OBE理念下研究生课程“理论+案例+实践”耦合模式的教学方法探索

2023-06-11王介良曹钊曹永丹李沛

科技风 2023年13期

王介良曹钊曹永丹李沛

摘要：表面物理化学课程是内蒙古科技大学矿物加工工程专业研究生的必修基础理论课程，为适应研究生实践创新能力培养需求，提出基于OBE理念的“理论+案例+实践”耦合模式的教学方法改革探索。通过优化理论教学内容、引入教学案例对理论内容进行具体化和形象化展示以及设置典型实验研究教学模拟，激发学生学习兴趣，培养学生实验与实践能力，改善教学效果和教学质量。从而培养学生获取新知识的能力和发现问题与解决问题的能力，促进学生创新意识的形成和创新能力的提高。

关键词：OBE理念；表面物理化学；“理论+案例+实践”耦合模式；教学改革

中图分类号：G642.0

矿物加工工程是根据矿物性质的差异，综合运用物理、化学及物理化学等原理方法，对矿产资源进行分离、富集和提纯加工以提取有用物料和综合利用的学科［1］。矿物加工工程学科涉及包括能源矿产（煤炭、铀等）、金属矿产（铁、铜、铅、锌、稀土等）、非金属矿产（硫、镁等）在内的170余种矿产资源，关系到国计民生的各行各业。虽然我国矿产资源储量丰富，但大多数矿山矿物品位低、嵌布粒度细，随着矿产资源的开发与贫化，有用矿物的提取日益困难，我国矿产资源供应不足已成为制约国家经济发展的“瓶颈”。国家资源安全保障战略，对先进矿物加工技术理论和高素质人才的需求迫切，矿物加工技术人员不仅需要掌握基本的理论知识，又要具备解决矿物加工实践中的技术难题，具备自主创新意识和创新能力，这对矿物加工人才培养提出了更高的要求。

1 成果导向教育（OBE）理念的特点及研究现状

OBE（Outcome-based Education）是一种以学生为主体的倡导以产出为驱动、以持续改进为保障的成果导向教育理念，也称为产出导向教育，能力导向教育、目标导向教育或者需求导向教育［2-5］。其特点为：遵循反向设计、正向实施的原则，从需求开始，由需求决定培养目标，由培养目标决定毕业要求，由毕业要求决定课程体系［6］。

不同于“老师教什么，学生学什么”的传统教育模式，OBE理念强调“学生需要什么，老师教什么”，采用逆向思维的方式进行课程体系的建设，以学生为中心配置教育资源、构建课程体系、实施课程教学。目前该理念已成为一种特点鲜明的专业教育体系化理念和实践行动框架［7］。近年来，OBE模式在我国本科教学中得到了迅速发展。顾佩华系统阐述了OBE工程教育模式概念及教育实践架构、实施特点、实施重点、实施特色以及遇到的困难，为广大教育工作者以OBE工程教育模式，制定教育教学方案提供借鉴［8］；禹柳飞在OBE工程教育理念的指导下，提出了校企协同“基础+综合+提高”的嵌入式系统人才培养新模式，构建了协同育人理论与实践课程教学体系，提高学生解决复杂工程问题能力的教学目标［9］；薛占璞通过OBE理念实施多课程融合的综合性教学模式，将学习成果用于科学研究过程，将科研创新的过程贯穿于专业基础教学，全面培养学生专业知识实践能力、工程能力以及创新能力［10］。宋雯基于OBE理念，将“课程思政”融入《物理化学》课程教学目标，挖掘“课程思政”元素，改革“课程思政”方式，从而激发学生学习兴趣，培养学生爱国主义精神与民族自豪感，尽可能实现专业理论课程的价值渗透与价值引领［7］。

经过多年的探索与实践，OBE模式已经形成了较为完善的教育模型，在矿物加工工程专业领域广泛应用。韩海生基于OBE理念，提出矿物加工卓越拔尖人才培养模式探索［11］；张小伟以矿物加工工程专业课程“碎矿与磨矿”为例，阐述了基于OBE的课程实践化过程［12］；康华基于OBE理念从课程体系的设计思路、课程体系的设置、课程体系的持续改进三个方面阐述了矿物加工工程专业课程体系的建设过程，保障学生毕业要求的达成和人才培养目标的实现［13］；刘淑鹏阐述了基于OBE理念的“选矿概论”课程实践化教学目标，进行课程实践化设计，并评价课程实践化设计目标达成情况［14］。但这种教育模式在研究生教育和课程建设方面仍处于探索起步阶段［15，16］，为培养基础理论知识扎实、工程实践本领过硬、自主创新能力强的高素质矿物加工技术人员，需积极探索基于OBE理念的矿物加工研究生能力培养模式。

