基于CDIO 的礦物加工工程專業實踐教學體系改革研究

張諶虎，劉 佳，李子文，陳 鵬，王成勇

（六盤水師范學院 礦業與機械工程學院，貴州 六盤水 553004）

《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》中指出，人才培養的新模式：總結卓越工程師教育培養計劃、CDIO 等工程教育人才培養模式改革經驗的基礎上，開展深化產教融合、校企合作的體制機制和人才培養模式改革研究和實踐。因此，實踐教學是新工科專業人才培養新模式的重要實施途徑[1]。

礦物加工工程專業作為傳統的工科專業之一，實踐能力和創新能力是教學中非常重要的培養目標。然而，國內傳統的礦物加工工程實踐教育體系仍然以課程實驗、課程設計、實習和畢業設計等為主。其外，因是外部行業環境發展緩慢所致。而內因在于新工科的內涵還沒有完全貫穿于工程實踐教育全過程中，對新工科教育體系中的產學研教協同育人模式的研究還不夠完善。

因此，不斷優化傳統工科實踐教學體系，加大應用型、復合型、技術技能型人才培養比重，依靠中央對地方應用型大學支持轉變的改革東風，將地方特色資源與社會力量有機結合，加強產教融合實訓基地建設，不斷汲取相關高校的優秀的產學合作協同育人成功經驗，嚴格分析政府相關政策，逐步形成政府搭臺、企業支持、高校對接、共建共享和良性循環的產學合作協同育人項目機制，實現高校人才培養與企業發展的合作共贏。

結合礦物加工工程專業的特點，以及地方性院校產學研教協同育人機制，建立具有地方性特色的實踐教育體系和實踐平臺，對提高新工科背景下礦物加工工程本科生的培養質量具有重要的理論和實踐意義。

一 應用型本科學校礦物加工工程專業實踐教學現狀

礦物加工工程是研究礦物分離的一門應用技術學科。此專業著力培養能夠解決礦物分選加工和礦產資源綜合利用等問題的工程應用型人才。基于此，需構建以應用型創新型為目標的實踐課程體系，并建立具備持續改進能力的新機制，才能保證人才培養質量。由于該專業實踐教學體系是一個綜合性、技術性較強，集物理、化學理論及經驗技術于一體的課程體系[2]。其實踐課程中包括：工程CAD 基礎及應用、選礦廠設計課程設計、機械設計基礎課程設計；礦物加工學實驗，礦物加工學專題試驗，專業實習（認識實習、生產實習、畢業實習），畢業論文（設計）等。故實驗、實習教學內容中富有時代性、地方性、多學科結合的開放、動態的系統，所涉及的理論多，交叉性強，實驗操作復雜，對采集、分析數據的能力要求高，大型儀器設備購買、運行和維護成本高。由于上述諸多原因影響，導致礦物加工工程實踐教學現狀、教學成果不盡如人意。主要的問題在于：

1）實踐教學觀念上，對學生實踐能力培養的重要性認識不足，緊迫感仍需提高，未能全面樹立實踐育人理念；

2）實踐教學培養方式上，實踐教學環節對學生能力培養不足，未能將各類實踐項目進行有效銜接；

3）實踐教學培養效果上，學生實踐動手能力不強，教師指導學生實踐的經驗方面有待持續改進。

二 礦物加工工程實踐教學體系改革策略

基于上述現狀問題，調研相關院校并查閱大量文獻后，落實“學生中心、成果導向、持續改進”的國際工程教育專業認證理念，以資源與環境工程碩士點建設為驅動，將教學與科研相互結合起來，建立一套完善的實踐教學改革思路，如圖1 所示。

圖1 實踐教學體系改革路線圖

（一）整合礦物加工實踐教學資源，構建新的實踐教學體系

根據改革路線循序漸進不斷建設，建立出符合地方高校辦學定位，獨具特色的礦物加工工程專業的實踐教學體系，并結合專業的特色發展現狀。從以下幾個方面進行實施。

1 項目式管理實踐教學

首先借鑒CDIO 工程教育理念和模式，樹立實踐育人理念，并以培養學生能力為導向，同時兼顧學校、實習基地等地方實際情況，構建以學生為主體，課程項目為基礎，專業綜合項目為核心，能力導向為主線，全過程管理的項目式實踐教學體系[3]，具體見表1。

