“選礦-冶金-材料”學科交叉的創新人才培養模式探索與實踐

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，對未來社會的經濟發展、新興產業技術進步以及現代化國家建設有著至關重要的影響。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、穩定性和發展性，更適合未來的社會發展[1]。在全球可持續發展理念的推動下，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，才能推動學科發展，進而推動社會發展[2]。

為了進一步完善面向產業和科技發展需求的人才培養體系，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學科壁壘和培育新的學科增長點，教育部、財政部、國家發展改革委在2018 年8 月聯合發布了《關于高等學校加快“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，國內各大高等院校在制定“十四五”發展規劃和“雙一流”建設方案中均以推動經濟發展和響應國家重大戰略為目標，積極打破傳統學科之間的壁壘，結合創新人才培養模式進一步構建和完善跨學科人才培養體系，為國家打造出先進的跨學科人才隊伍，助力實現科技強國戰略目標，推動國家可持續發展。其中，四川大學化學工程學院提出了“化工+X”的跨學科人才培養模式，依托學院的研究平臺，將化工與能源、化工與信息技術、化工與環境、化工與材料專業進行交叉，開辟了傳統學科交叉的新路徑，為交叉型化工人才培養提供保障，促進化工學科多元化發展[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，將傳統的理論技術與生物學、蛋白質工程等領域的前沿技術相結合，形成了一批具有多學科交叉特色的生物化工新技術，服務綠色生物制造戰略需求，推動我國早日實現“碳達峰、碳中和”目標[6]；東南大學機器自動化專業在交叉學科教學改革中，以機器人自動化專業為主，將其與控制科學與工程、人工智能、計算機科學與技術學科進行融合，培養了一批能夠自主設計并研發現代智能化機器人的復合應用型人才[7]。因此，高校在傳統學科改革發展過程中，應充分發揮各學科特色，并結合學科自身發展實際，遵循人才培養過程中的自然規律，培育能夠滿足社會經濟發展需求和面向國家重大戰略的新時代復合型創新人才。

中南大學在世界有色金屬領域處于領先地位，其中礦業工程、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、材料等企業持續輸送了大量專業人才。然而，受互聯網等新興產業快速發展和就業環境持續低迷的沖擊，學生對傳統工科專業認可度有所下降，對從事本行業的積極性不高。

為了進一步提升中南大學礦業工程專業研究生的自主學習能力、創新能力和就業競爭力，培養面向應用的復合型研究生，以中南大學礦業工程專業為主，結合冶金工程和材料工程專業等多學科特色，對礦業工程多學科交叉培養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新意識，提高了創新水平和應用能力，為傳統工科專業的學科交叉建設提供經驗，為國家重大發展戰略提供人才保障。

圖1 新工科背景下礦業工程學科交叉教育改革

1 學科交叉融合在選礦領域人才培養中的必要性

1.1 選礦領域的研究具有交叉性特征

隨著《關于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導意見》和“踐行清潔生產理念，構建環境友好型有色金屬產業新格局”的提出，綠色、高效、高質、高值、規模化利用地從鋼渣、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注。單一的重選、磁選和浮選等選礦工藝難以直接實現城市礦產資源的高效綠色利用。通常，城市礦產綜合利用涉及冶金領域和材料領域相關專業知識，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品或材料。因此，從當前礦業工程自身學科屬性和發展規律來看，具有明顯的學科交叉性屬性。

1.2 學科交叉型人才培養符合礦業領域的發展需求

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

2 學科交叉融合在選礦領域人才培養中的可行性

2.1 學院為跨學科人才培養提供基礎保障

中南大學資源加工與生物工程學院的礦業工程專業入選教育部“雙一流”建設學科。在“新工科”建設背景下，中南大學礦業工程領域的研究平臺不斷擴大，管理模式不斷創新，為學科交叉人才培養提供了基礎條件。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新平臺，擁有曙光5000 高性能網格計算硬件、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、等離子體發射光譜儀(ICP)、高精度高斯儀、比磁化系數測定儀、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，中南大學礦業工程專業教師的師資力量雄厚，涉及選礦、冶金、材料及環境等領域，具有研究范圍廣、研究內容深、研究經歷豐富等特點，可以為“選礦- 冶金- 材料”學科交叉人才培養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工程專業的研究平臺和師資力量已具備多學科融合培養的基礎條件。

2.2 學校為多學科融合培養人才提供了便利條件

中南大學的礦業工程、冶金工程和材料科學與工程的發展相得益彰。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力，以契合跨學科發展的需求，激發學生跨學科發展的熱情。

在課堂教學環節，學校開放了研究生智能選課系統，研究生與導師可根據未來課題需要在全校范圍內選修研究生課程，例如冶金與環境學院的有色金屬冶金原理課程、冶金環境科學課程等，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。在選課系統中除了有詳細的課程信息，還能夠查看課程各章節的主要內容，為交叉學科學生提供更多參考。此外，為進一步促進師生間(特別是交叉領域)交流，礦業工程專業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。

在科學研究環節，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域課題的資助力度。中南大學研究生院、中南大學創新創業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，其主題涉及生物醫藥、智能制造、綠色礦山、低碳冶金和污染治理等多個領域，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建和完善礦業工程專業交叉人才培養模式，以滿足我國對交叉型創新人才的需求。