2 目前研究生表面物理化学课程教学过程中存在的问题

表面物理化学课程是内蒙古科技大学矿物加工工程学科研究生的专业必修基础理论课程，课程内容包括浮选基本原理、浮选溶液化学、浮选电化学及浮选药剂结构与性能分析等四个部分，共计48个学时。该课程教学目标是使学生掌握从事矿物加工工程科学研究所需的物理化学基础知识和基本原理，并应用到科学研究和实践中。

该表面物理化学课程内容设置偏理论讲授，涉及理论创新思考与应用的内容较少。随着我校矿物加工学科的发展，目前该课程设置已经不能满足培养理论与应用能力强的矿物加工工程研究生这一目标的需求。而且目前该课程采用理论讲授的教学模式，“老师教什么，学生学什么”，对于没有物理化学基础的研究生来讲，对纯理论知识的接受能力不强，主动吸收知识的意识差。且这种知识单向传播的填鸭式教学方法导致学生思维方式僵化，不利于学生创新思维与能力的培养。从教学效果来看，存在学生学习热情不高、参与度低和教学效果不佳的问题，应进行教学方法和模式改革。

本文结合国家资源安全战略需求、新工科背景，根据国家研究生课程建设文件精神［17］，针对矿物加工工程研究生表面物理化学课程教学和科研实践环节联系不紧密以及创新意识、创新能力和理论应用实践能力等总体偏弱的问题［18］，基于OBE教学理念，立足矿物加工工程特色和行業对研究生创新能力和工程实践能力要求，通过“理论+案例+实践”耦合的教学模式创新，对该课程教学方法进行改革和探索。

矿物加工过程中涉及界面化学的研究热点和难点等，使学生掌握从事科学研究所需物理化学的基础知识，围绕当前国家资源安全、资源与环境协调发展，探讨如何利用界面化学知识实现矿产资源的高效分选。

3 “理论+案例+实践”耦合模式的教学方法及意义

3.1 理论教学内容的优化

随着矿物加工工程专业的学科建设与发展，目前，内蒙古科技大学矿物加工工程专业研究生培养包括复杂矿产资源分选工艺与理论和矿产资源绿色高效综合利用两个大的研究方向，涉及矿物加工理论与技术、资源与环境微生物技术、难选矿产资源高效分选综合回收与利用技术等方面。重点围绕白云鄂博稀土、铌、铁及萤石共伴生矿及选后尾矿，展开矿物晶体化学特征与分选行为研究，开发白云鄂博共伴生矿有价元素高效清洁分离选矿技术。

然而，目前表面物理化学课程教学内容主要涉及矿物浮选理论方面，浮选基本原理、浮选溶液化学、浮选电化学及浮选药剂结构与性能分析等四个部分的研究内容已经不能适应学科发展需求。因此，拟将该课程教学内容整合优化为浮选基本原理、浮选晶体化学/溶液化学/电化学、浮选药剂构效关系及浮选表面测试方法与应用五个部分。优化后，该课程中添加了浮选晶体化学和表面测试方法与应用部分，浮选晶体化学是近年来矿物加工工程专业研究的热点［19］，从矿物晶体和表界面结构、电子性质、价键特征等微观方面对浮选过程机理进行探究，有利于加深学生对浮选本质原理的认识与理解；表面测试方法与应用则是从矿物加工过程中表界面反应及产物的表征为切入点，定性定量分析药剂与矿物之间的作用原理，同时，表面测试方法与应用也是研究生论文发表必须要掌握的研究手段，结合表面测试方法与应用部分讲授，可以对浮选理论进行丰富补充。通过课程优化，矿物加工工程专业研究生可以更加深入理解表面物理化学性质与浮选之间的关系，掌握更全面的理论知识和分析表征方法，为解决矿物加工工程实践问题，提高分析、解决问题的能力做好知识储备。

3.2 案例引入教学方案的设计

在该课程授课过程中，通过引入包含主要知识点的实际工程案例或者科学研究成果案例，激发学生学习的兴趣，引导学生进入课程当中并深入思考。教学案例可以来源于矿物加工工程领域国内外各高校和科研单位科研成果，也可以取至实际工程项目成果。在案例讲解、分析和讨论的过程中，引入工程案例或者科学研究成果案例的图片、视频等，使知识更具体化和形象化，引导学生对知识点进行学习和理解，强化记忆，同时可以起到活学活用的效果。

