工藝礦物學(xué)課程案例式教學(xué)改革研究

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.20.013

Research on Case-based Teaching Reform of Process Mineralogy Course

YANG Yong， TANG Yun

（Mining College ofGuizhou University， Guiyang， Guizhou ）

AbstractThearticleaddressestheproblemsof theoreticalandpracticaldisconection，lagingbehindindustrydevelopment inteaching content，and single teaching methods intraditioal teachingof process mineralogycourses inmineral procesing engineering.Acase-basedteaching modelisdesigned，andamodularcasesystemandoieofie integration teachngstrategy are constructed.Through two semesters of teaching practice，students'average grades have significantly improved， thedistributionof gradeshasbecomemorebalanced，andteirinterestandparticipationinleainghavesignificantlyieased The research results indicate thatcase-based teaching has significant efects on improvingthe teachingqualityof process mineralogycourses，cultivatingstudents'practicalandinnovativeappicationabilities，andprovidingnewideasfortheteaching reform of mineral processing engineering majors.

Keywordsprocess mineralogy; case-based teaching; intelligent analysis technology; teaching reform

礦產(chǎn)資源作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，其高效、清潔利用對(duì)我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程具有戰(zhàn)略意義。近年來(lái)，我國(guó)礦產(chǎn)品進(jìn)口依存度不斷提高，國(guó)內(nèi)礦產(chǎn)資源品位持續(xù)下降。《中國(guó)礦產(chǎn)資源報(bào)告（2023）》數(shù)據(jù)顯示[，我國(guó)礦產(chǎn)品進(jìn)口依存度在2022年達(dá)到 73.5% ，全國(guó)主要金屬礦山平均品位較20年前下降了 35% 。

與此同時(shí)，數(shù)字化、智能化技術(shù)正全面融入礦物加工領(lǐng)域。工藝礦物學(xué)智能分析技術(shù)如MLA、AMICS、BPMA等系統(tǒng)的應(yīng)用，極大地提升了礦物分析的精度和效率。據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)，國(guó)內(nèi)大中型礦山企業(yè)中，智能分析技術(shù)的應(yīng)用率已達(dá) 65% 。

在這一背景下，礦業(yè)企業(yè)對(duì)人才的需求發(fā)生了根本性變化。調(diào)查顯示，大多數(shù)企業(yè)認(rèn)為高校畢業(yè)生在工藝礦物學(xué)實(shí)際應(yīng)用能力方面存在明顯不足，尤其是在智能分析技術(shù)應(yīng)用方面的差距更為突出。企業(yè)普遍希望高校培養(yǎng)的學(xué)生能夠熟練掌握工藝礦物學(xué)智能分析技術(shù)[3]。

工藝礦物學(xué)作為礦物加工工程專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，被譽(yù)為“選礦工程師的眼睛”。然而，傳統(tǒng)教學(xué)中存在理論與實(shí)踐脫節(jié)、教學(xué)內(nèi)容滯后于行業(yè)發(fā)展、教學(xué)方法單一以及評(píng)價(jià)體系不健全等問(wèn)題，使得教學(xué)與企業(yè)需求之間形成了明顯斷層，亟須通過(guò)教學(xué)改革來(lái)彌合這一差距。面對(duì)新工科建設(shè)的時(shí)代背景，創(chuàng)新案例式教學(xué)與構(gòu)建多元化評(píng)價(jià)體系，成為提高教學(xué)質(zhì)量、滿足行業(yè)需求的關(guān)鍵。基于此，本研究以貴州大學(xué)工藝礦物學(xué)課程為例，設(shè)計(jì)了案例式教學(xué)模式，構(gòu)建了配套的多元化評(píng)價(jià)體系，旨在全面提升學(xué)生的知識(shí)掌握、實(shí)踐技能、智能分析能力、創(chuàng)新應(yīng)用能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，為培養(yǎng)具備現(xiàn)代礦物學(xué)分析能力的高素質(zhì)工程人才提供保障。

1教學(xué)改革方案設(shè)計(jì)

1.1基于礦物學(xué)研究規(guī)律的案例體系針對(duì)課時(shí)有限的教學(xué)現(xiàn)狀，課程組依據(jù)工藝礦物學(xué)研究的內(nèi)在邏輯，設(shè)計(jì)了三個(gè)循序漸進(jìn)、內(nèi)容相互承接的核心案例。

