礦業(yè)特色研究生課程案例庫建設(shè)與教學(xué)實(shí)踐
——以“試驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”為例

廖寅飛

（中國礦業(yè)大學(xué)化工學(xué)院 江蘇 徐州 221116）

為推進(jìn)新時代研究生教育高質(zhì)量發(fā)展，2020 年9 月，國家發(fā)布了《關(guān)于加快新時代研究生教育改革發(fā)展的意見》，開啟了新時代研究生教育發(fā)展新篇章[1]。近年來，許多高校以提高研究生課堂教學(xué)質(zhì)量為抓手，提升研究生教育質(zhì)量，根據(jù)課程性質(zhì)和特點(diǎn)，嘗試探索了許多新的教學(xué)方法，例如案例教學(xué)、引導(dǎo)式教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂等，獲得了良好的教學(xué)效果，其中案例教學(xué)在研究生課題教學(xué)改革中得到了廣泛應(yīng)用[2-3]。

案例教學(xué)是一種以學(xué)生為中心、以案例為基礎(chǔ)，通過呈現(xiàn)案例情境將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，從而掌握理論、形成觀點(diǎn)、提高能力的教學(xué)方式[4]，其中案例庫建設(shè)是案例教學(xué)的核心環(huán)節(jié)。礦業(yè)工程學(xué)科是中國礦業(yè)大學(xué)的優(yōu)勢學(xué)科，在第三、第四和第五輪學(xué)科評估中均評為A+。試驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理是礦業(yè)工程下屬二級學(xué)科礦物加工工程專業(yè)的研究生課程，是培養(yǎng)學(xué)生思考和解決科學(xué)研究問題的能力的一個很重要的環(huán)節(jié)，因此，迫切需要建設(shè)具有礦業(yè)特色“試驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”研究生課程案例庫并開展案例教學(xué)實(shí)踐，推動礦物加工工程專業(yè)研究生教育教學(xué)改革，提升礦物加工工程專業(yè)研究生培養(yǎng)質(zhì)量。

1 “試驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”教學(xué)現(xiàn)狀

“試驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”課程主要運(yùn)用概率論和數(shù)理統(tǒng)計的理論及方法指導(dǎo)科學(xué)試驗(yàn)設(shè)計、試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計分析，具有數(shù)學(xué)類課程高度抽象性、極強(qiáng)的邏輯性和學(xué)習(xí)任務(wù)枯燥性等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的教學(xué)方式以教師講授為中心，教學(xué)模式單一。在能力培養(yǎng)方面，對科研應(yīng)用環(huán)節(jié)重視不夠；在教學(xué)內(nèi)容方面，多強(qiáng)調(diào)理論知識，知識與礦業(yè)工程學(xué)科實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系不夠，使學(xué)生對“試驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”課程學(xué)習(xí)失去了興趣?！霸囼?yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”課程的教學(xué)對象主要是礦物加工工程專業(yè)的碩博士研究生，目的是用于各自學(xué)位論文研究和科研項(xiàng)目試驗(yàn)工作，試驗(yàn)設(shè)計方法和數(shù)據(jù)處理手段的缺乏會嚴(yán)重影響具體科研工作的有效開展。為此，在“試驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”課程教學(xué)中，如何將課程知識點(diǎn)和礦物加工工程專業(yè)科研實(shí)踐相結(jié)合，積極調(diào)動學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)興趣和主動性，變被動為主動，培養(yǎng)正確的學(xué)習(xí)方法和思維方式，提高學(xué)生利用理論知識分析解決礦物加工工程領(lǐng)域復(fù)雜問題的能力，是“試驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”課程教學(xué)改革的重要目標(biāo)和方向。

