王介良 曹釗 曹永丹 李沛

摘 要：表面物理化學(xué)課程是內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦物加工工程專業(yè)研究生的必修基礎(chǔ)理論課程，為適應(yīng)研究生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)需求，提出基于OBE理念的“理論+案例+實踐”耦合模式的教學(xué)方法改革探索。通過優(yōu)化理論教學(xué)內(nèi)容、引入教學(xué)案例對理論內(nèi)容進行具體化和形象化展示以及設(shè)置典型實驗研究教學(xué)模擬，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生實驗與實踐能力，改善教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。從而培養(yǎng)學(xué)生獲取新知識的能力和發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力，促進學(xué)生創(chuàng)新意識的形成和創(chuàng)新能力的提高。

關(guān)鍵詞：OBE理念；表面物理化學(xué)；“理論+案例+實踐”耦合模式；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0

礦物加工工程是根據(jù)礦物性質(zhì)的差異，綜合運用物理、化學(xué)及物理化學(xué)等原理方法，對礦產(chǎn)資源進行分離、富集和提純加工以提取有用物料和綜合利用的學(xué)科［1］。礦物加工工程學(xué)科涉及包括能源礦產(chǎn)（煤炭、鈾等）、金屬礦產(chǎn)（鐵、銅、鉛、鋅、稀土等）、非金屬礦產(chǎn)（硫、鎂等）在內(nèi)的170余種礦產(chǎn)資源，關(guān)系到國計民生的各行各業(yè)。雖然我國礦產(chǎn)資源儲量豐富，但大多數(shù)礦山礦物品位低、嵌布粒度細，隨著礦產(chǎn)資源的開發(fā)與貧化，有用礦物的提取日益困難，我國礦產(chǎn)資源供應(yīng)不足已成為制約國家經(jīng)濟發(fā)展的“瓶頸”。國家資源安全保障戰(zhàn)略，對先進礦物加工技術(shù)理論和高素質(zhì)人才的需求迫切，礦物加工技術(shù)人員不僅需要掌握基本的理論知識，又要具備解決礦物加工實踐中的技術(shù)難題，具備自主創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，這對礦物加工人才培養(yǎng)提出了更高的要求。

1 成果導(dǎo)向教育（OBE）理念的特點及研究現(xiàn)狀

OBE（Outcome-based Education）是一種以學(xué)生為主體的倡導(dǎo)以產(chǎn)出為驅(qū)動、以持續(xù)改進為保障的成果導(dǎo)向教育理念，也稱為產(chǎn)出導(dǎo)向教育，能力導(dǎo)向教育、目標(biāo)導(dǎo)向教育或者需求導(dǎo)向教育［2-5］。其特點為：遵循反向設(shè)計、正向?qū)嵤┑脑瓌t，從需求開始，由需求決定培養(yǎng)目標(biāo)，由培養(yǎng)目標(biāo)決定畢業(yè)要求，由畢業(yè)要求決定課程體系［6］。

不同于“老師教什么，學(xué)生學(xué)什么”的傳統(tǒng)教育模式，OBE理念強調(diào)“學(xué)生需要什么，老師教什么”，采用逆向思維的方式進行課程體系的建設(shè)，以學(xué)生為中心配置教育資源、構(gòu)建課程體系、實施課程教學(xué)。目前該理念已成為一種特點鮮明的專業(yè)教育體系化理念和實踐行動框架［7］。近年來，OBE模式在我國本科教學(xué)中得到了迅速發(fā)展。顧佩華系統(tǒng)闡述了OBE工程教育模式概念及教育實踐架構(gòu)、實施特點、實施重點、實施特色以及遇到的困難，為廣大教育工作者以O(shè)BE工程教育模式，制定教育教學(xué)方案提供借鑒［8］；禹柳飛在OBE工程教育理念的指導(dǎo)下，提出了校企協(xié)同“基礎(chǔ)+綜合+提高”的嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)新模式，構(gòu)建了協(xié)同育人理論與實踐課程教學(xué)體系，提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的教學(xué)目標(biāo)［9］；薛占璞通過OBE理念實施多課程融合的綜合性教學(xué)模式，將學(xué)習(xí)成果用于科學(xué)研究過程，將科研創(chuàng)新的過程貫穿于專業(yè)基礎(chǔ)教學(xué)，全面培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)知識實踐能力、工程能力以及創(chuàng)新能力［10］。宋雯基于OBE理念，將“課程思政”融入《物理化學(xué)》課程教學(xué)目標(biāo)，挖掘“課程思政”元素，改革“課程思政”方式，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生愛國主義精神與民族自豪感，盡可能實現(xiàn)專業(yè)理論課程的價值滲透與價值引領(lǐng)［7］。

