新工科視域下礦物加工分析方法與儀器課程教學模式改革

［摘 要］在新工科建設持續推進的背景下，礦物加工工程專業人才培養面臨轉型升級的迫切需求。礦物加工分析方法與儀器課程作為專業核心課程，其現行教學模式亟待進行系統性改革。通過實踐教學發現，現有課程體系存在教學內容陳舊、教學方法單一、實踐教學匱乏、考核評價體系不完善等突出問題。鑒于此，文章從教學內容前沿化、教學方法多元化、實踐教學具象化、考試形式多樣化四個層面推進教學模式改革，并進行改革效果評價。改革實踐表明，學生對課程的滿意度提升了30%，企業對招聘學生的滿意度大幅提高。此次改革為培養適應新工科需求的礦物加工復合型人才提供了可借鑒的實踐路徑。

［關鍵詞］礦物加工分析方法與儀器；新工科；教學改革

［中圖分類號］G642 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2025）15-0078-05

在全球科技創新范式變革與產業轉型升級的雙重驅動下，高等工程教育領域掀起了以新工科為核心的教學改革浪潮。這一浪潮以立德樹人為根本任務，著力培育具有多學科交叉視野、創新實踐能力和可持續發展理念的新時代工程人才[1]。礦物加工工程作為支撐資源高效開發與清潔利用的重要學科，正處于傳統工科向新工科轉型的關鍵期[2]。而礦物加工分析方法與儀器課程作為連接理論教學與工程實踐的橋梁課程，承擔著培養學生現代檢測技術應用能力、儀器操作技能及數據分析素養的重要作用[3-4]。在礦物浮選過程中，借助X射線光電子能譜精確分析礦物表面性質和成分，能夠為藥劑分子設計提供關鍵數據支撐，有助于優化浮選藥劑制度，提升礦物的回收率及品位，而這一過程需要學生掌握儀器原理、測試方法及數據處理等綜合知識。

隨著化學工程、計算機科學等學科與礦物加工領域的深度融合，新的分析技術和儀器設備不斷涌現，礦物加工分析方法與儀器課程的傳統教學模式在諸多方面已難以滿足人才培養的高要求[5-6]。同時，從新工科視角審視，當前教學模式主要存在教學內容陳舊、教學方法單一、實踐教學匱乏、考核評價體系不完善等顯著問題，致使礦物加工工程專業學生所學知識與實際應用脫節，難以培養出具備綜合素養和創新能力的專業人才。因此，本研究通過系統化的課程創新改革與實踐，探索新工科背景下礦物加工分析方法與儀器課程的教學模式改革路徑，旨在提升礦物加工工程專業人才培養質量，以更好地服務國家戰略和產業發展需求。

一、傳統教學模式存在的問題

（一）教學內容陳舊

礦物加工分析方法與儀器課程常采用傳統教學模式，教學內容陳舊問題突出。所用教材更新周期長，往往數年才修訂一次，甚至目前礦物加工工程專業尚無專用教材，使得教學內容無法及時跟上礦物加工領域的發展步伐。例如，原子力顯微鏡等新型分析技術在礦物表面形貌和力學性能分析中的應用，以及智能化礦物成分快速分析系統（X射線熒光光譜）等前沿成果在教材中難覓蹤跡。據調查，昆明理工大學（以下簡稱我校）礦物加工工程專業于近年才開設礦物加工分析方法與儀器課程，學生對現代分析技術和儀器設備的系統學習程度較低，所學知識與行業實際應用有所脫節。同時，新工科強調多學科交叉融合，而傳統教學內容局限于礦物加工工程專業自身，未能有效整合材料科學、化學工程、計算機科學等相關學科知識。在礦物分析實踐中，需要材料表面分析、化學分析方法以及數據分析處理等多學科緊密關聯，但教學過程中常缺乏有機、巧妙的融合。例如，在講解礦物表面潤濕性分析時，未涉及材料表面化學的相關理論，導致學生難以深入理解礦物與藥劑之間的作用機理，限制了學生專業素養的提升。

（二）教學方法單一

礦物加工分析方法與儀器課程的傳統教學方法存在較為明顯的單一性問題，主要表現為以教師講授為主導，學生在課堂上處于被動接受知識的狀態，這種“滿堂灌”的教學方式極大限制了師生之間的互動交流。教師在課堂上單方面地向學生灌輸知識，難以有效激發學生的學習興趣與主動性，在講授儀器工作原理時弊端尤為明顯。例如，教師在講解掃描電子顯微鏡測試原理時，僅依靠文字和簡單圖片介紹電子束與樣品相互作用產生信號的過程，學生難以理解儀器復雜的結構和測試流程。學生普遍反映，“圖片+文字”的講解方式過于抽象且晦澀難懂，難以從有限的文字和靜態的圖片中構建出儀器內部動態的工作過程，導致他們對知識僅一知半解。這嚴重影響了教學效果和學生對后續課程學習的積極性。