3 多學科交叉融合選礦人才培養模式的構建策略

3.1 構建學科交叉人才培養新思路

第一，學校應調整現有的運行管理機制，充分發揮學校的學科特色，為優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新平臺，推動各學科協同發展、全面創新，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，打破傳統單一的師資結構，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性；第四，學校應為參加學科交叉培養的學生制定專屬培養計劃，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容，如圖2 所示。

圖2 “選礦-冶金-材料”交叉學科創新人才培養研究技術路線

3.2 完善課程體系，建立多介質交叉學科知識平臺

目前，礦業工程學科理論和技術快速發展，具有多領域、全方位的特點，因此學科交叉型人才培養不僅對課程內容提出了更高要求，還對專業交叉提出了新需求。學科交叉型人才培養的交叉內容范圍廣、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工程專業的發展，編寫囊括多學科以及新興技術的新教材是礦業工程專業的首要工作。礦業工程專業任課教師和冶金與環境學院、化學化工學院、材料科學與工程學院、地球信息學院等專業任課教師可以共同編寫交叉學科教材，以鋰資源循環為例，其教材內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。

同時，在完善教材的基礎上，集中校內冶金與環境學院、化工學院、材料學院的相關領域師資力量，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域的知識獲取。

在互聯網快速發展的時代背景下，礦業工程學科的發展可以結合互聯網資源，打造學科交叉發展的網絡平臺，包括課程教學視頻和學習軟件等。此外，鑒于大多數學生熱衷于抖音、快手、微信短視頻，因此可以制作具有礦業工程學科交叉特點的短視頻，打造礦業領域專屬的創新人才培養自媒體，促進研究生多途徑、全方位、系統化學習。

以上舉措的實施，一定程度上優化了礦業工程交叉學科人才培養的課程體系，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，激發學生學習興趣，促使學生多元化發展，為礦業工程學科交叉發展保駕護航。

3.3 設立專項經費，確保學科交叉融合選礦人才培養模式長效運行

礦業工程作為一門實驗型綜合研究專業，在交叉學科人才培養期間需要充足的科研經費支撐。沒有科研經費的支持，研究者的實驗進度、實驗數據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展的可持續性將是重大挑戰。中南大學鼓勵研究生申報湖南省研究生創新項目和中南大學研究生自主探索項目，且資助數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，國家相關部門應積極采取有效措施完善學科交叉研究經費制度，為研究者提供良好的研究平臺，從而進一步激發研究者的積極性，為我國交叉型人才的可持續培養注入不竭動力。

3.4 研學共進，培養復合型創新人才

目前，“選礦-冶金-材料”人才培養主要集中在研究生階段，但由于當前研究生培養體系不完善，導致交叉型選礦人才培養缺乏連貫性，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和就業，無法高質量完成培養目標[7]。在“新工科”背景下，交叉型選礦人才培養的關鍵是完善研究生培養體系。因此，在研究生剛入學時，導師應為其設立科研課題，選擇交叉培養方向，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量培養。

隨著教育部加大對“雙一流”高校跨學科人才培養的力度與科研經費的投入，中南大學積極響應國家政策號召，并結合自身優勢，為本科生和研究生的培養提供更加完善的科研平臺、更加先進的科研技術、更加優化的學生培養體系。此外，學校鼓勵低年級的礦業工程、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，積累科研訓練經歷，研學共進，為未來學科交叉融合人才培養打下基礎，實現學科的多元化發展。

3.5 打造良好的學科交叉培養生態

學校在招生時可設立“選礦- 冶金- 材料”交叉學科專業，在本科一年級時開始培養交叉學科專業知識，注重打造良好的學科交叉培養生態，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。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，學校可設立相關獎勵與支持計劃，對選擇交叉學科專業的研究生，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模式。

3.6 引進高水平人才，夯實師資力量

交叉培養模式是不同學科專業之間交互重構的復雜過程。培養過程中不僅需要突破傳統單一學科制度壁壘，還需要突破跨學科學術界限，單純依靠傳統專業教師的指引，難以實現高水平學科交叉人才培養，因此引進具有多學科背景的教師是實現跨學科人才培養的重要方法[9]。同時，為了確保交叉學科人才的高質量培養，對引進的人才設立支持和培養機制，激發各類要素的創新活力，為跨學科人才培養和學科交叉融合的可持續發展注入不竭動力，加快成果產出。多學科交叉融合背景下礦業工程專業人才培養模式，如圖3 所示。

圖3 多學科交叉融合背景下礦業工程專業人才培養模式

3.7 預期目標

通過探究“選礦- 冶金- 材料”交叉學科人才培養模式，聚焦學科前沿，構建“選礦-冶金-材料”跨學科選礦創新人才培養模式，培養具有寬思維、多角度、

深層次的高尖端人才，助力中南大學優勢學科確定學科交叉型研究生培養方向，真正實現協同創新，推動學科發展。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 結語

礦業工程專業是可持續發展的重要支撐，重視“選礦-冶金-材料”學科交叉人才培養是實現“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工程專業為學科交叉著力點，根據自身學科特點與“新工科”人才培養理念相結合，不斷完善學科交叉培養體系，建立復合型人才培養新模式，是新時代選礦領域發展的趨勢。選礦領域復合型人才的培養，能有效推進科研工作者高質量發展，為“新工科”背景下傳統學科研究生培養提供借鑒，并推動有色金屬行業高質、快速發展。