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矿业类学生解决复杂技术难题能力提升途径探索

更新时间:2009-03-28

创新能力是一个国家发展的核心竞争力,也是发展的驱动力。世界经济全球化的背景下,创新能力成为各个国家竞争的重要着力点,一个国家国际地位的高低很大程度上取决于创新能力强弱。而我国目前科学研究工作中存在一系列复杂技术难题尚未得到有效的解决,严重制约着我国科学技术的进步。这就亟需高层次创新型人才利用知识和技能,提出复杂技术难题创造性的解决方案。当前我国矿业产业面临由高速发展向高质量发展的转型和升级,包括开采、加工制造、转化、利废等环节都存在复杂技术难题需要攻克,这就需要大量矿业类创新人才围绕复杂技术难题开展科学研究和生产实践。高校承担着培育高素质矿业类创新人才的任务,是向社会输出矿业类创新人才的主要通道[1],因此提升矿业类学生解决复杂技术难题能力至关重要。矿业类学生包括采矿工程、安全工程、矿物加工工程、煤化工、地质工程和矿物资源工程等专业的学生。这些专业的学生培养目标是培养我国矿产资源开采、加工、转化和循环利用等领域的专业高层次人才[2]。由于矿业类研究对象自身结构复杂性、技术应用环境的复杂性和过程变量多维性的特点,需要矿业类学生要具备宽基础、强能力、善协作、敢求新的特征,还要有系统工程的思维和综合运用交叉学科解决问题的能力。本文从矿业领域复杂技术难题的基本特征入手,详细阐述矿业类学生解决复杂技术难题所需的核心能力,并提出提升矿业类学生解决复杂技术难题能力的有效途径。

一、矿业科学技术突破的关键是解决复杂技术难题

1. 大力发展创新驱动型矿业

矿业类产业是我国国民经济的基础产业和支柱产业。十九大报告中指出,到21世纪中叶要把我国建成现代化强国,届时我国经济实力、科技实力将大幅度提升。城市化是社会现代化一个重要标志,而矿业的大力发展将有力促进我国城市化的进程,同时也将现代化进程提供能源和原材料的供给。建设现代化国家的还应包括建设资源节约型和环境友好型社会,促进技术进步是关键。因此,我国矿业产业面临经济与环境的双重约束。当前我国矿业产业对资源有效开发利用率偏低,附加值高的资源低端化运用,长期处于粗放式开发利用模式。改变这种粗放式模式的重要抓手就是创新驱动,通过高新技术改变生产方式,最终实现资源高效利用和节能减排,真正做到经济发展和生态保护的和谐发展。

甲烷是矿井瓦斯及天然气等燃料的主要成分,属于易燃易爆气体,对甲烷气体的浓度进行准确实时检测可以避免和预防灾难性事故的发生,保证公共运行和人生安全。传统上对于甲烷气体的检测主要包括催化燃烧技术和半导体气敏技术两种。但催化燃烧技术存在测量范围小,测量元件本身在高温时具有危险性等缺点,而半导体气敏技术同样存在测量围小,以及抗环境干扰能力差等缺点[1]。

2. 解决矿业领域复杂技术难题迫在眉睫

矿业生产包括开采、加工制造、转化、利废等环节的服务目标,需要创新每个环节的生产方式、生产工艺、产品类型和质量,利用自主研发的高新技术来提升矿业产业。近些年,国家在矿业领域科学技术投入了大量的人力和财力,矿业领域科学技术得到了一定的发展,但关键技术的原创性和解决复杂技术问题的能力有待提高[3]。一方面,随着浅层矿产资源开发殆尽,开采面临深部化发展的趋势,而深部的地质特征和力学响应与浅部存在截然不同的特点。如果仍用浅部的理论指导深部开采,将不再适用,也存在风险。另一方面,随着我国矿产资源的大量消耗,低品位(质)矿产高效洁净利用势在必行。低品位(质)矿产资源的提质技术涵盖了化学、化工、矿物加工、工程热物理、环境工程等多学科知识,有诸多复杂技术问题有待攻克。煤炭除了作为动力煤,还可转变为清洁的天然气,也可以转化为化工原料,实现高附加值利用。如新型煤气化制清洁燃气技术、煤温和加氢液化制高品质液体燃料关键技术与工艺等。同时,煤化工是高排放行业,如何实现三废的回收和利用至关重要。如燃煤烟气硫回收及资源化利用技术、粉煤灰高附加值元素的高效提取技术等。这些待解决的共性关键技术的特点就是对象自身结构的复杂性、应用环境的复杂性和过程变量的多维性,共同导致了解决矿业领域关键技术难题是一个系统工程,具有多维性,用传统的技术难以解决,需要矿业领域科技工作者创新能力的提升,具备解决复杂技术难题的能力。

