《礦物材料》課程大數(shù)據(jù)信息化改革研究

葛 鵬，王 麗，韓海生，侯紅帥，鄒國(guó)強(qiáng)，紀(jì)效波*

（1.中南大學(xué) 資源加工與生物工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083；2.中南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083）

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)的信息化水平突飛猛進(jìn)，有效地推動(dòng)自動(dòng)化行業(yè)的快速發(fā)展，快速提升了國(guó)民經(jīng)濟(jì)。同時(shí)，信息化的快速發(fā)展對(duì)于人才培養(yǎng)行業(yè)也產(chǎn)生的重要的沖擊，對(duì)于學(xué)生各方面的綜合實(shí)力方面的要求也有明顯的增強(qiáng)。因此，緊抓對(duì)于學(xué)生的更高要求的培養(yǎng)，提升課堂的教育教學(xué)效果，為我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)提供更加強(qiáng)力的人才，勢(shì)在必行。傳統(tǒng)的課程教育較多的集中于課堂之上，教學(xué)模式單一且枯燥，不利于學(xué)生對(duì)于課堂學(xué)習(xí)，造成課程設(shè)計(jì)的效果難以達(dá)到理想的水平。此外，《礦物材料》作為一門(mén)新型的礦物加工專業(yè)課程，是通過(guò)礦物加工工程、材料化學(xué)、信息化學(xué)等多門(mén)學(xué)科相互交叉形成的綜合性課程，課程內(nèi)容較為豐富。此外，現(xiàn)代化企業(yè)人才需求較多地集中到綜合性的人才，而綜合性課程《礦物材料》的有效教育教學(xué)對(duì)于學(xué)生的培養(yǎng)具有重要的意義，對(duì)于學(xué)生未來(lái)的發(fā)展也具有很重要的意義。若能將現(xiàn)代先進(jìn)的信息技術(shù)與傳統(tǒng)課程教育相互連接在一起，形成線上線下的綜合性教育教學(xué)，將會(huì)顯著提升課堂的教育教學(xué)效果。

線上線下的綜合性課程，顧名思義傳統(tǒng)的純線上教學(xué)以及課堂授課有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，形成混合式教育教學(xué)模式，最終形成1+1>2的效果。通過(guò)線上信息化教育快速?gòu)浹a(bǔ)學(xué)生相關(guān)材料學(xué)的基礎(chǔ)不足問(wèn)題；通過(guò)線下教育加深教育教學(xué)結(jié)合信息化輸入增強(qiáng)學(xué)生課堂教學(xué)教學(xué)效果，提升學(xué)生對(duì)于問(wèn)題的理解深度；通過(guò)線下輻射性教育教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于延續(xù)性學(xué)習(xí)的效果，提升學(xué)生關(guān)于《礦物材料》的整體性課程理解與學(xué)習(xí)。同時(shí)，設(shè)計(jì)相關(guān)的解決問(wèn)題模型，促進(jìn)學(xué)生思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，幫助學(xué)生鍛煉真正的能力。

《礦物材料》課程信息化改革主要圍繞以下四個(gè)具體方面進(jìn)行開(kāi)展。習(xí)，對(duì)于材料學(xué)科的相關(guān)知識(shí)連接較少，同時(shí)在課程之外，學(xué)生所能接觸的，耳濡目染的材料學(xué)知識(shí)也較少，如何才能在短期內(nèi)提升學(xué)生對(duì)于材料學(xué)知識(shí)的了解，建立相應(yīng)地材料學(xué)思維，便是該門(mén)課程是否能夠有效提升學(xué)生綜合素質(zhì)的關(guān)鍵進(jìn)出問(wèn)題。

在課程時(shí)間有限地情況下，學(xué)生不可能在短時(shí)間內(nèi)獲得全部的材料學(xué)相關(guān)知識(shí)，基于開(kāi)展與礦物材料重點(diǎn)屬性的歸屬顯得尤為重要。在此，我們通過(guò)院院聯(lián)合手段，將與礦物材料最為緊密的重點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行提取，給予學(xué)生以基礎(chǔ)性知識(shí)灌輸。同時(shí)，結(jié)合礦物材料的特點(diǎn)，列舉不同礦物的材料學(xué)特性。此外，結(jié)合目前已經(jīng)得到實(shí)用的礦物材料反向激發(fā)學(xué)生課后自我學(xué)習(xí)。同時(shí)，在此處要重點(diǎn)進(jìn)行線上課程的建設(shè)，因?yàn)楝F(xiàn)代屬于信息爆炸時(shí)代，學(xué)生具有較多的電子設(shè)備伴隨，便于學(xué)生隨時(shí)隨地開(kāi)展學(xué)習(xí)。而受限于課程課時(shí)的限制，若是僅僅在課堂上進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的普及，并不能有效地夯實(shí)學(xué)生的基礎(chǔ)，為學(xué)生做出前瞻性預(yù)習(xí)，設(shè)計(jì)明確的預(yù)習(xí)主線。此外，結(jié)合材料學(xué)科中相關(guān)的晶體學(xué)等方面的知識(shí)，為學(xué)生制備相應(yīng)地PPT視頻等線上觀看資源，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的視頻進(jìn)行綜合性材料學(xué)教育。此外，在學(xué)生線上的預(yù)習(xí)課程的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要注意基礎(chǔ)性問(wèn)題的提前設(shè)立，幫助學(xué)生鍛煉思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。同時(shí)，設(shè)立問(wèn)題信箱，提前將學(xué)生的問(wèn)題進(jìn)行收集，根據(jù)學(xué)生的問(wèn)題，進(jìn)一步進(jìn)行課堂教育的反哺，形成良好的線上線下循環(huán)系統(tǒng)。