“貴州磷礦工藝礦物學(xué)分析\"作為基礎(chǔ)入門案例，聚焦礦物鑒定與解離特性研究。該案例引導(dǎo)學(xué)生掌握基本的礦物表征方法、解離度概念及分析技術(shù)，采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于識(shí)別的磷礦樣品，通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察、粒度分析等基本技能訓(xùn)練，建立工藝礦物學(xué)的基本認(rèn)知框架。

“貴州錳礦的自動(dòng)工藝礦物學(xué)分析”作為承上啟下的關(guān)鍵案例，重點(diǎn)介紹智能分析技術(shù)與嵌布特征研究。本案例引入BPMA（礦冶科技集團(tuán)有限公司研發(fā)的工藝礦物學(xué)自動(dòng)分析儀）智能分析系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)生理解基于掃描電子顯微鏡的現(xiàn)代工藝礦物學(xué)技術(shù)的原理與應(yīng)用。BPMA結(jié)合掃描電子顯微鏡背散射電子（BSE）圖像處理和X射線能譜分析，可自動(dòng)快速獲取錳礦樣品的礦物組成及含量、粒度、解離度、連生程度、元素賦存狀態(tài)等工藝礦物學(xué)參數(shù)。通過(guò)離線軟件操作與實(shí)際數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的方式，培養(yǎng)學(xué)生的智能分析技能，為后續(xù)工藝優(yōu)化提供技術(shù)支撐。

“黔西南鉛鋅礦選礦工藝優(yōu)化”作為高階綜合應(yīng)用案例，側(cè)重工藝參數(shù)優(yōu)化與流程設(shè)計(jì)，同時(shí)深入應(yīng)用工藝礦物學(xué)分析方法。在本案例中，學(xué)生需要對(duì)鉛鋅多金屬礦樣品進(jìn)行全面的工藝礦物學(xué)表征，包括礦物組成分析、有價(jià)礦物嵌布特征研究、解離度曲線繪制以及資源可回收性評(píng)價(jià)。基于這些工藝礦物學(xué)分析結(jié)果，學(xué)生需要確定最佳磨礦細(xì)度、合理的分級(jí)粒度等。

1.2線上線下融合的教學(xué)策略

課堂教學(xué)環(huán)節(jié)重點(diǎn)講授理論難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)，如BPMA原理、嵌布特征與工藝參數(shù)關(guān)系等核心內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)注重學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，通過(guò)精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使學(xué)生掌握必要的操作技能。線上學(xué)習(xí)部分包含基礎(chǔ)知識(shí)視頻講解、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和拓展案例研究，學(xué)生可根據(jù)自身情況靈活安排學(xué)習(xí)進(jìn)度。

為提高實(shí)驗(yàn)效率，教學(xué)中實(shí)施了數(shù)據(jù)共享與協(xié)作學(xué)習(xí)方法。各小組通過(guò)分工合作、數(shù)據(jù)共享的方式，在有限的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)完成更多任務(wù)。教師提供部分預(yù)處理樣品和預(yù)分析數(shù)據(jù)，減少重復(fù)性工作，學(xué)生可將更多時(shí)間用于數(shù)據(jù)分析與討論。

1.3案例教學(xué)資源與流程設(shè)計(jì)

為支持案例教學(xué)的有效實(shí)施，課程組為每個(gè)案例配備了完整的教學(xué)資源包，包括課堂講義、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、線上學(xué)習(xí)資料、數(shù)據(jù)分析模板和評(píng)價(jià)量表等。

課程組還設(shè)計(jì)了“五步式\"案例教學(xué)實(shí)施流程：案例導(dǎo)入一理論講授一實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施一數(shù)據(jù)分析與討論一成果展示與評(píng)價(jià)，在時(shí)間分配上進(jìn)行了優(yōu)化，確保在有限課時(shí)內(nèi)達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

2教學(xué)案例實(shí)施與實(shí)踐

2.1案例教學(xué)實(shí)施過(guò)程

案例導(dǎo)入環(huán)節(jié)：教師通過(guò)多媒體資料展示貴州錳礦資源概況及開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀，播放錳礦生產(chǎn)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)視頻與實(shí)地考察照片，組織學(xué)生討論，建立問(wèn)題意識(shí)并引發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