例如，在讲授浮选基本原理、浮选晶体化学部分时，从本学院教师和其他高校教师最新的代表性研究论文中引入图片进行讲解，使知识点不再是陌生的文字，拉近学生与知识点之间的距离，使学生可以对知识点有更直观的理解；在讲授浮选电化学部分时，结合课题组承担的含碳铅锌矿多金属浮选分离回收项目进行讲解；在讲授浮选药剂结构与性能分析部分时，结合实验室承担的白云鄂博尾矿中稀土与铌的非常规富集及高值化利用重点研发项目中浮选抑制剂、捕收剂的研究进行讲解，既体现了我校矿物加工工程学科的研究特色，又丰富教学内容。“理论+案例+实践”耦合的教学模式让学生更有代入感，对知识点接受起来也更容易，有利于培养学生的创新意识和创新能力、获取新知识的能力和发现问题与解决问题的能力，从而有效改善教学效果，进而促进教学质量的提高。在讲解浮选表面测试方法与应用部分时，通过图片和视频的形式，介绍矿物加工工程专业所用到的测试方法和仪器，除了常用的红外光谱、电位和接触角测量方法，特别引入介绍红外光谱原位测试技术、原位原子力显微镜、飞行时间二次离子质谱仪等先进测试方法，丰富学生的测试手段，开阔研究思路，引导学生根據研究课题内容，查阅相关文献，设计测试实验方案，激发学生创新思考能力。

3.3 实验与实践能力的培养

根据内蒙古科技大学承担的国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、省部级项目及企业委托项目等科研项目，结合导师给学生制订的个性化培养方案，设置典型实验研究教学模拟，引导研究生广泛参与矿物加工实验室实验与现场实践。

在学生参与实验室实验过程中，侧重培养学生发现所研究问题的科学本质和基本原理，能够根据所学基础理论知识，提出创新性解决方案的能力。例如，根据区域资源特色，设置铁矿浮选实验研究、稀土矿浮选实验研究、煤泥浮选实验研究和黄金选矿实验研究等教学内容进行教学模拟，从实验设计到测试分析，具象化、可参与的实验研究内容，更有利于培养学生科研动手能力。引导学生将课堂所学的表面物理化学课程知识，运用到实验研究中，并解决实验中的科学问题。鼓励学生参与选矿现场生产实践，在此过程中则注重培养学生能够结合现场实际生产条件，能够理论联系实际，灵活运用课堂所学专业知识，解决工业化生产问题的能力。避免由于“纸上谈兵”“闭门造车”而与生产实际脱节，培养出具备扎实丰富的基础理论功底，又具备较强动手能力的高素质矿物加工技术人才。

结语

根据矿物加工工程学科发展和研究生实践与创新能力培养需求，提出基于OBE理念的表面物理化学课程“理论+案例+实践”耦合模式的教学改革探索。优化理论教学内容，引入教学案例对理论内容进行具体化和形象化展示，同时设置典型实验研究教学模拟，激发学生学习的兴趣，强化学生对知识点的理解，从而培养学生的实验与实践能力，创新意识、创新能力、获取新知识的能力和发现问题与解决问题的能力，有效改善该课程的教学效果，促进教学质量的提高。

参考文献：

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［3］谢晓颖，邓惠明.能力导向的高师学前教育专业教学法课程教学改革——以《学前儿童健康教育》为例［J］.宁德师范学院学报（哲学社会科学版），2019（2）：101-105.

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［8］顾佩华，胡文龙，林鹏，等.基于“学习产出”（OBE）的工程教育模式——汕头大学的实践与探索［J］.高等工程教育研究，2014（1）：27-37.

［9］禹柳飞，刘美，卢均治，等.基于OBE理念的嵌入式人才培养模式探索与实践［J］.产业科技创新，2023，5（1）：97-99.

［10］薛占璞，张浩，聂秀利，等.OBE模式下多课程融合《机械制造工程学》教学改革与探索［J］.科技风，2022（29）：95-97.

［11］韩海生，孙伟，甘敏，等.基于OBE理念的矿物加工卓越拔尖人才培养模式探索［J］.教育教学论坛，2020（33）：338-340.