新工科背景下《非金屬礦深加工》實驗教學改革與實踐

沈智慧，鄧政斌，卯松，李先海，黃小芬

(1.貴州大學礦業學院，貴州貴陽 550025；2.喀斯特地區優勢礦產資源高效利用國家地方聯合工程實驗室，貴州貴陽550025；3.貴州省非金屬礦產資源綜合利用重點實驗室，貴州貴陽 550025）

2017年，為應對新工業改革和新經濟建設對我國高等教育的挑戰，我國教育部提出了工程教育持續深化改革的“新工科”行動計劃。作為一種工程教育發展新模式，“新工科” 建設要求高校以新理念創新改革工科專業人才培養模式和教育教學質量，培養創新創業能力、 工程實踐能力和學科交叉整合能力強的高素質新型工程科技人才。《非金屬礦深加工》是礦物資源工程專業理論與實踐相結合的一門專業課，《非金屬礦深加工》實驗是隨其理論課程一同開設的實驗課程。《非金屬礦深加工》 實驗是幫助學生理論聯系實際的重要手段，對培養學生動手實踐、自主學習能力具有理論教學不可替代的作用，是學生順利進行后續《畢業論文（設計）》課程的重要基礎和前提。實踐課程教學是新工科人才培養的重要環節，因此在“新工科”建設背景下，堅持新工科人才培養理念和工程教育認證標準，創新改革實踐課程教學模式，對人才培養具有較大意義[1]。

1 非金屬礦深加工實驗教學現狀

考察礦物資源工程專業《非金屬礦深加工》的傳統實驗教學過程，存在的問題主要表現在以下幾方面：

(1)實驗學時占比低。傳統《非金屬礦深加工》課程總學時為48 學時，其中理論課40 學時，實驗課8 學時。實驗課學時數較低，正常學時數范圍內不能完整開展實驗內容，實驗過程容易被精簡，學生對實驗內容的消化吸收不透徹。

(2)實驗教學模式單一。在實驗教學內容方面，傳統《非金屬礦深加工》實驗內容側重基礎性、驗證性實驗，沒有綜合性或設計性實驗項目。驗證性實驗雖有利于幫助學生鞏固掌握基礎理論知識，但忽略了對學生自主學習能力、分析和解決問題能力的培養。實驗內容創新性不夠，主要反映理論課上的基本原理，涉及知識面較窄，不能與非金屬礦深加工的發展前沿和新技術緊密聯系。在實驗教學方法方面，傳統實驗模式主要以“課前預習—教師講解—演示實驗—學生操作—完成報告”的填鴨式教學[2]為主，或學生根據實驗指導書中實驗要求和步驟，在老師指導下操作實驗，學生缺乏對實驗現象的深入思考。這種陳舊的教學模式缺乏以學生為中心，影響了學生動手能力和邏輯思維的培養。

(3)實驗考核方式不全面。傳統實驗考核方式較簡單，主要以出勤率和實驗報告為考核依據，缺乏對學生實驗預習、實驗操作和實驗總結的過程性評價，導致學生輕視實驗前預習準備和實驗過程，實驗前預習效果差，實驗過程中積極性差，不會主動解決實驗過程中出現的問題。課后實驗報告撰寫不認真，照抄實驗指導書和數據處理雷同現象較嚴重。單一的考核方式不能客觀評價和及時反饋學生實驗情況，影響學生參與學習積極性，以及實踐能力和創新能力的培養。

2 非金屬礦深加工實驗改革

2.1 優化實驗教學設計

(1)調整實驗教學目標。實驗教學目標對實驗教學設計具有重要的導向性。在工程教育認證和“新工科”建設背景下，結合礦物資源工程專業人才培養目標和課程體系設置，《非金屬礦深加工》 實驗教學目標調整為： 學生通過實驗教學掌握非金屬礦深加工基本知識和方法，掌握相關儀器設備操作方法，培養學生常規實驗技能；通過實驗方案設計和獨立開展實驗，培養學生實驗設計能力、分析和解決問題能力；通過項目式自主合作小組形式，培養學生團隊協作能力。

(2)優化實驗項目。為保障實驗內容的完整開展，將《非金屬礦深加工》 實驗學時由傳統8 學時增加至12學時。將傳統的2 個4 學時驗證性實驗項目更改為1個12 學時設計性實驗項目，傳統驗證性實驗項目為：①非金屬礦深加工儀器設備的認識； ②鋯柱撐蒙脫石對黃藥的吸附實驗，實驗內容較簡單。改革后，設定三個設計性實驗項目選題方向： ①超細粉碎分級及粉體特性表征；②浸出提純、化學漂白、煅燒等精細提純及性能表征；③表面改性及改性效果表征。實驗所用非金屬礦種由傳統的蒙脫石拓展至蒙脫石、 硅藻土和碳酸鈣三類。實驗開展前學生自由選擇實驗項目和實驗礦種。將實驗選題方向與前期理論教學中研討式教學內容緊密融合，有助于學生實驗前充分了解實驗項目內容，更好地開展實驗。