理論講授環(huán)節(jié)：采用混合式教學(xué)，學(xué)生課前通過(guò)線上平臺(tái)學(xué)習(xí)BPMA系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)，課堂上教師重點(diǎn)講解系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)及與傳統(tǒng)分析方法的對(duì)比，系統(tǒng)介紹嵌布特征量化分析方法，引導(dǎo)學(xué)生思考礦物解離特性與選礦工藝參數(shù)的關(guān)聯(lián)，為實(shí)踐環(huán)節(jié)奠定理論基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施環(huán)節(jié)：針對(duì)設(shè)備有限的實(shí)際情況，教師采用“實(shí)物演示 + 虛擬操作 + 實(shí)際數(shù)據(jù)分析”的組合教學(xué)法。學(xué)生分組完成樣品制備后，先使用傳統(tǒng)顯微鏡進(jìn)行基礎(chǔ)分析，再觀摩BPMA系統(tǒng)操作演示，隨后通過(guò)離線軟件處理教師預(yù)先獲取的實(shí)際數(shù)據(jù)，體驗(yàn)完整的分析流程。

數(shù)據(jù)分析與討論環(huán)節(jié)：學(xué)生對(duì)比傳統(tǒng)分析和BPMA分析結(jié)果，計(jì)算不同粒級(jí)下礦物含量、解離度等關(guān)鍵參數(shù)，繪制相關(guān)圖表。各小組基于分析數(shù)據(jù)討論錳礦選礦工藝優(yōu)化方案。

成果展示與評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)：各小組以PPT形式展示分析結(jié)果和優(yōu)化建議，采用“三位一體\"評(píng)價(jià)機(jī)制（教師評(píng)價(jià) 60% ！同伴互評(píng) 20% 、方案有效性評(píng)估 20% 全面評(píng)估學(xué)習(xí)成效。

2.2智能分析技術(shù)的教學(xué)應(yīng)用

BPMA系統(tǒng)作為國(guó)內(nèi)首套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工藝礦物學(xué)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，在課程教學(xué)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。BPMA系統(tǒng)是由礦冶科技集團(tuán)有限公司研發(fā)的，能夠快速、準(zhǔn)確、自動(dòng)、定量獲取樣品的礦物組成及含量、粒度、解離度、連生程度、元素賦存狀態(tài)等參數(shù)的前沿技術(shù)。針對(duì)設(shè)備有限的實(shí)際情況，課程組采用了創(chuàng)新性的教學(xué)模式。

在第一個(gè)案例中，教師通過(guò)視頻資料介紹BPMA自動(dòng)礦物學(xué)技術(shù)的基本原理和應(yīng)用場(chǎng)景。重點(diǎn)講解BPMA系統(tǒng)由掃描電子顯微鏡（SEM、X射線能譜儀（EDS）及工藝礦物學(xué)自動(dòng)測(cè)試軟件三部分構(gòu)成，其中SEM主要用于獲取反映礦物化學(xué)組分差異特征的BSE圖像，EDS用于獲取X射線能譜圖以分析礦物的化學(xué)組成，而BPMA軟件則是整個(gè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)控制SEM和EDS自動(dòng)運(yùn)行并完成礦物自動(dòng)識(shí)別。通過(guò)這些內(nèi)容激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，為后續(xù)實(shí)踐作好鋪墊。

在第二個(gè)案例中，采用離線軟件 + 實(shí)際數(shù)據(jù)的教學(xué)模式，使所有學(xué)生都能參與分析過(guò)程。教師先進(jìn)行BPMA系統(tǒng)操作演示，講解儀器的兩種主要測(cè)量模式（全顆粒測(cè)量模式和選擇顆粒測(cè)量模式）及各自的適用范圍，隨后提供預(yù)先采集的實(shí)際數(shù)據(jù)，學(xué)生通過(guò)離線軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，生成礦物相分布圖、嵌布特征數(shù)據(jù)等分析結(jié)果。在第三個(gè)案例中，學(xué)生將BPMA分析結(jié)果應(yīng)用于礦物加工工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)到解決方案的轉(zhuǎn)化。通過(guò)這種螺旋式上升的教學(xué)安排，學(xué)生逐步掌握智能分析技術(shù)的原理和應(yīng)用方法。