表1 項目式實踐教學體系簡表

打破傳統的“灌輸式”教學模式，將實踐教學拆分為不同的課題項目，而項目間因為目標、內容等諸多差異，突出層次化、模塊化、多元化管理，體現設計性、綜合性、研究性及創新性。第一，學生通過三級項目了解與熟練掌握基礎的實踐項目原理，綜合所學的理論知識與實驗技能，為后續較高要求的理論課程與實踐項目打下堅實基礎；第二，學生通過二級項目掌握并熟練運用現代化技術、計算機信息技術等先進手段，可對已有的礦加傳統實踐項目進行升級與改造，重復的設計環節也可讓學生自主進行創新，對更高一層次的競賽性的項目與實踐提供寬闊的視野與創新能力提供保障。最后，一級項目的目標更側重于考核學生全面的綜合能力，其中競賽、畢業論文等項目的選題論證、項目計劃、實施過程與專業實習實踐等方式，都是為了打造出創新意識強的工程應用型人才。項目式管理實踐教學能夠融合“教、學、做”三者于一體，讓學生自己思考、自己設計、自己制作和自我完善，充分發揮了學生的主觀能動性，最終目標是實現理論與實踐融合后的“做中學”。

2 仿真模擬融入實踐教學

虛擬仿真技術與教學深度融合，是目前高等院校教學科技化有效途徑，也是當下實踐教學熱門研究關注領域[4]。然而，礦物加工工程實驗、工程設計內容中，許多環節多變且無法直觀感受，需要學生自己想象具體變化。因此，學生難以短時間內進入相應情境，更無法驗證理論假設和獨特構想。為了促使學生在實習實踐當中獲得更加便利的實驗條件和更加直觀的結果，擬將虛擬仿真融入到實踐教學（機械工程設計、選礦廠設計、畢業設計）當中，例如引入先進的選礦廠模擬軟件系統，讓學生設計選廠的過程更接近現實工作場景，利于提高學生興趣，使學生在短時間內進入相應情境，直觀視覺體驗在整個選礦廠的基礎設計情況，而且這種教學方法可以利用計算機軟件的優勢創造出靈活多樣的工作場景，使學生掌握更多的操作技能。模擬的單元作業模型有：破碎機、球磨機、棒磨機、高壓輥磨機、自磨和半自磨機、振動篩（單層或雙層）、DSM 篩、水力旋流器、簡單的分級效率曲線、浮選和分樣器等。

3 線上線下混合式實踐教學

2020 年由于新冠病毒感染疫情影響，全國幾乎所有的理論課程轉入線上模式，因此線上線下的界限逐漸模糊，兩個部分組成了有機的整體，豐富了教學的內容與形式，提高學生的學習興趣，鍛煉學生的獨立思考能力與自學能力，培養學生良好的學習習慣。根據此趨勢，實踐教學也逐漸進行線上嘗試，發現混合式教學不僅適用于理論課程，也同樣適用于實踐課程[5]。首先，線上教學是利用互聯網資源，通過錄播、網絡直播及線上答疑等教學環節完成教學任務。因此，實踐課程線上資源建設（包括選廠工藝流程案例分析、仿真實驗，現場生產情況錄像，教師實地調研直播回放等）能夠不斷持續添加與改進，其在空間和時間上靈活性均優于線下教學。線上的實習資源將傳統的線下實習工藝的學習內容多樣化，通過不同的線上互動方式，提升學生學習的興趣，同時充分調動學生的積極性與主動性，帶著問題去線下實際生產現場去學習，更能增強學習質量和過程管理。特別是在疫情全球化的背景下，突破線下實踐受到環境的限制，線上教學將發展成為必不可少的環節，讓學生在混合教學的模式下，學會對工程問題的創新性思考，培養學生收集和整理網絡資源、團隊協作、終身學習等綜合能力。