表1 《非金屬礦深加工》實驗多元化考核機制

2.2 創新實驗教學模式

(1)建立項目式自主合作實驗小組。在開展理論課研討教學過程中，提前建立項目式自主合作實驗小組，將研討主題與設計性實驗選題相結合，讓學生查閱文獻資料，撰寫文獻綜述，引入大學生SRT 或創新創業實驗計劃申請書作為方案設計模板，要求學生自行設計實驗方案，確定實驗步驟，并與實驗教師討論方案，經教師批準后開展實驗。通過建立項目式實驗小組和獨立設計方案，引導學生主動參與實驗學習，符合工程教育認證“以學生為中心”的理念，有利于培養學生獨立思考能力、查閱和組織文獻資料能力。實驗開展過程中除正常實驗課時外，鼓勵學生充分利用課余時間開展實驗。實驗初期大部分學生的實驗結果可能會出現錯誤或誤差較大，但經過教師針對性引導后學生對實驗錯誤認識更深刻，有利于培養學生動手操作能力、分析問題和解決問題能力。

(2)引入大型儀器豐富實驗手段。針對傳統實驗教學中實驗設備陳舊、設備臺套數不夠等問題，實驗改革后新增了相關實驗設備，能夠保證正常實驗的開展。在表面改性實驗中，引入紫外分光光度計測定蒙脫石改性前后吸附的黃藥濃度； 引入原子吸收光譜儀測定硅藻土改性前后Cu、Cd 離子濃度；引入激光粒度分析儀表征非金屬礦超細粉磨前后粒徑分布變化情況； 引入紅外光譜儀表征非金屬礦表面改性和吸附前后表面分子結構變化。通過引入大型儀器設備豐富實驗手段，一方面幫助學生充分利用實驗室優勢設備資源開展實驗，學習掌握相關大型儀器設備使用方法，利用先進技術手段所測數據豐富學生實驗報告； 一方面開闊學生視野，鼓勵學生多進實驗室，充分利用大型儀器設備平臺開展創新創業活動，有利于學生創新思維、研究能力和解決復雜工程問題能力的培養。此外，要求學生采用Origin 軟件進行數據處理，包括繪制關系圖、線性擬合和圖譜分析等。通過軟件使用幫助學生學習專業知識以外的新技能，有利于學生綜合素質的提升。

2.3 完善實驗考核體系

教學評價的一個重要內容是學生實驗學習成效評價。實驗考核的內容一般包括實驗動手能力、實驗理論知識考核、實驗報告水平和分析解決問題能力等[3]，因此對實驗課程的考核不能局限于實驗結果和實驗報告，應貫穿整個實驗過程，通過實驗過程評價考查實驗教學目標達成度，為實驗教學的持續改進提供依據。因此《非金屬礦深加工》實驗采用強化過程考核的多元化考核機制（列于表1中）。《非金屬礦深加工》實驗總成績占課程總成績的15%～20%，其中實驗方案設計、考勤、實驗過程和實驗報告占實驗成績比例分別為30%、10%、30%、30%。此外，如學生在實驗過程中能提出創新性和建設性見解，應給予適當加分，以鼓勵學生多思考多創新。通過實驗考核改革將考核指標細化，強化過程性考核，評價涵蓋面較廣，評價多元且更科學合理，充分發揮了考核的導向性，能有效督促學生認真對待實驗每個環節，有利于學生科學思維、創新意識和綜合素質的培養[4]。

3 結語

創新和改革《非金屬礦深加工》 實踐教學模式對“新工科”建設背景下理工科專業人才培養具有較大意義。將改革后的《非金屬礦深加工》實驗應用于礦物資源工程專業2015 級學生，與往屆相比，教學效果明顯改善。從期末考試情況分析，學生對非金屬礦深加工的理論知識理解更深入。通過觀察學生實驗過程、多元化考核、 學校教務系統的教學評價和師生座談會的反饋結果可知，堅持“以學生為中心”，讓學生獨立設計實驗方案、操作大型儀器、獨立運用軟件分析實驗數據等，增強了學生學習主動性，學生動手實踐能力、 思考能力、對待科學的嚴謹性明顯提高，學生團隊協作、組織能力等綜合素質得到了一定培養。此外，課程改革后，參與教師科研和申報各類大學生創新項目的學生人數也在逐漸增多。但在今后的實驗教學過程中，還應加強學生實驗選題與教師科研、 非金屬礦深加工研究熱點的有效結合。