提鋰、鋰云母浮選分離、鋰離子電池材料、廢舊動力電池資源化和鋰儲能材料應用等章節(jié)。

同時，在完善教材的基礎上，集中校內(nèi)冶金與環(huán)境學院、化工學院、材料學院的相關(guān)領(lǐng)域師資力量，共同促進交叉學科課程教學體系的進一步完善，保障研究生在交叉學科領(lǐng)域的知識獲取。

在互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的時代背景下，礦業(yè)工程學科的發(fā)展可以結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)資源，打造學科交叉發(fā)展的網(wǎng)絡平臺，包括課程教學視頻和學習軟件等。此外，鑒于大多數(shù)學生熱衷于抖音、快手、微信短視頻，因此可以制作具有礦業(yè)工程學科交叉特點的短視頻，打造礦業(yè)領(lǐng)域?qū)俚膭?chuàng)新人才培養(yǎng)自媒體，促進研究生多途徑、全方位、系統(tǒng)化學習。

以上舉措的實施，一定程度上優(yōu)化了礦業(yè)工程交叉學科人才培養(yǎng)的課程體系，為學生提供了多樣化的學科交叉知識學習平臺。同時，多介質(zhì)交叉學科知識平臺的建設可以加大知識傳播的深度和廣度，激發(fā)學生學習興趣，促使學生多元化發(fā)展，為礦業(yè)工程學科交叉發(fā)展保駕護航。

3.3 設立專項經(jīng)費，確保學科交叉融合選礦人才培養(yǎng)模式長效運行

礦業(yè)工程作為一門實驗型綜合研究專業(yè)，在交叉學科人才培養(yǎng)期間需要充足的科研經(jīng)費支撐。沒有科研經(jīng)費的支持，研究者的實驗進度、實驗數(shù)據(jù)可靠性以及科研工作者的科研熱情均無法得到有效保障，這對交叉學科融合發(fā)展的可持續(xù)性將是重大挑戰(zhàn)。中南大學鼓勵研究生申報湖南省研究生創(chuàng)新項目和中南大學研究生自主探索項目，且資助數(shù)量和資助金額呈逐年上升趨勢，不斷加大對交叉型課題的資助力度。同時，國家相關(guān)部門應積極采取有效措施完善學科交叉研究經(jīng)費制度，為研究者提供良好的研究平臺，從而進一步激發(fā)研究者的積極性，為我國交叉型人才的可持續(xù)培養(yǎng)注入不竭動力。

3.4 研學共進，培養(yǎng)復合型創(chuàng)新人才

目前，“選礦-冶金-材料”人才培養(yǎng)主要集中在研究生階段，但由于當前研究生培養(yǎng)體系不完善，導致交叉型選礦人才培養(yǎng)缺乏連貫性，主要是學生完成科研課題的時間倉促。一年級研究生注重課堂學習，缺乏科研訓練經(jīng)驗，實驗水平參差不齊；二年級研究生開始進入實驗室，但實驗起步晚；三年級研究生注重畢業(yè)和就業(yè)，無法高質(zhì)量完成培養(yǎng)目標[7]。在“新工科”背景下，交叉型選礦人才培養(yǎng)的關(guān)鍵是完善研究生培養(yǎng)體系。因此，在研究生剛?cè)雽W時，導師應為其設立科研課題，選擇交叉培養(yǎng)方向，盡早開展交叉學科課題研究，達到研學共進的目的，以保障交叉型選礦人才的高質(zhì)量培養(yǎng)。

隨著教育部加大對“雙一流”高校跨學科人才培養(yǎng)的力度與科研經(jīng)費的投入，中南大學積極響應國家政策號召，并結(jié)合自身優(yōu)勢，為本科生和研究生的培養(yǎng)提供更加完善的科研平臺、更加先進的科研技術(shù)、更加優(yōu)化的學生培養(yǎng)體系。此外，學校鼓勵低年級的礦業(yè)工程、冶金工程、材料工程本科生在入學時選擇“選礦-冶金-材料”學科交叉方向，盡早接觸交叉學科課題研究，積累科研訓練經(jīng)歷，研學共進，為未來學科交叉融合人才培養(yǎng)打下基礎，實現(xiàn)學科的多元化發(fā)展。

3.5 打造良好的學科交叉培養(yǎng)生態(tài)

學校在招生時可設立“選礦- 冶金- 材料”交叉學科專業(yè)，在本科一年級時開始培養(yǎng)交叉學科專業(yè)知識，注重打造良好的學科交叉培養(yǎng)生態(tài)，為后期的交叉學科項目研究打下牢固基礎，從而更好地完成復合型人才的培養(yǎng)。同時，學生和教師也應勤于交流、互相幫助[8]。此外對交叉學科研究生，學校可設立相關(guān)獎勵與支持計劃，對選擇交叉學科專業(yè)的研究生，可設立特定獎學金，并對招收交叉學科研究生的導師予以一定的名額獎勵，開展學生和導師雙向促進的交叉學科人才培養(yǎng)模式。

3.6 引進高水平人才，夯實師資力量

交叉培養(yǎng)模式是不同學科專業(yè)之間交互重構(gòu)的復雜過程。培養(yǎng)過程中不僅需要突破傳統(tǒng)單一學科制度壁壘，還需要突破跨學科學術(shù)界限，單純依靠傳統(tǒng)專業(yè)教師的指引，難以實現(xiàn)高水平學科交叉人才培養(yǎng)，因此引進具有多學科背景的教師是實現(xiàn)跨學科人才培養(yǎng)的重要方法[9]。同時，為了確保交叉學科人才的高質(zhì)量培養(yǎng)，對引進的人才設立支持和培養(yǎng)機制，激發(fā)各類要素的創(chuàng)新活力，為跨學科人才培養(yǎng)和學科交叉融合的可持續(xù)發(fā)展注入不竭動力，加快成果產(chǎn)出。多學科交叉融合背景下礦業(yè)工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式，如圖3 所示。

圖3 多學科交叉融合背景下礦業(yè)工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式

3.7 預期目標

通過探究“選礦- 冶金- 材料”交叉學科人才培養(yǎng)模式，聚焦學科前沿，構(gòu)建“選礦-冶金-材料”跨學科選礦創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)具有寬思維、多角度、

深層次的高尖端人才，助力中南大學優(yōu)勢學科確定學科交叉型研究生培養(yǎng)方向，真正實現(xiàn)協(xié)同創(chuàng)新，推動學科發(fā)展。此外，還應建設具有學科交叉背景的導師團，并確立學科交叉型人才培養(yǎng)方案和對應考核評價體系，為學生提供必要的科研指導，提高學生的實踐能力。

4 結(jié)語

礦業(yè)工程專業(yè)是可持續(xù)發(fā)展的重要支撐，重視“選礦-冶金-材料”學科交叉人才培養(yǎng)是實現(xiàn)“雙碳”目標和科技強國的需要。中南大學資源加工與生物工程學院以礦業(yè)工程專業(yè)為學科交叉著力點，根據(jù)自身學科特點與“新工科”人才培養(yǎng)理念相結(jié)合，不斷完善學科交叉培養(yǎng)體系，建立復合型人才培養(yǎng)新模式，是新時代選礦領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。選礦領(lǐng)域復合型人才的培養(yǎng)，能有效推進科研工作者高質(zhì)量發(fā)展，為“新工科”背景下傳統(tǒng)學科研究生培養(yǎng)提供借鑒，并推動有色金屬行業(yè)高質(zhì)、快速發(fā)展。