（三）實踐教學匱乏

當前礦物加工分析方法與儀器課程的教學過程中，實踐教學環節存在顯著不足。該課程實驗項目中基礎性實驗操作占比達72.3%，而具有探索性質的設計型、綜合型試驗僅占27.7%。這種失衡的教學結構導致實踐環節僅停留在機械操作層面，具體表現為三個維度的問題。其一，實驗設計缺乏開放性，學生被動執行既定流程，難以培養創新思維。在激光粒度分析實驗教學中，教學手冊已預設激光粒度分析儀的全部操作參數，學生僅需按步驟完成檢測，既不需要考慮樣品預處理方式的影響，也無須探究儀器參數優化空間。其二，能力培養存在斷層，學生雖然能夠完成基礎操作考核，但在應對復雜工程問題時表現出明顯的能力短板。其三，教學效果評估存在偏差，由于缺乏綜合性實踐任務，教師難以準確判斷學生解決實際問題的能力情況。上述實踐教學方面的問題將直接影響畢業生的職業發展潛力。

（四）考核評價體系不完善

該課程考核評價體系存在一定的結構性缺陷，主要體現在三個層面。其一，評估權重分配失衡，理論考核占比長期維持在75%±5%區間，而體現實踐能力的操作考核僅占20%～30%。這種導向導致“高分低能”現象，例如在某屆學生的X射線物相分析單元測試中，理論成績排名前30%的學生中有43%未能獨立完成標準樣品的衍射圖譜解析。其二，評價維度單一化問題突出，現行考核體系過度依賴教師主導的終結性評價，缺乏對學習過程和創新能力的動態監測。特別是在團隊項目評估中，現有評分標準僅關注技術報告的完整性，而忽視方案設計創新性與團隊協作效能等關鍵指標。其三，反饋機制建設滯后，評價結果未能有效轉化為教學改進依據；由于缺乏過程性評價數據支撐，教師難以及時發現學生的能力短板，部分學生直至期末考核才暴露出基礎操作不規范等問題。

二、教學模式改革

（一）教學內容前沿化，突出教學重點

礦物加工分析方法與儀器課程教學內容需密切關注礦物加工領域的最新研究成果和行業動態，并定期更新。教學內容設計可邀請業內專家參與，將先進分析方法和儀器在實際生產中的應用引入課堂。如將基于人工智能的礦物圖像分析技術融入教學中，通過深度學習算法，識別和分類礦物顆粒圖像，提高礦物分析的精度和效率；引入傅里葉變換紅外光譜在線分析儀等在線礦物成分檢測儀器，對礦物加工過程中的成分變化進行實時檢測。同時，加強學科間的交叉融合，將相關學科知識融會貫通，構建跨學科教學內容體系。在講解礦物分析方法時，可融入X射線光電子能譜儀分析礦物表面元素組成和化學價態所涉及的材料學與化學理論知識；可融入化學工程中常用的分離分析方法，如分析礦物中有機成分時采用色譜—質譜聯用技術；可融入計算機科學中常用的數據分析處理技術，例如用于礦物加工大數據分析的數據挖掘（Data Mining）算法。通過案例教學，引導學生在綜合考慮礦物的物理性質、化學組成及表面特性等因素的基礎上，運用多學科知識解決礦物分析的實際問題。

（二）教學方法多元化，提高學習興趣

為全面提升教學質量與學生專業素養，本課程構建了“三位一體”的混合式教學模式，通過多維度的教學方法創新，有效激發學生的學習內驅力。該體系以項目實踐為驅動、案例分析為載體、探究學習為延伸，結合現代教育技術形成立體化教學網絡。

1.項目導向型實踐教學模塊

采用工程教育認證理念，將理論知識點重構為漸進式項目集群。以典型礦物分析任務為例，教學團隊設計“礦石成分鑒定全流程”實踐項目，要求學生完成從樣品預處理到報告撰寫的完整分析鏈。具體實施包含四個階段：其一，組建3～5人的協作小組，通過文獻研究制定分析方案，重點培養方案論證能力；其二，結合X射線衍射儀、原子吸收光譜儀等設備特點，開展儀器選型可行性分析；其三，實施分組實驗并記錄原始數據，教師現場指導規范操作；其四，運用Origin等軟件進行數據處理，撰寫符合行業標準的檢測報告。此過程不僅整合了儀器分析、數據處理等課程知識，更通過角色輪換機制強化了團隊協作意識。

