新工科背景下巖礦類課程的教學改革探索

羅龍，譚先鋒，瞿雪姣，高儇博，王佳

（重慶科技學院 石油與天然氣工程學院，重慶）

一 引言

隨著科學技術(shù)進步和全球經(jīng)濟時代的到來，人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)革新已滲透到各個領(lǐng)域，對傳統(tǒng)的技術(shù)產(chǎn)業(yè)和專業(yè)人才提出了新的要求，因此，新工科建設(shè)是專業(yè)改革的必然趨勢[1]。油氣勘探行業(yè)是一個傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，為了滿足智慧化建設(shè)需求，急需以新工科建設(shè)為引領(lǐng)改革升級[2]。作為專業(yè)培養(yǎng)油氣地質(zhì)勘探人才的資源勘查工程專業(yè)，必須順應(yīng)時代的發(fā)展，更新專業(yè)建設(shè)發(fā)展思路，完成專業(yè)的改造升級[2]。巖礦鑒定分析能力是油氣勘探工作和資源勘查工程專業(yè)人才的核心能力之一，主要通過《結(jié)晶學與礦物學》《晶體光學與結(jié)晶巖石學》《沉積巖石學》等“巖礦類”課程的訓練來實現(xiàn)，其中《晶體光學與結(jié)晶巖石學》是培養(yǎng)巖礦鑒定分析能力的核心課程[3-5]。

二 實踐教學現(xiàn)狀

《晶體光學與結(jié)晶巖石學》是專業(yè)基礎(chǔ)必修課，也是后續(xù)核心專業(yè)課程《沉積巖石學》和《石油地質(zhì)學》學習的重要先導(dǎo)課程，源勘查工程專業(yè)最難的課程之一，該課程教學改革與實踐過程存在的主要問題如下：

（一） 傳統(tǒng)教學內(nèi)容、方法和考核方式影響知識向能力轉(zhuǎn)化

課程教學內(nèi)容嚴格按照教材內(nèi)容和教學大綱執(zhí)行，沒有緊密結(jié)合學科發(fā)展的趨勢和前沿，沒有將探索性和交叉學科的研究充實到教學設(shè)計中，比如知識體系陳舊、融入現(xiàn)代信息技術(shù)與大數(shù)據(jù)、結(jié)合人工智能等最新科技成果不夠；沒有對授課環(huán)節(jié)進行有效規(guī)劃與創(chuàng)新整理，制約如何加快知識向能力轉(zhuǎn)化，是大學教學研究面臨的重大問題。傳統(tǒng)的課堂教學和實踐訓練相互分離，先理論課再實驗課，流水線式教學模式很難打通知識與能力之間的界面障礙。傳統(tǒng)考核方式不利于學生對理論知識的應(yīng)用，制約了知識向能力轉(zhuǎn)化，難以促進學生能力目標培養(yǎng)[6]。

（二） 教學對象參與度不高，學生學習興趣不高

“以學生為中心的”教育理念，是全面提高中國高等教育質(zhì)量的必由之路，因此，問學生志趣變方法，創(chuàng)新工程教育方式與手段是新工科建設(shè)的重要行動之一。在信息化和智能化等新時代背景下，傳統(tǒng)教學和考核方式忽略了教育對象的參與度，忽視了學生學習目標的驅(qū)動力，無法激發(fā)學生的學習興趣和動力，導(dǎo)致目前學生在教學過程中參與度低，導(dǎo)致學生學習熱情和積極性不高[6]。

（三） 理論和實驗課內(nèi)容多且跨度大，學習難度較大

該課程對理論知識和實踐能力均具有較高要求，要求理論與實踐相結(jié)合，導(dǎo)致學習難度較大。該課程由原來的《晶體光學》和《巖漿巖和變質(zhì)巖》兩門課程合并而成，理論和實驗課存在內(nèi)容多、知識點跨度大、連貫性較差等特點，但課時相對較少，課程進度較快，學生學習難度較大。

（四） 學生學習效果欠佳，創(chuàng)新實踐能力不足

基于傳統(tǒng)教學內(nèi)容、方法和考核方式的局限性、學生學習興趣和難度等方面問題，導(dǎo)致該課程學習效果不理想，課程目標達成度偏低，部分學生創(chuàng)新實踐能力不能完全適應(yīng)油氣勘探工作。