2 “試驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”案例庫建設(shè)思路

案例教學(xué)法是教師根據(jù)教學(xué)目的的需要，以真實(shí)的事件（案例）作為教學(xué)材料，將學(xué)生引入一個特定的情景中，通過剖析、討論等方式，培養(yǎng)學(xué)生澄清、分析和解決問題的能力[5]。案例庫的建設(shè)可以將零散的教學(xué)案例資源整合，為核心課程的教學(xué)形成資料齊全、使用便捷的教學(xué)案例?！霸囼?yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”案例庫建設(shè)將以中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程一流學(xué)科科研試驗(yàn)和實(shí)際工程問題為導(dǎo)向，借助與學(xué)生專業(yè)背景密切相關(guān)的典型案例引導(dǎo)他們積極思考，主動探尋課程知識點(diǎn)與實(shí)際問題之間的聯(lián)系。授課教師可以利用中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程一流學(xué)科高水平科研成果不斷更新教學(xué)內(nèi)容，可搭建“以學(xué)習(xí)為中心”的個性化學(xué)習(xí)環(huán)境，以案例教學(xué)為基礎(chǔ)，提取礦業(yè)學(xué)科科研試驗(yàn)或工程實(shí)踐問題個案，打造學(xué)生可以自主學(xué)習(xí)的實(shí)際案例，建立開放性的學(xué)習(xí)平臺，養(yǎng)學(xué)生自主獲取知識和資源的能力。因此，建設(shè)具有礦業(yè)特色的課程案例庫并開展案例教學(xué)實(shí)踐是提升礦業(yè)工程學(xué)科“試驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”研究生課程教學(xué)質(zhì)量的重要途徑。

3 “試驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”案例庫的建設(shè)實(shí)踐

3.1 案例篩選

在案例篩選過程中，堅(jiān)持了以下幾方面的原則：①典型性原則。根據(jù)“試驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”課程教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，使教學(xué)案例能夠有效覆蓋課程教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，同時堅(jiān)持礦業(yè)特色，從國家重大科技項(xiàng)目和礦業(yè)生產(chǎn)一線選取能夠代表當(dāng)前礦業(yè)科技潮流和未來發(fā)展方向的典型案例，例如低品質(zhì)煤精深分離，煤系戰(zhàn)略金屬提取和高效干法分選技術(shù)等。②關(guān)聯(lián)性原則。教學(xué)案例要與課程知識點(diǎn)緊密關(guān)聯(lián)，能夠有助于學(xué)生通過案例的學(xué)習(xí)加深對知識點(diǎn)之間聯(lián)系的理解，同時優(yōu)先考慮從學(xué)生自身參與的科研項(xiàng)目中篩選，使案例、知識點(diǎn)和學(xué)生基礎(chǔ)之間能夠高效融會貫通；③啟發(fā)性原則。教學(xué)案例要注重“試驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”理論知識與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合，能夠引導(dǎo)學(xué)生主動將理論知識應(yīng)用于實(shí)際工程場景，提高學(xué)生應(yīng)用理論知識解決復(fù)雜工程問題的能力；④互動性原則。教學(xué)案例要突出內(nèi)容的形象化和可讀易懂性，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)課程知識點(diǎn)和案例的興趣，同時通過案例結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)置研討互動環(huán)節(jié)，提高教學(xué)過程師生互動效果?；谏鲜鏊膫€基本原則構(gòu)建了以典型性、關(guān)聯(lián)性、啟發(fā)性和互動性為標(biāo)準(zhǔn)的礦業(yè)特色“試驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”案例庫案例篩選體系。