2.案例沉浸式教學創新

建立涵蓋30個典型工況的礦物分析案例庫，每個案例包含問題背景、技術瓶頸、解決方案三個維度的信息。例如，針對某鉬礦浮選回收率波動問題，設置階梯式教學任務：初級任務要求識別X射線熒光光譜數據異常點，中級任務要求結合工藝流程圖分析成分波動成因，高級任務則要求設計浮選穩態化運行方案。教學過程中采用翻轉課堂形式，課前通過慕課平臺發布案例資料，課中開展分組討論與方案優化，課后延伸企業工程師在線點評環節。

3.探究式學習能力培養機制

設置開放型研究課題，建立“選題—立項—實驗—結題”的完整科研訓練流程。以“微波預處理對難選鐵礦浸出動力學影響”課題為例，指導學生完成文獻計量分析、實驗方案設計、控制變量實驗等研究環節。實驗室實行7×12小時開放制，配備研究生助教進行過程指導。引入科研論文寫作規范，要求實驗報告包含摘要、引言、方法、結果與討論等結構，培養學生的學術表達能力。

4.智慧教學技術深度融合

構建虛實結合的實驗教學平臺：（1）開發儀器原理三維交互課件，如電子探針工作原理模塊包含電子光學系統仿真、特征X射線產生動畫等6個子單元；（2）建設虛擬仿真資源庫，ICP?MS虛擬操作系統包含儀器校準、質量數選擇、干擾校正等12個訓練模塊，學生需通過線上考核方可進行實體操作；（3）搭建SPOC教學平臺，集成微課視頻、在線測試、討論社區等功能模塊，后臺學習分析系統可生成個性化學習診斷報告。此舉將有助于降低實驗教學成本、提高設備使用效率、提高學生課前預習完成率。

（三）實踐教學具象化，促進學以致用

課程需大力強化實踐教學環節。優化實驗教學內容，減少驗證性實驗，增加設計性和綜合性實驗。例如，設計綜合性實驗，要求學生對某一礦物樣品進行組分、粒度和表面性質等全面分析，并根據分析結果提出礦物分選方案，培養學生的實踐能力與創新能力。在實驗過程中，學生需要綜合運用多種分析方法與儀器，自主設計實驗步驟，分析實驗數據，解決實驗中出現的問題，最終強化實踐操作能力和創新思維。此外，還需積極建立校企合作實踐基地，與礦山企業、礦物加工科研機構等建立合作關系，為學生參與企業實際礦物分析項目、了解行業最新技術裝備、提升工程實踐能力和職業素養提供機會。近年來，我校積極與當地大型礦山企業建立合作關系，學生在企業實習期間，可接觸先進的在線分析儀器和自動化分析系統，了解企業的生產流程和質量控制要求，參與礦石的日常分析和檢測工作，從而增強學生的職業認同感和責任感。同時，廣泛開展實踐項目和競賽，組織學生參加全國高等學校礦物加工工程專業學生實踐作品大賽等各種礦物分析實踐項目和學科競賽，激發學生的學習興趣和創新精神，培養學生的團隊合作能力和動手能力。學生通過參加比賽，既能鍛煉綜合能力和創新能力，又能增強競爭意識和團隊合作精神，進而將學到的知識運用到實際生產中。

（四）考試形式多樣化，構建科學評價體系

本課程建立“四維三級”綜合評價機制，打破傳統終結性評價局限，形成動態化、立體化的考核體系。

1.考核維度結構化設計

知識建構維度（40%）：采用“基礎考核+能力拓展”的試卷結構，減少填空題等記憶型題目，提高綜合應用題比重。例如，設置“某多金屬礦分析方案設計”情境題，考查學生對儀器選型、方法原理、干擾消除等知識的綜合運用。實踐能力維度（30%）：制定實驗操作評分標準，涵蓋天平校準、標準曲線繪制、平行樣測定等關鍵環節。引入實驗過程錄像回評機制，教師團隊依據操作規范性進行多輪次打分。學術素養維度（20%）：課程論文實行“雙盲評審”制度，從文獻綜述深度、實驗設計創新性、數據分析嚴謹性三個維度進行量化評分。優秀論文需進行答辯展示并收錄至課程優秀成果集。學習態度維度（10%）：開發課堂參與度評價系統，通過提問應答質量、小組討論貢獻度、線上互動頻率等指標進行過程性記錄。