經(jīng)過多年的探索與實踐，OBE模式已經(jīng)形成了較為完善的教育模型，在礦物加工工程專業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。韓海生基于OBE理念，提出礦物加工卓越拔尖人才培養(yǎng)模式探索［11］；張小偉以礦物加工工程專業(yè)課程“碎礦與磨礦”為例，闡述了基于OBE的課程實踐化過程［12］；康華基于OBE理念從課程體系的設(shè)計思路、課程體系的設(shè)置、課程體系的持續(xù)改進三個方面闡述了礦物加工工程專業(yè)課程體系的建設(shè)過程，保障學(xué)生畢業(yè)要求的達成和人才培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)［13］；劉淑鵬闡述了基于OBE理念的“選礦概論”課程實踐化教學(xué)目標(biāo)，進行課程實踐化設(shè)計，并評價課程實踐化設(shè)計目標(biāo)達成情況［14］。但這種教育模式在研究生教育和課程建設(shè)方面仍處于探索起步階段［15，16］，為培養(yǎng)基礎(chǔ)理論知識扎實、工程實踐本領(lǐng)過硬、自主創(chuàng)新能力強的高素質(zhì)礦物加工技術(shù)人員，需積極探索基于OBE理念的礦物加工研究生能力培養(yǎng)模式。

2 目前研究生表面物理化學(xué)課程教學(xué)過程中存在的問題

表面物理化學(xué)課程是內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦物加工工程學(xué)科研究生的專業(yè)必修基礎(chǔ)理論課程，課程內(nèi)容包括浮選基本原理、浮選溶液化學(xué)、浮選電化學(xué)及浮選藥劑結(jié)構(gòu)與性能分析等四個部分，共計48個學(xué)時。該課程教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握從事礦物加工工程科學(xué)研究所需的物理化學(xué)基礎(chǔ)知識和基本原理，并應(yīng)用到科學(xué)研究和實踐中。

該表面物理化學(xué)課程內(nèi)容設(shè)置偏理論講授，涉及理論創(chuàng)新思考與應(yīng)用的內(nèi)容較少。隨著我校礦物加工學(xué)科的發(fā)展，目前該課程設(shè)置已經(jīng)不能滿足培養(yǎng)理論與應(yīng)用能力強的礦物加工工程研究生這一目標(biāo)的需求。而且目前該課程采用理論講授的教學(xué)模式，“老師教什么，學(xué)生學(xué)什么”，對于沒有物理化學(xué)基礎(chǔ)的研究生來講，對純理論知識的接受能力不強，主動吸收知識的意識差。且這種知識單向傳播的填鴨式教學(xué)方法導(dǎo)致學(xué)生思維方式僵化，不利于學(xué)生創(chuàng)新思維與能力的培養(yǎng)。從教學(xué)效果來看，存在學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高、參與度低和教學(xué)效果不佳的問題，應(yīng)進行教學(xué)方法和模式改革。

本文結(jié)合國家資源安全戰(zhàn)略需求、新工科背景，根據(jù)國家研究生課程建設(shè)文件精神［17］，針對礦物加工工程研究生表面物理化學(xué)課程教學(xué)和科研實踐環(huán)節(jié)聯(lián)系不緊密以及創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和理論應(yīng)用實踐能力等總體偏弱的問題［18］，基于OBE教學(xué)理念，立足礦物加工工程特色和行業(yè)對研究生創(chuàng)新能力和工程實踐能力要求，通過“理論+案例+實踐”耦合的教學(xué)模式創(chuàng)新，對該課程教學(xué)方法進行改革和探索。