3.2 案例收集

進(jìn)行案例收集，圍繞教學(xué)內(nèi)容，搜集國內(nèi)外相關(guān)書籍文獻(xiàn)、礦山企業(yè)和科研課題資料，尋找礦業(yè)科學(xué)研究和工程實(shí)踐中的熱點(diǎn)問題，保證收集的案例內(nèi)容恰當(dāng)，與礦業(yè)工程學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域密切相關(guān)，體現(xiàn)礦業(yè)學(xué)科的特色，便于通過案例啟發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)探究，同時與專業(yè)實(shí)踐緊密結(jié)合，能夠進(jìn)行互動交流和案例情景體驗(yàn)。例如，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計方法章節(jié)，結(jié)合課程思政元素，面向國家戰(zhàn)略和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，以戰(zhàn)略性金屬富集提取為切入點(diǎn)，收集離子印跡修飾柿皮生物質(zhì)選擇性富集鎵作為典型案例。首先案例引言介紹鎵金屬的作用和提取現(xiàn)狀。鎵是一種戰(zhàn)略性稀有金屬，已成為國防、航空航天、制藥、通信和電子等領(lǐng)域新技術(shù)發(fā)展的重要支撐材料。然而，不存在可開采的鎵礦石，鎵金屬主要作為其他礦物的副產(chǎn)品生成。鎵的低品位及其在礦石（如鋁土礦和鉛鋅礦）中的分散分布降低了鎵的富集水平和提取效率。其次案例研究思路以富含單寧的廢柿子皮為原料，利用柿單寧作為功能單體，以戊二醛為交聯(lián)劑，采用離子印跡技術(shù)對柿子皮表面進(jìn)行改性，獲得了一種低成本、高選擇性的定向鎵吸附劑。然后案例實(shí)驗(yàn)設(shè)計部分采用單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計法，考察了交聯(lián)劑用量、溶劑類型、模板離子用量、交聯(lián)時間、交聯(lián)溫度等制備條件對鎵吸附劑的吸附性能的影響，在保持其他因素不變的情況下，每次只改變一個因素，并逐一達(dá)到每個因素的最佳值。通過單因素實(shí)驗(yàn)確定交聯(lián)劑用量，溶劑類型，鎵(Ⅲ)投加量，交聯(lián)時間這4 個因素對離子印跡聚合物合成影響較大，為進(jìn)一步優(yōu)化制備工藝，設(shè)計了4 因素3 水平正交實(shí)驗(yàn)，考查因素之間的交互作用并得到最佳的試驗(yàn)條件組合。最后設(shè)置了思考與研討，讓學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識鎵富集提取的重要性，同時加深對單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計法和正交試驗(yàn)設(shè)計法的理解。

3.3 案例制作

對案例素材進(jìn)行深度研究，做好素材的優(yōu)化整合工作，建立素材庫，形成模塊，積極采用現(xiàn)代技術(shù)手段，精心制作圖文并茂、內(nèi)容翔實(shí)、結(jié)構(gòu)合理的多媒體教學(xué)案例。在制作過程中，采用問題導(dǎo)向思路進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，每個案例都包括案例名稱、教學(xué)目的、案例背景、案例內(nèi)容、互動思考和案例總結(jié)等基本要素，同時通過文字、圖表、動畫和視頻等多種形式展現(xiàn)案例。例如，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理章節(jié)，設(shè)計制作了復(fù)雜激勵彈性篩面運(yùn)動特性研究案例。該案例的教學(xué)目的是使學(xué)生了解試驗(yàn)誤差的分析方法，理解試驗(yàn)指標(biāo)的分類和選取規(guī)則，同時掌握利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制圖表的方法并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。該案例背景以中國能源結(jié)構(gòu)少氣、貧油、富煤，目前正處于能源低碳轉(zhuǎn)型的重要時期，篩分是實(shí)現(xiàn)煤炭分選提質(zhì)高效清潔利用的關(guān)鍵技術(shù)作為切入點(diǎn)，提出案例主題“復(fù)雜激勵彈性篩面運(yùn)動特性研究”。該案例內(nèi)容采用文字、圖表和動畫等表現(xiàn)形式，通過多媒體課件制作，詳細(xì)分析了穩(wěn)定階段篩面運(yùn)動特性，不同附加激勵條件下彈性篩分效果對比，以及篩面傾角、激振方向角、激振力和給料速率對篩分效果的影響，同時對實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論進(jìn)行了歸納小結(jié)，解釋不同因素影響篩分效率的作用機(jī)理。該案例互動思考部分設(shè)置了如何選取篩分評價指標(biāo)和如何進(jìn)行復(fù)雜激勵彈性篩面結(jié)構(gòu)優(yōu)化等啟發(fā)性問題，同時案例總結(jié)部分梳理了案例涉及的主要知識點(diǎn)、重點(diǎn)和難點(diǎn)，使學(xué)生更好地進(jìn)行回顧和總結(jié)。