2.評價主體多元化拓展

構建“教師評價+同學互評+自我反思”的三元評價體系。在項目考核環節，制定包含方案可行性（30%）、創新性（25%）、完成度（25%）、協作性（20%）的互評量表，學生需完成至少3份針對他人作業的評審并撰寫評語。自我評價環節要求提交《學習軌跡檔案》，包含知識掌握自評表、能力提升日志、改進計劃書等模塊，引導學生進行自我認知與改進規劃，形成良性學習循環。

3.過程管理動態化實施

建立“周反饋—月診斷—期改進”的質量監控機制：每周發布學習預警名單，對作業未達標者啟動輔導程序；每月開展學習成效分析會，從知識薄弱點、技能短板、方法缺陷三個層面進行群體診斷；期末形成個性化改進建議書，包含推薦閱讀文獻、技能強化訓練項目、學習方法指導等內容。

該評價體系突破傳統考核局限，通過定量與定性相結合的評價方式，形成“教—學—評”協同促進的良性機制。教師根據評估數據動態調整教學策略，學生通過多維反饋明確提升方向，共同實現教學質量的持續改進。

三、教學模式改革效果評價

（一）學習興趣和積極性提高

學生的學習興趣和積極性在教學模式改革后顯著提高。多樣化的教學方式和現代教育技術的運用，使課堂氣氛更加活躍，學生主動提問和討論次數增多，課堂參與度大幅提高，學生的主動性、創新性在實踐教學中得到了充分發揮。學生對課程設置較為滿意，調查數據顯示，學生對課程的滿意度由改革前的65%提升至改革后的95%，認為課程內容有趣、授課方式多樣的學生比例大幅提高。

（二）專業知識和創新能力增強

從學生的課程成績和實踐作品來看，學生對專業知識的掌握更加扎實，實踐作品更具創新性和新穎性。學生在解決實際問題時，對所學的多學科知識能夠靈活運用，并創造性地提出解題思路。如某次課程項目要求學生對云南低品位銅礦石進行綜合利用，學生利用所學知識對銅礦石進行綜合分析，提出了多種有效的銅礦石預處理和提取工藝方案，并結合材料學和化學工程方面的知識實現了銅礦石的綜合利用。

（三）綜合素質和用人單位滿意度提升

通過加強實踐教學和考核評價體系改革，全面提升了學生的綜合素質，如動手能力、團隊合作能力、溝通交流能力、專業素養等。學生在實習、就業中表現出了較強的競爭力，用人單位對學生實習、就業的認可程度也較高。從用人單位反饋的信息看，我校礦物加工工程專業畢業生在實際工作中能較快適應工作環境，熟練運用所學知識解決實際問題，具備較強的團隊合作能力、良好的專業素養和創新精神，畢業生滿意度達96%以上，充分體現了課程教學改革的顯著成效。

四、結語

礦物加工分析方法與儀器課程在新工科背景下進行教學模式改革，是培養礦物加工工程專業人才的必然要求。本文通過深入剖析傳統教學模式中存在的問題，從教學內容、教學方法、實踐教學、考核評價等方面進行了全方位的改革創新和探索，取得了一定的成效。但教學改革是一個持續推進的過程，需要根據行業發展動態和學生實際需求，不斷總結經驗，優化教學模式，提高教學質量，以培養更多高素質的礦物加工專業人才。今后，需在加強教師工程實踐能力培養、提升教師教學水平的同時，進一步深化與企業的合作，引入更多的工程實踐教學案例，推動課程教學改革向縱深發展。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 陳向東，洪冠新.國際科技競爭環境下高等工程教育改革大勢：新工程教育十大革新理念[J].中國軟科學，2024（1）：1-11.

[2] 李延鋒，沙杰，彭耀麗，等.新工科下礦物加工工程專業創新人才培養模式的改革與思考[J].教育現代化，2020，7（37）：43-46.

[3] 葛佳，陳玉汝.現代儀器分析教學方法與課程內容設置探索[J].教育教學論壇，2023（29）：121-124.

[4] 曾映旭，秦玉春，劉瑞娜，等.新工科背景下環境類儀器分析課程改革探索與教學效果分析[J].高教學刊，2021，7（增刊1）：126-129.

[5] 楊福，錢功明，祝淑芳.面向工程教育專業認證的礦物加工工程專業課程體系改革和實踐[J].大學教育，2022（7）：13-16.

[6] 丁淑芳，彭德強.應用型人才培養下礦物加工工程專業核心課程實驗教學體系探索[J].中國現代教育裝備，2022（5）：123-125.

［責任編輯：唐玉萍］