圖1 材料基礎(chǔ)薄弱解決思路圖

1 學(xué)生的材料學(xué)基礎(chǔ)薄弱的問(wèn)題-線上快速增強(qiáng)學(xué)生材料學(xué)等相關(guān)課程重點(diǎn)知識(shí)儲(chǔ)備

礦物加工專業(yè)的學(xué)生本科階段較多地進(jìn)行工程類學(xué)科的學(xué)

2 礦物加工技術(shù)如何融入礦物材料的問(wèn)題-礦物加工技術(shù)與材料加工技術(shù)融合

礦物加工外延性課程-《礦物材料》授課時(shí)間安排到第6學(xué)期，學(xué)生已經(jīng)提前儲(chǔ)備了有關(guān)礦物加工技術(shù)方面的知識(shí)，但學(xué)生并不明晰礦物加工技術(shù)與材料的性質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)，如何梳理礦物加工技術(shù)及材料加工技術(shù)的不同，建立專業(yè)技術(shù)與材料特色之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)便是問(wèn)題所在。

前期學(xué)生對(duì)于礦物加工技術(shù)已經(jīng)開(kāi)展了部分學(xué)習(xí)，包括浮選，磁選，重選等礦物加工工藝。然而該類技術(shù)卻與材料加工技術(shù)具有明顯地不同，主要是其所針對(duì)的對(duì)象不同，所研究的方法也有所不同。首先，要進(jìn)行不同技術(shù)之間的對(duì)比，來(lái)讓學(xué)生明白材料加工技術(shù)的關(guān)鍵所在，同時(shí)根據(jù)所獲得礦物材料的基礎(chǔ)性能對(duì)于礦物材料進(jìn)行定點(diǎn)定向的擇選。

在線下的教育教學(xué)過(guò)程中，要注意學(xué)習(xí)明晰礦物材料課程和學(xué)生之前學(xué)習(xí)的礦物加工課程的中的技術(shù)特點(diǎn)的不同，為學(xué)生自主的查重存異，找出共性關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)之間的貫通，為學(xué)生前期知識(shí)點(diǎn)回顧做好回顧，同時(shí)進(jìn)一步查找出該加工技術(shù)點(diǎn)的不同，結(jié)合加工過(guò)程信息化自動(dòng)控制，以及相關(guān)的大數(shù)據(jù)，為學(xué)生找出該部分的不同，進(jìn)一步深化該部分的研究。線下的課程教育要結(jié)合課程PPT信息化的建立。與此同時(shí)，積極利用現(xiàn)代化通訊技術(shù)，邀請(qǐng)校外名師為學(xué)生進(jìn)行課堂部分知識(shí)點(diǎn)的降解，而授課老師則在課堂上，為學(xué)生提供相應(yīng)的問(wèn)題的補(bǔ)充，從而達(dá)到最后的共贏的效果。

圖2 技術(shù)溝通教育教學(xué)思路

3 課本學(xué)習(xí)單調(diào)以及教學(xué)模式單調(diào)問(wèn)題-豐富課堂教學(xué)特色，增強(qiáng)課外教育

傳統(tǒng)的礦物材料課程教學(xué)內(nèi)容，較多的局限于課本內(nèi)的知識(shí)，課堂氣氛難以得到有效地活躍，學(xué)生學(xué)習(xí)激情不足，不利于學(xué)生課堂知識(shí)地汲取，而單純地多媒體教育過(guò)程中，學(xué)生不能夠有效地對(duì)于PPT內(nèi)容產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)效應(yīng)。此外，相比于純理論性學(xué)科，該專業(yè)的礦物材料的課程需要和實(shí)際具有較多的聯(lián)系，因此，如何解決單一的課堂教育以及課本教育便成為該課程改革的課堂問(wèn)題所在。