礦物加工過程中涉及界面化學(xué)的研究熱點和難點等，使學(xué)生掌握從事科學(xué)研究所需物理化學(xué)的基礎(chǔ)知識，圍繞當(dāng)前國家資源安全、資源與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，探討如何利用界面化學(xué)知識實現(xiàn)礦產(chǎn)資源的高效分選。

3 “理論+案例+實踐”耦合模式的教學(xué)方法及意義

3.1 理論教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

隨著礦物加工工程專業(yè)的學(xué)科建設(shè)與發(fā)展，目前，內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦物加工工程專業(yè)研究生培養(yǎng)包括復(fù)雜礦產(chǎn)資源分選工藝與理論和礦產(chǎn)資源綠色高效綜合利用兩個大的研究方向，涉及礦物加工理論與技術(shù)、資源與環(huán)境微生物技術(shù)、難選礦產(chǎn)資源高效分選綜合回收與利用技術(shù)等方面。重點圍繞白云鄂博稀土、鈮、鐵及螢石共伴生礦及選后尾礦，展開礦物晶體化學(xué)特征與分選行為研究，開發(fā)白云鄂博共伴生礦有價元素高效清潔分離選礦技術(shù)。

然而，目前表面物理化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容主要涉及礦物浮選理論方面，浮選基本原理、浮選溶液化學(xué)、浮選電化學(xué)及浮選藥劑結(jié)構(gòu)與性能分析等四個部分的研究內(nèi)容已經(jīng)不能適應(yīng)學(xué)科發(fā)展需求。因此，擬將該課程教學(xué)內(nèi)容整合優(yōu)化為浮選基本原理、浮選晶體化學(xué)/溶液化學(xué)/電化學(xué)、浮選藥劑構(gòu)效關(guān)系及浮選表面測試方法與應(yīng)用五個部分。優(yōu)化后，該課程中添加了浮選晶體化學(xué)和表面測試方法與應(yīng)用部分，浮選晶體化學(xué)是近年來礦物加工工程專業(yè)研究的熱點［19］，從礦物晶體和表界面結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)、價鍵特征等微觀方面對浮選過程機理進行探究，有利于加深學(xué)生對浮選本質(zhì)原理的認識與理解；表面測試方法與應(yīng)用則是從礦物加工過程中表界面反應(yīng)及產(chǎn)物的表征為切入點，定性定量分析藥劑與礦物之間的作用原理，同時，表面測試方法與應(yīng)用也是研究生論文發(fā)表必須要掌握的研究手段，結(jié)合表面測試方法與應(yīng)用部分講授，可以對浮選理論進行豐富補充。通過課程優(yōu)化，礦物加工工程專業(yè)研究生可以更加深入理解表面物理化學(xué)性質(zhì)與浮選之間的關(guān)系，掌握更全面的理論知識和分析表征方法，為解決礦物加工工程實踐問題，提高分析、解決問題的能力做好知識儲備。

3.2 案例引入教學(xué)方案的設(shè)計

在該課程授課過程中，通過引入包含主要知識點的實際工程案例或者科學(xué)研究成果案例，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生進入課程當(dāng)中并深入思考。教學(xué)案例可以來源于礦物加工工程領(lǐng)域國內(nèi)外各高校和科研單位科研成果，也可以取至實際工程項目成果。在案例講解、分析和討論的過程中，引入工程案例或者科學(xué)研究成果案例的圖片、視頻等，使知識更具體化和形象化，引導(dǎo)學(xué)生對知識點進行學(xué)習(xí)和理解，強化記憶，同時可以起到活學(xué)活用的效果。