4 案例庫教學(xué)效果與持續(xù)改進(jìn)

目前已初步建成一套礦業(yè)特色“試驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”研究生課程案例庫。采用良好的教學(xué)模式是發(fā)揮該案例庫最大功能的重要手段，因此需要基于案例庫特點(diǎn)選擇合適的教學(xué)方法。在實(shí)際教學(xué)過程中，首先在課堂教學(xué)前選擇一些學(xué)生感興趣且在礦物加工工程專業(yè)科研和實(shí)踐中常見的案例，設(shè)置一些情境問題，激發(fā)學(xué)生對“試驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”課程學(xué)習(xí)的熱情；然后在課堂教學(xué)時注重案例的導(dǎo)入方式，留出時間和空間讓學(xué)生分析案例問題解決的過程方法，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)和掌握案例包含的知識技能；最后加強(qiáng)研討和復(fù)習(xí)鞏固，啟發(fā)學(xué)生全面思考問題，探究知識點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，建立起完善的知識體系，發(fā)揮案例教學(xué)的最大功效。另外，為了客觀了解案例庫的應(yīng)用效果，制作了“試驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理案例庫調(diào)查問卷”。該調(diào)查問卷評價涵蓋7 個評價內(nèi)容，即“具有礦業(yè)特色”“能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣”“具有啟發(fā)性”“有利于掌握知識點(diǎn)”“有利于培養(yǎng)分析解決問題能力”“有利于培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力”和“有利于增強(qiáng)礦物加工工程專業(yè)認(rèn)同感”，每個評價內(nèi)容分為優(yōu)、良、中、差四個等級。在實(shí)施案例教學(xué)后發(fā)放調(diào)查問卷并回收統(tǒng)計，對案例教學(xué)實(shí)踐的效果和問題進(jìn)行分析。本次調(diào)查共發(fā)放問卷66 份，回收問卷66 份。在此問卷調(diào)查中，7 個評價內(nèi)容的“優(yōu)”占比都超過了89%，其中“有利于增強(qiáng)對礦業(yè)專業(yè)認(rèn)同感”這個評價內(nèi)容的“優(yōu)”占比最低，最終“優(yōu)”占比95.85%，“良”占比4.36%，“中”占比0.69%。調(diào)查結(jié)果表明，案例教學(xué)有利于激發(fā)學(xué)生對“試驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”課程的興趣和學(xué)習(xí)主動性，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，同時可以加深學(xué)生對知識點(diǎn)的理解和掌握，提高學(xué)生分析解決礦物加工領(lǐng)域復(fù)雜問題的能力和培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，取得了良好效果，但也可以看出“試驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”案例教學(xué)對學(xué)生增強(qiáng)礦物加工工程專業(yè)認(rèn)同感的作用相對較差，后續(xù)可以進(jìn)一步加強(qiáng)課程思政元素設(shè)計，提升學(xué)生對礦物加工工程這一艱苦專業(yè)的歸屬感和強(qiáng)化學(xué)生服務(wù)國家綠色礦山發(fā)展的堅(jiān)定信念。

5 結(jié)論

新時代對研究生教育和人才培養(yǎng)提出了新要求和新目標(biāo)，加快研究生課程教學(xué)改革和實(shí)踐勢在必行。本文針對礦物加工工程專業(yè)“試驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”研究生課程的教學(xué)現(xiàn)狀和問題，以礦業(yè)工程一流學(xué)科高水平科研成果快速轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源為導(dǎo)向，開展高質(zhì)量發(fā)展背景下礦業(yè)特色“試驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”研究生課程案例庫建設(shè)與案例教學(xué)，激發(fā)研究生對“試驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理”課程的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生獨(dú)立思考、分析問題、解決問題的綜合能力，顯著提高了課程教學(xué)效果，為高質(zhì)量發(fā)展背景下拔尖創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提供參考。