增強(qiáng)課堂的豐富性教學(xué)一直以來(lái)都是現(xiàn)代教學(xué)的重點(diǎn)，結(jié)合湖南省礦物之鄉(xiāng)的發(fā)展特色，開(kāi)展課堂之外的教學(xué)尤為重要。在課堂上為學(xué)生建立相應(yīng)的礦物材料概念，在課后為學(xué)生不知相關(guān)的礦物材料思索。同時(shí)組建課程小團(tuán)隊(duì)，將班級(jí)內(nèi)部同學(xué)分為若干同學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行湖南省地質(zhì)博物館參觀，并進(jìn)行PPT制作，隨后在課堂講解各自的發(fā)現(xiàn)以及對(duì)于相關(guān)材料的創(chuàng)新性思考。

線下實(shí)踐教育是礦物材料課程建設(shè)的重要一環(huán)，有利于學(xué)生在對(duì)于相關(guān)材料認(rèn)識(shí)度的加深，同時(shí)快速增強(qiáng)學(xué)生有關(guān)方面的信息化收集，夯實(shí)學(xué)生的課堂所學(xué)知識(shí)，與實(shí)踐教育形成機(jī)密的連接。在此處，老師應(yīng)該從學(xué)生的角度出發(fā)，選擇具有信息化豐度的場(chǎng)地，能夠在短時(shí)間形成教學(xué)信息的匯總。同時(shí)，幫助學(xué)生理解其中的科技問(wèn)題，將線下教育的深度及全面性進(jìn)一步加深。此外，在實(shí)踐教育之后，要為學(xué)生創(chuàng)立相應(yīng)的科學(xué)問(wèn)題讓學(xué)生進(jìn)一步深入思考，學(xué)會(huì)利用所學(xué)知識(shí)進(jìn)一步解決問(wèn)題。

圖3 線下信息化教育思路

4 可持續(xù)性教育不足問(wèn)題-增強(qiáng)可持續(xù)性教育效果

礦物材料作為一門(mén)交叉性學(xué)科，雖然會(huì)引起部分學(xué)生的課堂注意。但是，學(xué)生對(duì)于課后的學(xué)習(xí)，以及課程結(jié)束后的主動(dòng)學(xué)習(xí)動(dòng)力不足。目前的教育難以起到“授人以漁”的教學(xué)目的。因此增強(qiáng)學(xué)生的課后學(xué)習(xí)動(dòng)力，提高學(xué)生對(duì)于課程的興趣點(diǎn)，是踐行可持續(xù)性性學(xué)習(xí)的目標(biāo)。因此，可持續(xù)性教育不足的問(wèn)題是該課程所教授的知識(shí)未來(lái)是否能夠得到有效運(yùn)用的保障所在。

可持續(xù)教育教學(xué)一直以來(lái)是困擾現(xiàn)代教師的教育困境。重中之重，便是要在課程教育的過(guò)程讓學(xué)生明白現(xiàn)代的課程與自己未來(lái)的發(fā)展具有哪些內(nèi)在關(guān)聯(lián)，向?qū)W生灌輸該課程以后的輻射范圍。同時(shí)，結(jié)合學(xué)生未來(lái)的就業(yè)意向，明晰該課程的重要性。此外，在該課程中要重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。以后在相關(guān)的工作中可以有進(jìn)一步的發(fā)展。此外，進(jìn)行相關(guān)網(wǎng)課的制備，促使學(xué)生持久性的溫故學(xué)習(xí)。

溫故而知新，如何使學(xué)生所學(xué)的知識(shí)在其腦海中固定下來(lái)，促使學(xué)生經(jīng)?；叵肫鹚鶎W(xué)的知識(shí)，才能最終促使學(xué)生所學(xué)的知識(shí)得到升華。目前，采用線上輻射性教育教學(xué)的方法，方能促使學(xué)生的知識(shí)更穩(wěn)牢固。利用線上信息資源，幫助學(xué)生設(shè)立不同溫故復(fù)習(xí)策略，同時(shí)幫助學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通到日常生活的領(lǐng)域之中。例如，為學(xué)生設(shè)立通關(guān)答題挑戰(zhàn)緩解，通關(guān)成功者給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)，幫助提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。同時(shí)，按時(shí)進(jìn)行循環(huán)式思考復(fù)習(xí)方法，增強(qiáng)學(xué)生腦海中的基礎(chǔ)知識(shí)的穩(wěn)定性。

圖4 持續(xù)性教育教學(xué)思維

總的來(lái)說(shuō)，開(kāi)展《礦物材料》課程的信息化研究，有力于快速增強(qiáng)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，微課堂的授課提供更加良好的基礎(chǔ)。利用信息資源對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)的快速集成，形成具有一定信息豐度的線上預(yù)習(xí)型課程，進(jìn)一步將課堂教育與信息化教育相結(jié)合形成空中云課堂，幫助學(xué)生理解所學(xué)知識(shí)，同時(shí)利用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行具體的問(wèn)題解析以及分析。最后，采用線上輻射性教育教學(xué)模式，督促學(xué)生進(jìn)行溫故而知新。最終，將礦物材料課程進(jìn)行有效地信息化教育教學(xué)改革，提升課堂教育教學(xué)效果。