例如，在講授浮選基本原理、浮選晶體化學(xué)部分時，從本學(xué)院教師和其他高校教師最新的代表性研究論文中引入圖片進行講解，使知識點不再是陌生的文字，拉近學(xué)生與知識點之間的距離，使學(xué)生可以對知識點有更直觀的理解；在講授浮選電化學(xué)部分時，結(jié)合課題組承擔(dān)的含碳鉛鋅礦多金屬浮選分離回收項目進行講解；在講授浮選藥劑結(jié)構(gòu)與性能分析部分時，結(jié)合實驗室承擔(dān)的白云鄂博尾礦中稀土與鈮的非常規(guī)富集及高值化利用重點研發(fā)項目中浮選抑制劑、捕收劑的研究進行講解，既體現(xiàn)了我校礦物加工工程學(xué)科的研究特色，又豐富教學(xué)內(nèi)容?！袄碚?案例+實踐”耦合的教學(xué)模式讓學(xué)生更有代入感，對知識點接受起來也更容易，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力、獲取新知識的能力和發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力，從而有效改善教學(xué)效果，進而促進教學(xué)質(zhì)量的提高。在講解浮選表面測試方法與應(yīng)用部分時，通過圖片和視頻的形式，介紹礦物加工工程專業(yè)所用到的測試方法和儀器，除了常用的紅外光譜、電位和接觸角測量方法，特別引入介紹紅外光譜原位測試技術(shù)、原位原子力顯微鏡、飛行時間二次離子質(zhì)譜儀等先進測試方法，豐富學(xué)生的測試手段，開闊研究思路，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)研究課題內(nèi)容，查閱相關(guān)文獻，設(shè)計測試實驗方案，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思考能力。

3.3 實驗與實踐能力的培養(yǎng)

根據(jù)內(nèi)蒙古科技大學(xué)承擔(dān)的國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金項目、省部級項目及企業(yè)委托項目等科研項目，結(jié)合導(dǎo)師給學(xué)生制訂的個性化培養(yǎng)方案，設(shè)置典型實驗研究教學(xué)模擬，引導(dǎo)研究生廣泛參與礦物加工實驗室實驗與現(xiàn)場實踐。

在學(xué)生參與實驗室實驗過程中，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)所研究問題的科學(xué)本質(zhì)和基本原理，能夠根據(jù)所學(xué)基礎(chǔ)理論知識，提出創(chuàng)新性解決方案的能力。例如，根據(jù)區(qū)域資源特色，設(shè)置鐵礦浮選實驗研究、稀土礦浮選實驗研究、煤泥浮選實驗研究和黃金選礦實驗研究等教學(xué)內(nèi)容進行教學(xué)模擬，從實驗設(shè)計到測試分析，具象化、可參與的實驗研究內(nèi)容，更有利于培養(yǎng)學(xué)生科研動手能力。引導(dǎo)學(xué)生將課堂所學(xué)的表面物理化學(xué)課程知識，運用到實驗研究中，并解決實驗中的科學(xué)問題。鼓勵學(xué)生參與選礦現(xiàn)場生產(chǎn)實踐，在此過程中則注重培養(yǎng)學(xué)生能夠結(jié)合現(xiàn)場實際生產(chǎn)條件，能夠理論聯(lián)系實際，靈活運用課堂所學(xué)專業(yè)知識，解決工業(yè)化生產(chǎn)問題的能力。避免由于“紙上談兵”“閉門造車”而與生產(chǎn)實際脫節(jié)，培養(yǎng)出具備扎實豐富的基礎(chǔ)理論功底，又具備較強動手能力的高素質(zhì)礦物加工技術(shù)人才。

結(jié)語

根據(jù)礦物加工工程學(xué)科發(fā)展和研究生實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)需求，提出基于OBE理念的表面物理化學(xué)課程“理論+案例+實踐”耦合模式的教學(xué)改革探索。優(yōu)化理論教學(xué)內(nèi)容，引入教學(xué)案例對理論內(nèi)容進行具體化和形象化展示，同時設(shè)置典型實驗研究教學(xué)模擬，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，強化學(xué)生對知識點的理解，從而培養(yǎng)學(xué)生的實驗與實踐能力，創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力、獲取新知識的能力和發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力，有效改善該課程的教學(xué)效果，促進教學(xué)質(zhì)量的提高。

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基金項目：內(nèi)蒙古科技大學(xué)教育教學(xué)改革研究項目（JY2021037）；國家重點研發(fā)計劃項目（2021YFC2901000）；內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金（編號：2020LH05027）

作者簡介：王介良（1989— ），男，漢族，山東棗莊人，博士，講師，研究方向：復(fù)雜共伴生礦浮選技術(shù)與理論。