新工科背景下《非金属矿深加工》实验教学改革与实践

沈智慧，邓政斌，卯松，李先海，黄小芬

(1.贵州大学矿业学院，贵州贵阳 550025；2.喀斯特地区优势矿产资源高效利用国家地方联合工程实验室，贵州贵阳550025；3.贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室，贵州贵阳 550025）

2017年，为应对新工业改革和新经济建设对我国高等教育的挑战，我国教育部提出了工程教育持续深化改革的“新工科”行动计划。作为一种工程教育发展新模式，“新工科” 建设要求高校以新理念创新改革工科专业人才培养模式和教育教学质量，培养创新创业能力、 工程实践能力和学科交叉整合能力强的高素质新型工程科技人才。《非金属矿深加工》是矿物资源工程专业理论与实践相结合的一门专业课，《非金属矿深加工》实验是随其理论课程一同开设的实验课程。《非金属矿深加工》 实验是帮助学生理论联系实际的重要手段，对培养学生动手实践、自主学习能力具有理论教学不可替代的作用，是学生顺利进行后续《毕业论文（设计）》课程的重要基础和前提。实践课程教学是新工科人才培养的重要环节，因此在“新工科”建设背景下，坚持新工科人才培养理念和工程教育认证标准，创新改革实践课程教学模式，对人才培养具有较大意义[1]。

1 非金属矿深加工实验教学现状

考察矿物资源工程专业《非金属矿深加工》的传统实验教学过程，存在的问题主要表现在以下几方面：

(1)实验学时占比低。传统《非金属矿深加工》课程总学时为48 学时，其中理论课40 学时，实验课8 学时。实验课学时数较低，正常学时数范围内不能完整开展实验内容，实验过程容易被精简，学生对实验内容的消化吸收不透彻。

(2)实验教学模式单一。在实验教学内容方面，传统《非金属矿深加工》实验内容侧重基础性、验证性实验，没有综合性或设计性实验项目。验证性实验虽有利于帮助学生巩固掌握基础理论知识，但忽略了对学生自主学习能力、分析和解决问题能力的培养。实验内容创新性不够，主要反映理论课上的基本原理，涉及知识面较窄，不能与非金属矿深加工的发展前沿和新技术紧密联系。在实验教学方法方面，传统实验模式主要以“课前预习—教师讲解—演示实验—学生操作—完成报告”的填鸭式教学[2]为主，或学生根据实验指导书中实验要求和步骤，在老师指导下操作实验，学生缺乏对实验现象的深入思考。这种陈旧的教学模式缺乏以学生为中心，影响了学生动手能力和逻辑思维的培养。

(3)实验考核方式不全面。传统实验考核方式较简单，主要以出勤率和实验报告为考核依据，缺乏对学生实验预习、实验操作和实验总结的过程性评价，导致学生轻视实验前预习准备和实验过程，实验前预习效果差，实验过程中积极性差，不会主动解决实验过程中出现的问题。课后实验报告撰写不认真，照抄实验指导书和数据处理雷同现象较严重。单一的考核方式不能客观评价和及时反馈学生实验情况，影响学生参与学习积极性，以及实践能力和创新能力的培养。

2 非金属矿深加工实验改革

2.1 优化实验教学设计

(1)调整实验教学目标。实验教学目标对实验教学设计具有重要的导向性。在工程教育认证和“新工科”建设背景下，结合矿物资源工程专业人才培养目标和课程体系设置，《非金属矿深加工》 实验教学目标调整为： 学生通过实验教学掌握非金属矿深加工基本知识和方法，掌握相关仪器设备操作方法，培养学生常规实验技能；通过实验方案设计和独立开展实验，培养学生实验设计能力、分析和解决问题能力；通过项目式自主合作小组形式，培养学生团队协作能力。

(2)优化实验项目。为保障实验内容的完整开展，将《非金属矿深加工》 实验学时由传统8 学时增加至12学时。将传统的2 个4 学时验证性实验项目更改为1个12 学时设计性实验项目，传统验证性实验项目为：①非金属矿深加工仪器设备的认识； ②锆柱撑蒙脱石对黄药的吸附实验，实验内容较简单。改革后，设定三个设计性实验项目选题方向： ①超细粉碎分级及粉体特性表征；②浸出提纯、化学漂白、煅烧等精细提纯及性能表征；③表面改性及改性效果表征。实验所用非金属矿种由传统的蒙脱石拓展至蒙脱石、 硅藻土和碳酸钙三类。实验开展前学生自由选择实验项目和实验矿种。将实验选题方向与前期理论教学中研讨式教学内容紧密融合，有助于学生实验前充分了解实验项目内容，更好地开展实验。