几天以后,丈母娘再次闹出事端。黄昏时分小区物业管理人员敲开呼伦的防盗门,寒暄一番后就和呼伦躲进书房。是这样,他直入正题,下午大妈把小区草坪里的草拔掉一些。

二、矿业领域复杂技术难题的基本特征

1. 系统多模块协调

复杂技术难题往往所涉及的不局限单一学科知识,而是多个学科的知识,它们之间关系较为紧密,也只有不同学科知识发生交叉,才会产生理论突破[4]。复杂技术难题的复杂性就表现在它所包含的知识不但覆盖面十分广泛,具有多元性,学科之间呈现出协同现象,彼此相互交叉、相互渗透。要解决复杂学科交叉的技术难题,高校学生必须具备多元化的知识结构,将所学知识融会贯通。如低品位(质)矿产资源的提质技术涵盖了化学、化工、矿物加工、工程热物理、环境工程和燃烧学等多学科知识,靠单一学科无法解决相关技术难题,这就需要进行多学科交叉融合,实现技术突破。

2. 多学科交叉协同

在进行单一层次判断矩阵的一致性检验之后,利用单层次排序的影响因子权重计算各层次影响因子的组合权重,计算完成后再对组合权重计算结果进行一致性检验[10-12]。若结果不满足一致性要求,则对判断矩阵进行调整。

复杂技术难题由一系列关于科学研究中必需解决却难以解决的问题组成,涵盖了科学事实基础、问题涉及的理论背景、问题的方向、最终解决目标等要素。首先,它是一个庞大的系统,由多个模块构成,成分复杂,内容广泛。这些模块在复杂技术难题这个大系统中又有着相互的联系,它们彼此之间相互作用和影响,解决一个复杂技术难题需要系统多模块相互协调。如深地资源勘查开采技术难题,是由深地矿产成矿结构、深地探测技术、深地找矿、深地资源评估和深地开采等级技术模块组成,相互影响、相互促进。其次,复杂技术难题的差异性还表现为系统内不同模块之间、同一模块不同区域的差异性,它们有着各种各样的难以解决的地方,有着相对的独立性。再次,技术难题组成的多模块系统整体上表现出一种同一性,各个模块相互之间存在不可分割的联系;真正的同一性恰恰是要保持自身各部分的差异性宏观规律与微观机制。

创造性的开发一个工艺和技术系统过程中,解决复杂技术难题至关重要。而复杂技术难题往往由多个模块构成,多模块之间相互作用和彼此影响,所以解决复杂技术难题要具备系统科学思想。这需要创新人才能够从整体和系统的角度,关注解决复杂技术难题过程中的整体性、关联性、层次性和结构性,探讨多模块复杂系统的基本规律和共性,发现各模块之间的作用机制和内在联系,协调各模块之间的关系,进而达到优化系统的目的。首先,创新人才要具备系统工程的知识结构和能力,这是工程技术层次;其次,要具备控制论、运筹学等方面的知识结构,这是系统科学层次;再次,要具备系统观,这个是哲学方法论范畴。这三个层次组成了创新人才解决复杂技术难题的所需的系统科学思想。因此,解决复杂技术难题难点就在于它不单单需要某一科学领域或技术应用领域的知识,而是同时需要掌握多个领域的知识,并且将这些知识融合到一起。同时将各个局部问题的解决办法整合为一个系统的解决方案,根据具体的问题不断进行优化,最后形成一个针对解决复杂技术难题的完善的整体方案。