三 教學改革與實踐

新工科“天大行動”之一：問學生志趣變方法，創(chuàng)新工程教育方式與手段，實際也是一種OBE 理念的目標驅(qū)動式教學改革[7]。OBE 理念是以教學結(jié)果和產(chǎn)出為導(dǎo)向的新型教學理論,聚焦學習后達到的目標,將傳統(tǒng)課堂以教師為中心的教學模式,轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W生需求為中心的模式[8]。因此，基于本課程存在的主要問題，本次教學改革與實踐從“問學生志趣變方法，創(chuàng)新工程教育方式與手段”為切入點，落實以學生為中心的理念，基于實踐教學現(xiàn)狀，通過問卷調(diào)查、文獻調(diào)研、資料收集和會議研討等手段分析國內(nèi)外石油企業(yè)油氣勘探的發(fā)展現(xiàn)狀和具體能力需求，結(jié)合《晶體光學與結(jié)晶巖石學》課程在油氣勘查工作中的能力支撐，系統(tǒng)總結(jié)新工科背景下《晶體光學與結(jié)晶巖石學》課程教學改革與實踐的目標方向。再以“探索建立工科發(fā)展新范式”“問產(chǎn)業(yè)需求建專業(yè)，構(gòu)建工科專業(yè)新結(jié)構(gòu)”“問技術(shù)發(fā)展改內(nèi)容，更新工程人才知識體系”等行動方向為導(dǎo)向?qū)υ撜n程進行教學內(nèi)容、授課計劃、教學方式和考核方式進行改革和實踐，并建立一套有效的系統(tǒng)評價體系進行動態(tài)調(diào)整，真正培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的創(chuàng)新實踐能力（圖1）。

圖1 研究技術(shù)路線圖

（一） 課程知識能力需求調(diào)研分析，融入思政教育

通過問卷調(diào)查、文獻調(diào)研、資料收集和會議研討等手段充分調(diào)研總結(jié)國內(nèi)外油氣勘探過程中對巖礦類課程知識能力的需求，進一步明確課程培養(yǎng)目標?；谛袠I(yè)對專業(yè)和課程需求趨勢調(diào)研，結(jié)合國際形勢和國家發(fā)展態(tài)勢，堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，分析課程與思政教育的結(jié)合點，從課程-專業(yè)-行業(yè)- 國家不同層面加強思想政治教育，實現(xiàn)全程育人、全方位育人，提升學生學習興趣和動力。

（二） 優(yōu)化教學內(nèi)容和授課計劃，理論和實驗有機結(jié)合

教學內(nèi)容不能局限于教材，要結(jié)合學科發(fā)展趨勢和前沿研究熱點，尤其要將探索性和交叉學科的研究充實到教學設(shè)計中?；谟蜌饪碧焦ぷ骱蛯I(yè)競賽對課程知識能力需求，以科研內(nèi)容充實教學內(nèi)容、以科研平臺錘煉創(chuàng)新實踐、以科研成果凝練課程特色、以科研問題設(shè)計教學項目、以油氣勘探實踐建設(shè)典型案例等方式，重視科教融合和產(chǎn)教融合，培養(yǎng)學生的巖礦鑒定分析和地質(zhì)創(chuàng)新思維能力。另外，通過國內(nèi)外學術(shù)前沿成果和實踐經(jīng)驗改進、更新和完善教學內(nèi)容。

如何加快知識向能力轉(zhuǎn)化，是大學教學研究面臨的重大問題。傳統(tǒng)的課堂理論教學和實驗訓練相互分離，不利于促進知識向能力的轉(zhuǎn)化。調(diào)整理論課和實驗課的授課計劃，依托升級的“數(shù)碼互動偏光顯微鏡實驗室”和引入“偏光顯微鏡下未知礦物鑒定方法和自測虛擬仿真系統(tǒng)”的實驗設(shè)備和互動系統(tǒng)把理論內(nèi)容和實驗操作有機融合，學生可及時把理論知識應(yīng)用到實踐操作中，促進專業(yè)知識向?qū)I(yè)能力的轉(zhuǎn)化，強化學生巖礦鑒定操作能力。

（三） 改進傳統(tǒng)教學和考核方式，探索“學-賽-研”結(jié)合的教學考核方式

采用模型教具、3DMAX、PowerPoint 等工具研制交互式課件，融入動畫模型，充分利用建成的“翻轉(zhuǎn)課堂”教室，激發(fā)學生的主觀能動性和學習積極性，促進學生對知識的理解和掌握。另外，可依托實驗室和自測虛擬仿真系統(tǒng)增加學生互動和及時操作，及時提升學生巖礦鑒定操作能力。適當引入案例教學，引導(dǎo)學生把計算機和大數(shù)據(jù)等新技術(shù)應(yīng)用于巖礦鑒定和定量研究，在可加快理論知識向?qū)嵺`能力轉(zhuǎn)化，同時可以培養(yǎng)學生地質(zhì)創(chuàng)新思維能力。充分應(yīng)用慕課、微課等手段，建設(shè)新形勢下《晶體光學與結(jié)晶巖石學》的在線公開課程，學生可以自學、課后復(fù)習、練習和自測等，同時應(yīng)合理地對學生開放實驗室，學生可以課后自學和熟悉實驗操作，重點培養(yǎng)學生巖礦鑒定操作和系統(tǒng)分析能力。