創(chuàng)新性的“實(shí)物演示 + 虛擬操作 + 實(shí)際數(shù)據(jù)分析”教學(xué)模式，有效解決了設(shè)備不足的問(wèn)題，使學(xué)生能夠體驗(yàn)現(xiàn)代工藝礦物學(xué)分析的完整流程，理解智能分析技術(shù)相比傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢(shì)，提升數(shù)據(jù)分析與解釋能力。

3教學(xué)改革實(shí)施效果與評(píng)價(jià)

工藝礦物學(xué)案例式教學(xué)結(jié)合多元化評(píng)價(jià)體系改革自2023年秋季學(xué)期開(kāi)始在貴州大學(xué)礦物加工工程專業(yè)本科生中實(shí)施，至2024年春季學(xué)期已完成兩個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，取得了顯著成效。

通過(guò)連續(xù)四年（2021一2024年）的數(shù)據(jù)追蹤分析，改革的積極影響得到了客觀驗(yàn)證。學(xué)生的平均成績(jī)由改革前的2021年74.1分、2022年74.7分，提高到改革初期2023年的78.5分和改革深入后2024年的82.8分，呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢(shì)。同時(shí)，學(xué)生之間的成績(jī)差距逐年縮小，標(biāo)準(zhǔn)差從改革前的2021年12.4和2022年12.1，下降到改革后的2023年10.0和2024年8.7，表明案例式教學(xué)結(jié)合多元化評(píng)價(jià)模式不僅提高了學(xué)生的成績(jī)，還有效減少了學(xué)習(xí)成績(jī)兩極分化的現(xiàn)象。

改革后學(xué)生的學(xué)習(xí)水平結(jié)構(gòu)發(fā)生了積極變化，優(yōu)秀率（90分以上）從改革前的2021年 6.7% 和2022年 7.5% ，提高到2023年 15.0% 和2024年 22.5% ，四年間優(yōu)秀率增長(zhǎng)了近3倍。良好率（80一89分）從改革前的2021年 23.3% 和2022年 25.0% ，增加到2023年 35.0% 和2024年 47.5% 表明中等以上水平學(xué)生比例顯著擴(kuò)大。總及格率（60分以上）也從2021年的 90.8% 和2022年的 92.5% 提高到2023年的 95.0% 和2024年的 97.5% ，不及格率持續(xù)下降至2024年的僅 2.5% ，反映了學(xué)生學(xué)習(xí)成效的整體提升。

4結(jié)語(yǔ)

工藝礦物學(xué)案例式教學(xué)的研究與實(shí)踐，為礦物加工工程專業(yè)教學(xué)改革提供了新思路。通過(guò)系統(tǒng)性改革實(shí)踐，案例式教學(xué)有效打破了傳統(tǒng)教學(xué)模式的局限，將企業(yè)真實(shí)工程案例引入課堂，搭建了理論知識(shí)與工程實(shí)踐之間的橋梁。“實(shí)案、真做、深思”的教學(xué)路徑使學(xué)生在真實(shí)問(wèn)題情境中學(xué)習(xí)知識(shí)、應(yīng)用方法，顯著提高了學(xué)習(xí)的針對(duì)性和實(shí)效性。通過(guò)循序漸進(jìn)的三級(jí)案例體系，學(xué)生得以系統(tǒng)性掌握從基礎(chǔ)礦物分析到智能技術(shù)應(yīng)用再到工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)的完整知識(shí)鏈條。

未來(lái)高校應(yīng)進(jìn)一步完善案例庫(kù)建設(shè)，深化校企合作，拓展虛擬仿真技術(shù)在工藝礦物學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，提升智能分析教學(xué)平臺(tái)的功能與體驗(yàn)。通過(guò)持續(xù)改進(jìn)教學(xué)方法，優(yōu)化評(píng)價(jià)體系，更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，為礦物加工工程等資源類專業(yè)培養(yǎng)更多符合行業(yè)發(fā)展需求的高素質(zhì)專業(yè)人才。案例式教學(xué)結(jié)改革在提高學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)、平衡學(xué)習(xí)水平差異、增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐能力等方面均取得了顯著成效，為后續(xù)教學(xué)改革工作提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

★基金項(xiàng)目：貴州大學(xué)校級(jí)本科教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革項(xiàng)目（XJG2024048）。

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