矿产系统的重要特点使其具有非线性特征,是造成复杂性技术难题的主要原因。复杂技术难题具有确定性与随机性两种相对概念的特性。确定性是在某一规定的条件下,用确切的函数表达的一种必然发生规律的特性。随机性区是指在一个系统的局部在不同阶段表现出无序性和不确定性的特点[5]。确定性是有条件的,随机性是无条件的,确定性是一种简化的随机性模型。通常不会将复杂技术难题的确定性与随机性分割成两个部分,也就是说没有离开随机性的确定性,也没有缺失确定性的随机性。复杂技术难题虽然包含了确定性的因素,但是往往更倾向于表现出一种随机的非线性特性。如煤粉化高值化利用,煤灰中铝、镓、锂等多种有价值的分布赋存规律的非线性及高效分离新工艺和新方法多变量的不确定性,导致开发高效提取技术及制备高值化产品的难度大大提高。

4. 宏观技术与微观机制共同制约

复杂技术难题首先可以通过利用各种宏观规律进行推断和演绎,从而能在整体上得到一个行之有效的解决问题的方法。但复杂的技术难题仅仅依靠宏观规律很难实现原始创新。因此,还要从机理着手,利用问题的微观机制挖掘出隐藏规律。借助于发挥这两种特性相结合的优势,复杂技术难题就能迎刃而解。如煤炭提质利用关键的突破的前提是先弄清煤炭杂质赋存微观规律以及杂质脱除能量机制,研究微波脱硫技术必须建立在煤炭含硫的结构对微波的能量响应研究的基础上,开发煤炭清洁转化制烯烃技术,必须要研究合成气转化化学品催化机理。这些例子都说明了复杂技术问题的解决必须是建立在弄清楚微观机制的基础上。

三、解决复杂技术问题所需的核心能力

矿业类学生要解决复杂技术难题,需要具备系统科学思想和复杂性思维能力,要能够将复杂技术难题作为一个整体进行系统研究,又能够进行多尺度、多层次的研究,阐述技术难题非线性的微观机制,进而解决复杂技术难题不确定性的宏观现象[6]

1. 具备系统科学思想

1.3疗效判断标准 显效:各项生理指标降至正常范围,临床症状消失;有效:各项生理指标降至治疗前的50%以下,临床症状有所改善;无效:各项生理指标降低幅度<50%,临床症状改善不明显甚至无改善。

3. 非线性和不确定性

由图2b可知:3410.11 cm-1νOH、2929.84 cm-1νC-H、1429.23 cm-1δC-H、1732.05 cm-1νC=O、1068.55 cm-1νC-O和1010.68 cm-1νC-O的吸收,表明72%vol红枣白兰地致浊物中可能含有糖类化合物。3410.11 cm-1νOH、1642 cm-1νC=C、1271.07 cm-1ν=C-O,表明 72%vol酒的致浊物中可能含有水溶性的酚类化合物。结果表明,高度酒的致浊物可能是糖类及水溶性酚类化合物。

2. 复杂性思维能力和方法

参考文献

复杂技术难题具有原创性的属性,对它的研究进展就是用新的角度、新的方法去解决根本性的科学难题[7]。复杂技术难题的难不光在于难题数量多,而在于难题的尺度多、层次多,同时差异性、非线性和不确定性特征显著,体现在复杂系统局部和整体的非线性特点。复杂技术难题从表面上看是一种宏观现象,是技术和工程难题,但其深层次的难题的微观和介观尺度的问题没有解决,从而影响宏观上的技术难题没能解决。同时,复杂技术难题的多个模块一般是跨层次的,这需要创新人才具备同层次和跨层次之间关系整合和归纳能力。针对非线性和不确定性的特征,需要创新人才能够从简单性原则着手,研究确定复杂问题的必然性和确定性。因此,对于解决复杂技术难题,需要创新人才具备复杂性思维能力和方法论,能够通过研究复杂系统的微观尺度的相互作用,解释和解决复杂技术难题的非线性宏观现象。

四、解决矿业类复杂技术难题能力提升的有效途径

1. 培养全球化视野和获取新知识能力

高校学生解决复杂技术难题的能力大小首先由自身知识储备量的多少决定。世界发展之迅速,瞬息万变,知识也在不断的更新,这就需要高校学生具备不断获取新知识的能力。同时,高校学生的视野不能局限于眼前能看到、能感受到的地方,而是要将目光扩展到全球范围内,培养自己的全球视野。只有在全球视野下和新知识不断吸收的基础上,解决复杂技术难题的能力才能大幅度提高。