傳統(tǒng)考核方式重點強調(diào)學生對課本理論知識的掌握及專業(yè)技能力，忽略了學生的應(yīng)用能力和創(chuàng)造性考核。本研究采用閉卷考試和開卷考試，傳統(tǒng)考試和非標考試相結(jié)合，閉卷考試以常規(guī)基礎(chǔ)理論知識考核為主，開卷考試以案例分析和非標考核為主。以科研項目和專業(yè)競賽題目為依托，鼓勵學生圍繞科學問題自主探索和實踐。引導(dǎo)本科生早進課題、早進實驗室、早進科研團隊，利用科研成果開設(shè)新的實驗項目，培養(yǎng)學生利用課程知識分析和解決問題的能力。引導(dǎo)學生積極了解和探索大數(shù)據(jù)和計算機技術(shù)在巖石礦物鑒定中的應(yīng)用趨勢，比如計算機和大數(shù)據(jù)分析在巖石礦物識別和定量計算方面的應(yīng)用，利用大數(shù)據(jù)分析和計算機軟件建模對巖石礦物組成進行空間預(yù)測，培訓學生的實踐和創(chuàng)新能力。探索“學- 賽- 研”相結(jié)合的教學考核方式，培養(yǎng)學生的“巖礦鑒定操作能力”“巖礦系統(tǒng)分析能力”和“地質(zhì)創(chuàng)新思維能力”。

（四） 建立系統(tǒng)的評價體系和動態(tài)調(diào)整機制

教學實踐改革是否有效，重點在于能力培養(yǎng)目標是否實現(xiàn)和是否能支撐油氣地質(zhì)勘探需求。在充分調(diào)研《晶體光學與結(jié)晶巖石學》課程目標在油氣勘探現(xiàn)場的應(yīng)用現(xiàn)狀，建立了一套新的課程評價體系，對評價結(jié)果要進行及時的反饋，綜合判別課程培養(yǎng)目標達成度是否達標，對不合理的環(huán)節(jié)要進行及時的更正，并及時調(diào)整相關(guān)的改革思路。評價方法可以分三個方面：

①課堂反應(yīng)和平時成績評價分析

關(guān)注學生課堂反應(yīng)，課后交流及時了解班級學生學習情況。另外，通過課堂練習和平時作業(yè)分析學生學習效果。通過課堂反應(yīng)和平時成績及時評價課程教學效果，對不合理的教學環(huán)節(jié)和方式進行及時的調(diào)整和修改。

②實驗操作和實驗報告評價分析

依托新建的“數(shù)碼互動偏光顯微鏡實驗室”的實驗設(shè)備和互動系統(tǒng)可以及時了解學生理論知識和實驗操作能力，結(jié)合實驗報告進一步評價學生的理論知識的實踐應(yīng)用能力。根據(jù)實驗操作和實驗報告評價分析結(jié)果，及時調(diào)整理論和實驗課程同步授課方式和計劃。

③案例分析和期末考試評價分析

本項目擬采用閉卷考試和開卷考試，閉卷考試以常規(guī)基礎(chǔ)理論知識考核為主，開卷考試以案例分析為主。通過期末試卷和案例分析報告的成績分析進行課程達成度計算和課程質(zhì)量分析，綜合評價課程教學效果，及時調(diào)整下學期的教學內(nèi)容、教學計劃和教學方法。

④后續(xù)課程和勘探現(xiàn)場跟蹤調(diào)研

首先，跟蹤調(diào)研后續(xù)“沉積巖石學”課程學習情況，分析本課程能力目標支撐情況，及時調(diào)整完善課程教學內(nèi)容和方式。另外，要利用工程教育認證環(huán)節(jié)，充分調(diào)研本課程在油氣勘探現(xiàn)場工作中的能力支撐情況，進一步完善本課程的教學和考核方式。

四 效果分析

在新工科建設(shè)背景下，通過教學改革創(chuàng)新，取得了較為顯著的成效：

①知識體系更加優(yōu)化，學習目標更明確，學習難度降低。②學習興趣明顯提高。③學習效果轉(zhuǎn)好，課程目標達成度明顯提高，學生在專業(yè)競賽中表現(xiàn)優(yōu)異，不斷獲得新突破，申請獲批多項科技創(chuàng)新項目。④改革創(chuàng)新成果具有延伸意義。