礦物加工工程專業表面物理化學教學改革研究

馮博　汪惠惠

摘要：本文結合礦物加工工程專業碩士研究生的專業特點，對如何進行礦物加工工程專業基礎課程“表面物理化學”的教學改革進行了研究，闡述了教學團隊在教學模式的設計與創新、實踐性教學的設計、考核方式改革等方面進行的探索和嘗試，并對可能取得的成效進行了預測。

關鍵詞：創新培養；課程設置；教學方式；導師隊伍；評價體系

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）11-0117-02

一、前言

凡是在相界面上所發生的一切物理化學現象統稱為表面現象，而研究各種表面現象實質的科學稱為表面化學。表面化學在20世紀40年代前得到了迅猛發展，大量的研究成果被廣泛應用于各生產部門，如涂料、建材、冶金、能源等行業。表面化學可以幫助我們了解不同反應的過程，例如鐵為什么生銹，燃料電池如何工作，汽車內催化劑如何工作等。此外，表面化學反應對于許多工業生產起著重要作用，例如人工肥料的生產。而在礦產資源開發利用過程中，由于礦物分離與富集的依據是有用礦物與脈石礦物之間的物理化學性質差異，表面物理化學的作用也不可替代。因此，表面物理化學是礦物加工碩士點的學位課程之一，通過這門課程的學習，可以使學生掌握表面物理化學的基礎知識，如物質表面、固-液界面與潤濕、固-固界面與粘附、固體表面吸附、溶液吸附、膜和膜應用、表面改性與功能材料、表面活性劑、表面電化學等。

江西理工大學自開始招收第一屆礦物加工專業研究生開始，表面物理化學就是重要的基礎課程，經過十幾年的建設，已經形成了自己的特色。該課程現為資源與環境工程學院礦物加工工程專業研究生核心課程之一。為了培養學生對這門課的學習興趣，熟練掌握表面物理化學的相關知識，在將授課教師更換為礦物加工專業的教師后，對該課程的教學改革進行了研究，在教學模式的設計與創新、實踐性教學的設計、考核方式改革等方面進行了探索和嘗試。

二、表面物理化學課程教學改革的內容

（一）教材的選擇

教材、教師、學生是課堂教學活動的三種基本要求，也是保證教學質量的三種基本要素。由于沒有面向礦物加工專業研究生的表面物理化學教材，在教材的選擇上，教學團隊曾出現分歧。是選擇傳統的表面物理化學教材，將礦物加工的相關專業知識融合在教材的知識點中，還是選擇礦物加工工程專業的相關書籍，將相關知識點進行總結歸納？通過分析礦物加工專業的課程設置，發現課程體系里有很多專門課程對相關知識點進行講授，如浮選電化學、浮選溶液化學等。因此，最終還是決定選擇傳統的表面物理化學教材。為此，我們選擇了騰新榮主編的《表面物理化學》作為教材，同時指定顏尚慈等編著的《界面化學》，沈鐘編著的《膠體與表面化學》作為輔助教材，供學有余力的學生課外閱讀。

由于表面物理化學課程的教學時間有限，以我校為例，礦物加工專業表面物理化學課程只有32學時，因此對課程的講授內容進行了選擇，刪除了與礦物加工專業關聯不大的部分內容，擴充了表面研究方法、表面物理化學的應用等內容，使課程內容做到了有的放矢，具有較強的針對性。如原子力顯微鏡、二次離子質譜等檢測方法的講解，拓展了學生的知識面，改變了礦物加工專業研究生在課題研究中只會運用紅外光譜、紫外分析、X射線分析的現狀，大大提高了研究成果的創新性和可信度。

（二）教學模式的改革

表面物理化學課程是從基礎理論過渡到專業課的橋梁，課程中既有抽象的理論，又有與生產實際結合緊密的內容，因此在教學中不能因循固定的模式，應根據不同的教學內容，采用不同的教學模式。本課程在教學中采用的主要模式有。

1.講解-接受模式。通用性的理論內容一般采用此模式，通過講授使學生能夠熟練掌握重要知識點的概念及含義。課堂的時間有限，而這種教學模式能夠讓學生在有限的課堂教學時間里比較迅速地掌握較多的知識信息，體現了教學作為一種簡約化認識過程的特點。但是在講授過程中，教師也注重現代教學方式的運用。目前，教室里均安裝了投影儀等設備，本課程教師在大多章節內容的教學中均已采用課件教學，效果良好。通過將表面物理化學中抽象的理論及與實際工程緊密結合的內容以動畫的形式展現給學生，增強了學生的感性認識；將表面物理化學中難懂的知識及在實際工程中的應用以生動活潑的動畫形式展現給同學，激發了學生的學習興趣。如講授液體表面張力的基本概念及測定方法，教師對表面張力的概念進行解釋，將日常生活中水滴為何成球形、昆蟲為何能浮在水面上等一些現象，通過動畫進行演示，加深了學生對該知識點的理解。