2. 训练系统思维和批判思维

复杂技术难题是一个系统工程和突破传统的问题,要想高校学生创造性的解决这些问题,就要培养高校学生的思维创造力。培养思维创造力中最关键的就是要培养他们的系统思维和批判思维。系统性思维是指思考问题的角度以细微处为出发点,进而扩展到整个系统,综合各个方面来考虑问题。批判性思维是指在科学判断的基础之上,通过批判性视角进行改善思维和反思思维,最后做出更加合理和准确的判断和决策[8]。有了系统思维,才能将问题看得全面,不遗漏其中任何细节;有了批判思维,才能拥有批判和质疑精神,跳出思维的僵局,对现有理论和结论进行批判。而墨守成规,则不能很好的解决复杂技术难题,就很难拥有真正的创造能力。

3. 提升多()学科交叉融合能力

多学科交叉在解决重大技术难题、取得重大科研成果过程作用愈发明显,越来越多有影响力的成果是通过多学科、跨学科的知识和方法相互碰撞和交流取得。解决复杂技术难题的重点问题的分解和迁移,会涉及多学科知识的交叉和融合。只有在教育过程中,培养高校学生学会将不同学科知识进行整合和迁移的能力,才能使多模块复杂系统的复杂技术难题得到有效解决。

4. 掌握科学研究方法和先进测试手段

由于科学技术的发展,大多数的发明和创新都要借助于现代化设备和手段,不能熟练地运用科学手段和方法,对于很多复杂技术难题的解决就会变得十分困难。要解决复杂的技术难题,高校学生需能够对复杂问题进行拆分、简化,通过对技术难题数字化、模拟化,并借助建模手段去分析问题,最后进行归纳和总结,进而得到技术难题的突破口和解决方案。因此,掌握科学研究方法和先进测试手段是当代高校学生必备的科研素养。

综上所述,解决复杂技术难题是实现矿业科学技术大发展的关键环节。针对矿业类技术难题具有复杂性和系统性的特点,高校学生需具备识别、分析复杂技术难题能力、提出解决复杂技术难题的研究方案能力和基于复杂技术难题分解的创新能力,才能解决复杂技术难题。对于高校教师,应从全球视野和获取新知识能力,培养系统思维和批判思维,多学科交叉融合能力,科学、先进的研究方法等途径来提升高校学生解决矿业类复杂技术难题的能力。

田诗一把抓住姐夫思雨的胳膊,厉声说:“别把妈吵醒了,还不快回家!”田诗拉着姐夫,风风火火地下了楼,来到大街上招手叫了一辆的士,直奔思雨家而去。

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[3] 傅建球.中国近代矿业技术创新系统探讨[J].合作经济与科技,2017(19):8-10.

政策四:9月29日,财政部发布《关于跨境电子商务综合试验区零售出口货物税收政策的通知》。《通知》称,对综试区电子商务出口企业出口未取得有效进货凭证的货物,同时符合一定条件的,试行增值税、消费税免税政策:电子商务出口企业在综试区注册,并在注册地跨境电子商务线上综合服务平台登记出口日期、货物名称、计量单位、数量、单价、金额。出口货物通过综试区所在地海关办理电子商务出口申报手续。出口货物不属于财政部和税务总局根据国务院决定明确取消出口退(免)税的货物。

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按照3.1节中计算结果,试验时,循环加载曲线如图5所示,上限转速保载2s,一个循环时间约为120s。试验分5个阶段进行,分别进行5 200次,5 200次,5 200次,2 600次和2 600次,每个阶段完成后进行无损检查,检测有无裂纹萌生。

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Step2:据待分割影像Z建立相似图G=(V,E,W ),并计算标准Laplacians矩阵L=I-D-1W;

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2.现代农业布局散、弱,缺乏品牌载体及知名度。由于重庆市山地地形复杂、城乡空间为山水界限所分割,且缺乏市级高度的统一现代农业发展规划,现代农业布局多呈碎片化的空间分散形态,尚未形成具有区域知名度的现代农业品牌载体。比如,成都市已经形成了以“三圣花乡”为代表的现代都市农业集聚发展区和区域品牌,相比之下,重庆“歌乐山国际慢城”等现代都市农业品牌已初步萌芽,但品牌影响力还不够,国际化程度很低。

 
苗真勇,陈紫珊,胡海山,周敏,石美
《煤炭高等教育》 2018年第01期
《煤炭高等教育》2018年第01期文献

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