新工科背景下巖礦類課程的教學改革探索

羅龍，譚先鋒，瞿雪姣，高儇博，王佳

（重慶科技學院 石油與天然氣工程學院，重慶）

一 引言

隨著科學技術進步和全球經濟時代的到來，人工智能、云計算、大數據等新技術革新已滲透到各個領域，對傳統的技術產業和專業人才提出了新的要求，因此，新工科建設是專業改革的必然趨勢[1]。油氣勘探行業是一個傳統優勢產業，為了滿足智慧化建設需求，急需以新工科建設為引領改革升級[2]。作為專業培養油氣地質勘探人才的資源勘查工程專業，必須順應時代的發展，更新專業建設發展思路，完成專業的改造升級[2]。巖礦鑒定分析能力是油氣勘探工作和資源勘查工程專業人才的核心能力之一，主要通過《結晶學與礦物學》《晶體光學與結晶巖石學》《沉積巖石學》等“巖礦類”課程的訓練來實現，其中《晶體光學與結晶巖石學》是培養巖礦鑒定分析能力的核心課程[3-5]。

二 實踐教學現狀

《晶體光學與結晶巖石學》是專業基礎必修課，也是后續核心專業課程《沉積巖石學》和《石油地質學》學習的重要先導課程，源勘查工程專業最難的課程之一，該課程教學改革與實踐過程存在的主要問題如下：

（一） 傳統教學內容、方法和考核方式影響知識向能力轉化

課程教學內容嚴格按照教材內容和教學大綱執行，沒有緊密結合學科發展的趨勢和前沿，沒有將探索性和交叉學科的研究充實到教學設計中，比如知識體系陳舊、融入現代信息技術與大數據、結合人工智能等最新科技成果不夠；沒有對授課環節進行有效規劃與創新整理，制約如何加快知識向能力轉化，是大學教學研究面臨的重大問題。傳統的課堂教學和實踐訓練相互分離，先理論課再實驗課，流水線式教學模式很難打通知識與能力之間的界面障礙。傳統考核方式不利于學生對理論知識的應用，制約了知識向能力轉化，難以促進學生能力目標培養[6]。

（二） 教學對象參與度不高，學生學習興趣不高

“以學生為中心的”教育理念，是全面提高中國高等教育質量的必由之路，因此，問學生志趣變方法，創新工程教育方式與手段是新工科建設的重要行動之一。在信息化和智能化等新時代背景下，傳統教學和考核方式忽略了教育對象的參與度，忽視了學生學習目標的驅動力，無法激發學生的學習興趣和動力，導致目前學生在教學過程中參與度低，導致學生學習熱情和積極性不高[6]。

（三） 理論和實驗課內容多且跨度大，學習難度較大

該課程對理論知識和實踐能力均具有較高要求，要求理論與實踐相結合，導致學習難度較大。該課程由原來的《晶體光學》和《巖漿巖和變質巖》兩門課程合并而成，理論和實驗課存在內容多、知識點跨度大、連貫性較差等特點，但課時相對較少，課程進度較快，學生學習難度較大。

（四） 學生學習效果欠佳，創新實踐能力不足

基于傳統教學內容、方法和考核方式的局限性、學生學習興趣和難度等方面問題，導致該課程學習效果不理想，課程目標達成度偏低，部分學生創新實踐能力不能完全適應油氣勘探工作。

三 教學改革與實踐

新工科“天大行動”之一：問學生志趣變方法，創新工程教育方式與手段，實際也是一種OBE 理念的目標驅動式教學改革[7]。OBE 理念是以教學結果和產出為導向的新型教學理論,聚焦學習后達到的目標,將傳統課堂以教師為中心的教學模式,轉變為以學生需求為中心的模式[8]。因此，基于本課程存在的主要問題，本次教學改革與實踐從“問學生志趣變方法，創新工程教育方式與手段”為切入點，落實以學生為中心的理念，基于實踐教學現狀，通過問卷調查、文獻調研、資料收集和會議研討等手段分析國內外石油企業油氣勘探的發展現狀和具體能力需求，結合《晶體光學與結晶巖石學》課程在油氣勘查工作中的能力支撐，系統總結新工科背景下《晶體光學與結晶巖石學》課程教學改革與實踐的目標方向。再以“探索建立工科發展新范式”“問產業需求建專業，構建工科專業新結構”“問技術發展改內容，更新工程人才知識體系”等行動方向為導向對該課程進行教學內容、授課計劃、教學方式和考核方式進行改革和實踐，并建立一套有效的系統評價體系進行動態調整，真正培養學生分析問題和解決問題的創新實踐能力（圖1）。

圖1 研究技術路線圖

（一） 課程知識能力需求調研分析，融入思政教育

通過問卷調查、文獻調研、資料收集和會議研討等手段充分調研總結國內外油氣勘探過程中對巖礦類課程知識能力的需求，進一步明確課程培養目標。基于行業對專業和課程需求趨勢調研，結合國際形勢和國家發展態勢，堅持把立德樹人作為中心環節，分析課程與思政教育的結合點，從課程-專業-行業- 國家不同層面加強思想政治教育，實現全程育人、全方位育人，提升學生學習興趣和動力。