表1 《非金属矿深加工》实验多元化考核机制

2.2 创新实验教学模式

(1)建立项目式自主合作实验小组。在开展理论课研讨教学过程中，提前建立项目式自主合作实验小组，将研讨主题与设计性实验选题相结合，让学生查阅文献资料，撰写文献综述，引入大学生SRT 或创新创业实验计划申请书作为方案设计模板，要求学生自行设计实验方案，确定实验步骤，并与实验教师讨论方案，经教师批准后开展实验。通过建立项目式实验小组和独立设计方案，引导学生主动参与实验学习，符合工程教育认证“以学生为中心”的理念，有利于培养学生独立思考能力、查阅和组织文献资料能力。实验开展过程中除正常实验课时外，鼓励学生充分利用课余时间开展实验。实验初期大部分学生的实验结果可能会出现错误或误差较大，但经过教师针对性引导后学生对实验错误认识更深刻，有利于培养学生动手操作能力、分析问题和解决问题能力。

(2)引入大型仪器丰富实验手段。针对传统实验教学中实验设备陈旧、设备台套数不够等问题，实验改革后新增了相关实验设备，能够保证正常实验的开展。在表面改性实验中，引入紫外分光光度计测定蒙脱石改性前后吸附的黄药浓度； 引入原子吸收光谱仪测定硅藻土改性前后Cu、Cd 离子浓度；引入激光粒度分析仪表征非金属矿超细粉磨前后粒径分布变化情况； 引入红外光谱仪表征非金属矿表面改性和吸附前后表面分子结构变化。通过引入大型仪器设备丰富实验手段，一方面帮助学生充分利用实验室优势设备资源开展实验，学习掌握相关大型仪器设备使用方法，利用先进技术手段所测数据丰富学生实验报告； 一方面开阔学生视野，鼓励学生多进实验室，充分利用大型仪器设备平台开展创新创业活动，有利于学生创新思维、研究能力和解决复杂工程问题能力的培养。此外，要求学生采用Origin 软件进行数据处理，包括绘制关系图、线性拟合和图谱分析等。通过软件使用帮助学生学习专业知识以外的新技能，有利于学生综合素质的提升。

2.3 完善实验考核体系

教学评价的一个重要内容是学生实验学习成效评价。实验考核的内容一般包括实验动手能力、实验理论知识考核、实验报告水平和分析解决问题能力等[3]，因此对实验课程的考核不能局限于实验结果和实验报告，应贯穿整个实验过程，通过实验过程评价考查实验教学目标达成度，为实验教学的持续改进提供依据。因此《非金属矿深加工》实验采用强化过程考核的多元化考核机制（列于表1中）。《非金属矿深加工》实验总成绩占课程总成绩的15%～20%，其中实验方案设计、考勤、实验过程和实验报告占实验成绩比例分别为30%、10%、30%、30%。此外，如学生在实验过程中能提出创新性和建设性见解，应给予适当加分，以鼓励学生多思考多创新。通过实验考核改革将考核指标细化，强化过程性考核，评价涵盖面较广，评价多元且更科学合理，充分发挥了考核的导向性，能有效督促学生认真对待实验每个环节，有利于学生科学思维、创新意识和综合素质的培养[4]。

3 结语

创新和改革《非金属矿深加工》 实践教学模式对“新工科”建设背景下理工科专业人才培养具有较大意义。将改革后的《非金属矿深加工》实验应用于矿物资源工程专业2015 级学生，与往届相比，教学效果明显改善。从期末考试情况分析，学生对非金属矿深加工的理论知识理解更深入。通过观察学生实验过程、多元化考核、 学校教务系统的教学评价和师生座谈会的反馈结果可知，坚持“以学生为中心”，让学生独立设计实验方案、操作大型仪器、独立运用软件分析实验数据等，增强了学生学习主动性，学生动手实践能力、 思考能力、对待科学的严谨性明显提高，学生团队协作、组织能力等综合素质得到了一定培养。此外，课程改革后，参与教师科研和申报各类大学生创新项目的学生人数也在逐渐增多。但在今后的实验教学过程中，还应加强学生实验选题与教师科研、 非金属矿深加工研究热点的有效结合。