4 實習實踐和創新研究平臺建設

實習實踐和創新研究平臺建設是實踐教學體系的重要支撐[6-8]。逐步強化專業現有的實習基地建設，進一步建設新的實習實踐、創新創業基地。依托貴州省重點實驗室、六盤水市級重點實驗室、六盤水市級產業學院、大學生科技園和大學生創新創業基地等學校現有科技創新研究平臺，完善具備專業特色的第二課堂育人體系，并積極開拓新的創新研究平臺，為學生和教師提供優質廣闊的創新研究平臺。

積極建立起本省、本地區與專業相關企業的聯系網絡，不斷開拓新的專業實習實踐基地。建設并維護好省級重點實驗室、市級重點實驗室、產業學院、大學生科技園和大學生創新創業基地等現有科技創新研究平臺[9]。通過導師制的導師指導和學生參與，提高學生科研參與的條件與創新研究與實踐的積極性。力爭將礦物加工工程的專業實踐平臺打造成省級示范基地，進而逐步打造出國家級大學生科技園和雙創基地，各級之間的聯系與合作內容如圖2 所示。

圖2 建立企業、高校、教師和學生實踐教學聯系圖

5 實踐教學體系的保障機制建設

為了保證實踐教學體系的科學化、規范化、有序化及持續改進，根據工程教育認證的有關要求與標準，為保障應用型人才畢業要求的達成，本專業在實踐教學的管理中，逐步建立并完善一套規范的教學過程質量監控機制和畢業生跟蹤反饋機制[10]。首先在教學方面，一方面對各主要環節均有明確質量要求，通過教學過程質量評價及效果反饋，讓教師迅速改進教學質量，促進教學活動和畢業要求的內循環持續改進。另一方面，依據學校建立的畢業生跟蹤反饋機制，學院、教學系的相關回訪調研機制，通過與畢業生、用人單位座談和問卷調查，著重了解優化的實踐教學體系對人才培養動手能力、創新能力的達成情況，進一步促進教師對實踐教學計劃、內容、教學方法等教學的研究。根據學校與學院的相關規章制度，建立三個層面的質量保障體系[11]，如圖3 所示。

圖3 礦物加工工程專業實踐教學體系的保障機制

（二）加強礦物加工工程專業實踐教師隊伍建設

高水平的師資和教學團隊是本科教學質量的根本保障，要建設應用型的高水平學校，必須努力建成一支學歷、職稱、年齡結構佳、素質優良、業務精湛和充滿活力的適應學校應用型轉變發展需要的師資隊伍[12-13]。高素質的教師隊伍是教學與科研的中堅力量，同時也是實踐教學改革中不可或缺的重要人才。為此，本專業要將教師在實踐教學中所扮演的角色賦予更多的身份：首先是引領者，需要引進更多高層次人才，通過人才政策，柔性引進高水平學術帶頭人或卓越工程師代表，引領專業建設和產學研實際建設，顯著提高實驗室建設水平與實習基地建設水平；其次是參與者，讓教師帶領學生參與創新，參與討論，參與實踐，參與學術爭論，共同探索與總結新的實踐方式與經驗；最后是踐行者，教師應該身體力行，教師與實驗人員必須不斷夯實基礎知識與實踐技能的同時，積極深入到相關企、事業行業領域中去，近距離了解地方區域產業發展的需求，豐富自己的專業實踐經驗或專業技能，提高業務素質，改善教學質量，為打造出特色風格的雙師型教師隊伍奠定堅實基礎。

三 結束語

在新工科背景下，全國應用型高校推行工程教育改革創新，高校的創新人才培養模式不斷優化。本文結合礦物加工工程專業實踐教學體系中存在的問題，提出基于CDIO 的項目式創新的實踐教學新體系。新的實踐教學體系已在實施并逐步完善，在應用型人才培養方面已取得良好的效果，學生綜合素質明顯增強，就業率每年保持90%以上。此外，學生申報大學生創新創業項目的立項數逐年增加，每年超過20 人次。特別是在各類競賽中屢次獲獎，如獲全國第十七屆“挑戰杯”競賽黑科技專項賽獲“行星”級作品；第十四屆全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽三等獎等好成績。具備地方特色的創新實踐教學體系，系統地提升實踐教學質量，且形成有效的改進機制，能夠對全校與相關定位的兄弟院校起到引領、示范及輻射作用。