（二） 優化教學內容和授課計劃，理論和實驗有機結合

教學內容不能局限于教材，要結合學科發展趨勢和前沿研究熱點，尤其要將探索性和交叉學科的研究充實到教學設計中。基于油氣勘探工作和專業競賽對課程知識能力需求，以科研內容充實教學內容、以科研平臺錘煉創新實踐、以科研成果凝練課程特色、以科研問題設計教學項目、以油氣勘探實踐建設典型案例等方式，重視科教融合和產教融合，培養學生的巖礦鑒定分析和地質創新思維能力。另外，通過國內外學術前沿成果和實踐經驗改進、更新和完善教學內容。

如何加快知識向能力轉化，是大學教學研究面臨的重大問題。傳統的課堂理論教學和實驗訓練相互分離，不利于促進知識向能力的轉化。調整理論課和實驗課的授課計劃，依托升級的“數碼互動偏光顯微鏡實驗室”和引入“偏光顯微鏡下未知礦物鑒定方法和自測虛擬仿真系統”的實驗設備和互動系統把理論內容和實驗操作有機融合，學生可及時把理論知識應用到實踐操作中，促進專業知識向專業能力的轉化，強化學生巖礦鑒定操作能力。

（三） 改進傳統教學和考核方式，探索“學-賽-研”結合的教學考核方式

采用模型教具、3DMAX、PowerPoint 等工具研制交互式課件，融入動畫模型，充分利用建成的“翻轉課堂”教室，激發學生的主觀能動性和學習積極性，促進學生對知識的理解和掌握。另外，可依托實驗室和自測虛擬仿真系統增加學生互動和及時操作，及時提升學生巖礦鑒定操作能力。適當引入案例教學，引導學生把計算機和大數據等新技術應用于巖礦鑒定和定量研究，在可加快理論知識向實踐能力轉化，同時可以培養學生地質創新思維能力。充分應用慕課、微課等手段，建設新形勢下《晶體光學與結晶巖石學》的在線公開課程，學生可以自學、課后復習、練習和自測等，同時應合理地對學生開放實驗室，學生可以課后自學和熟悉實驗操作，重點培養學生巖礦鑒定操作和系統分析能力。

傳統考核方式重點強調學生對課本理論知識的掌握及專業技能力，忽略了學生的應用能力和創造性考核。本研究采用閉卷考試和開卷考試，傳統考試和非標考試相結合，閉卷考試以常規基礎理論知識考核為主，開卷考試以案例分析和非標考核為主。以科研項目和專業競賽題目為依托，鼓勵學生圍繞科學問題自主探索和實踐。引導本科生早進課題、早進實驗室、早進科研團隊，利用科研成果開設新的實驗項目，培養學生利用課程知識分析和解決問題的能力。引導學生積極了解和探索大數據和計算機技術在巖石礦物鑒定中的應用趨勢，比如計算機和大數據分析在巖石礦物識別和定量計算方面的應用，利用大數據分析和計算機軟件建模對巖石礦物組成進行空間預測，培訓學生的實踐和創新能力。探索“學- 賽- 研”相結合的教學考核方式，培養學生的“巖礦鑒定操作能力”“巖礦系統分析能力”和“地質創新思維能力”。

（四） 建立系統的評價體系和動態調整機制

教學實踐改革是否有效，重點在于能力培養目標是否實現和是否能支撐油氣地質勘探需求。在充分調研《晶體光學與結晶巖石學》課程目標在油氣勘探現場的應用現狀，建立了一套新的課程評價體系，對評價結果要進行及時的反饋，綜合判別課程培養目標達成度是否達標，對不合理的環節要進行及時的更正，并及時調整相關的改革思路。評價方法可以分三個方面：

①課堂反應和平時成績評價分析

關注學生課堂反應，課后交流及時了解班級學生學習情況。另外，通過課堂練習和平時作業分析學生學習效果。通過課堂反應和平時成績及時評價課程教學效果，對不合理的教學環節和方式進行及時的調整和修改。

②實驗操作和實驗報告評價分析

依托新建的“數碼互動偏光顯微鏡實驗室”的實驗設備和互動系統可以及時了解學生理論知識和實驗操作能力，結合實驗報告進一步評價學生的理論知識的實踐應用能力。根據實驗操作和實驗報告評價分析結果，及時調整理論和實驗課程同步授課方式和計劃。

③案例分析和期末考試評價分析

本項目擬采用閉卷考試和開卷考試，閉卷考試以常規基礎理論知識考核為主，開卷考試以案例分析為主。通過期末試卷和案例分析報告的成績分析進行課程達成度計算和課程質量分析，綜合評價課程教學效果，及時調整下學期的教學內容、教學計劃和教學方法。

④后續課程和勘探現場跟蹤調研

首先，跟蹤調研后續“沉積巖石學”課程學習情況，分析本課程能力目標支撐情況，及時調整完善課程教學內容和方式。另外，要利用工程教育認證環節，充分調研本課程在油氣勘探現場工作中的能力支撐情況，進一步完善本課程的教學和考核方式。

四 效果分析

在新工科建設背景下，通過教學改革創新，取得了較為顯著的成效：

①知識體系更加優化，學習目標更明確，學習難度降低。②學習興趣明顯提高。③學習效果轉好，課程目標達成度明顯提高，學生在專業競賽中表現優異，不斷獲得新突破，申請獲批多項科技創新項目。④改革創新成果具有延伸意義。