2.精講—自學—討論—操作模式。教師對重要的知識點和難點進行精講，在教師的啟發引導下，讓學生獨立學習有關內容，可培養學生的自學能力，讓學生“學會學習”；討論方式有“生-生互動”式，亦有“師-生互動”式；操作是學用結合的過程，學生根據老師布置的任務，獨立地從事分析問題、解決問題的活動。如固體及固液界面表面的吸附是表面物理化學中的重要知識點，而浮選藥劑在固液界面的吸附也是礦物加工浮選必不可少的環節。通過對吸附的機理、吸附的模型進行精講，使學生掌握相關概念，然后找出自己科研過程中發生的吸附行為，對其吸附的機理及屬于何種吸附模型進行歸納總結，通過分組討論得到其中的深層次機理，再將所學的知識用于指導未來的實驗。

3.合作教學模式。合作教學既有教師和學生的合作學習，也體現了“學生是學習的主體”的原則。教師和學生合作學習主要是在課前由教師選擇目前發展較快、實用性強、學生感興趣的內容，讓學生分成小組，通過查資料，在課堂上交流或討論，然后以PPT形式匯報討論所得，由教師進行點評。通過這種方式，不但鍛煉了學生的表達能力，還大大激發了學生學習的熱情，滿足他們渴望能夠了解科技新發展的愿望。如關于表面電化學的基本概念及其應用，教師要求學生結合自身所做的科研課題，找出與之相關的實例，進行分析歸納總結，做成PPT講給其他學生。

（三）實驗教學方法的改革

表面物理化學的實踐教學工作始終堅持以基本知識掌握為先導，基本技能訓練為基礎，工程實踐和創新能力培養為核心，知識、能力、素質協調發展的實踐教學理念，以培養學生動手能力、創新意識、解決復雜工程問題的能力、協作精神為目標。表面物理化學實踐教學依托江西省礦業工程重點實驗室、江西省礦業工程實驗中心等平臺開展實驗教學。課程實驗的內容主要是根據課程理論教學，達到工程實踐能力和創新能力的培養目標來設置的，實驗類別分為演示性實驗、驗證性實驗、設計性實驗和綜合性實驗四類，具體實驗通過教師操作、學生觀摩、發現問題、共同討論和學生獨立操作或參與完成實驗、發現問題、解決問題兩種形式。

實驗項目不僅鞏固了學生對基礎理論知識的掌握，而且通過查閱資料和集中討論，可以讓學生接觸到許多在課堂上不曾涉及的知識，使學生開拓了視野和知識面，培養了自學的能力；其次，設計型實驗使學生分析問題和解決問題的能力得到了極大地鍛煉和加強；再者，創新型實驗是分組進行的，所以也培養了學生的團隊協作精神。主要方法有以下幾點。

1.典型案例分析法。如結合洗滌劑講授表面活性劑的作用，結合化妝品講授乳狀劑生產工藝參數的確定，結合水泥的水化反應及陶瓷泥漿的制備講授膠體理論等。

2.學做結合法。將材料加工生產中需要用表面物理化學的理論解決的實際問題引入到教學中，以任務驅動的方式在教師的指導下讓學生分析解決，既鞏固了理論知識，又培養了學生分析問題與解決工程實際問題的能力，同時貫徹了理論聯系實際的原則。

3.實習法。將工程實際的最新科研成果融入教學中去，使學生了解材料生產的發展方向，努力做到與時俱進。

（四）考核方式改革

表面物理化學原有的考核方式為固有考核方式，偏重于知識記憶，課程考核內容局限于教材、課堂筆記、老師劃定的范圍和指定的重點，對學生綜合素質和創新能力的考核普遍不足，導致上課記筆記、課后抄筆記、考核背筆記的問題突出。表面物理化學課程考核方式改革，就是按照應用型人才培養要求，把考核內容定位在對以往知識的理解和對學生獨立思考能力的考查上，即增加應用、創新知識的考核，減少單個知識技能的考核，增加知識能力體系的考核。首先改變考核成績的構成，加大學習過程、到課率、平時作業、平時表現得分率的成績構成比例，適當體現階段性考核成績比例，降低期末成績考核的占分比例，將期末考核成績占比設定為50%，平時成績、單元考核及期中考核成績共占50%，同時建設、使用試題（庫），逐步實現教考分離。

三、預期成果

表面物理化學是礦物加工工程專業研究生的必修基礎課。經過多年的建設和改革，已形成完整的教學體系，教學水平穩步提高。

預期通過表面物理化學課程的建設和改革，建立拓寬專業基礎、提高學生整體素質、培養適應新世紀需求的高素質、復合型和創新型人才的教育理念，獲得以下成果。

首先，采用研討式教學，能讓學生成為課堂的主體，讓其參與老師的討論，變被動學習為主動學習。

其次，基礎理論教學和前沿科學研究結合的教學方式，讓課堂教學變得豐富，讓理論和實踐結合更緊密，使課堂知識具有新穎性。

第三，注重理論和實踐相結合，增加工程實際范例，注重實際應用。通過項目驅動提高學生的實踐與創新能力，通過教學實踐提高學生綜合素質和創新能力。