OBE理念下研究生課程“理論+案例+實踐”耦合模式的教學方法探索

王介良 曹釗 曹永丹 李沛

摘 要：表面物理化學課程是內(nèi)蒙古科技大學礦物加工工程專業(yè)研究生的必修基礎理論課程，為適應研究生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)需求，提出基于OBE理念的“理論+案例+實踐”耦合模式的教學方法改革探索。通過優(yōu)化理論教學內(nèi)容、引入教學案例對理論內(nèi)容進行具體化和形象化展示以及設置典型實驗研究教學模擬，激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生實驗與實踐能力，改善教學效果和教學質(zhì)量。從而培養(yǎng)學生獲取新知識的能力和發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力，促進學生創(chuàng)新意識的形成和創(chuàng)新能力的提高。

關鍵詞：OBE理念；表面物理化學；“理論+案例+實踐”耦合模式；教學改革

中圖分類號：G642.0

礦物加工工程是根據(jù)礦物性質(zhì)的差異，綜合運用物理、化學及物理化學等原理方法，對礦產(chǎn)資源進行分離、富集和提純加工以提取有用物料和綜合利用的學科［1］。礦物加工工程學科涉及包括能源礦產(chǎn)（煤炭、鈾等）、金屬礦產(chǎn)（鐵、銅、鉛、鋅、稀土等）、非金屬礦產(chǎn)（硫、鎂等）在內(nèi)的170余種礦產(chǎn)資源，關系到國計民生的各行各業(yè)。雖然我國礦產(chǎn)資源儲量豐富，但大多數(shù)礦山礦物品位低、嵌布粒度細，隨著礦產(chǎn)資源的開發(fā)與貧化，有用礦物的提取日益困難，我國礦產(chǎn)資源供應不足已成為制約國家經(jīng)濟發(fā)展的“瓶頸”。國家資源安全保障戰(zhàn)略，對先進礦物加工技術理論和高素質(zhì)人才的需求迫切，礦物加工技術人員不僅需要掌握基本的理論知識，又要具備解決礦物加工實踐中的技術難題，具備自主創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，這對礦物加工人才培養(yǎng)提出了更高的要求。

1 成果導向教育（OBE）理念的特點及研究現(xiàn)狀

OBE（Outcome-based Education）是一種以學生為主體的倡導以產(chǎn)出為驅(qū)動、以持續(xù)改進為保障的成果導向教育理念，也稱為產(chǎn)出導向教育，能力導向教育、目標導向教育或者需求導向教育［2-5］。其特點為：遵循反向設計、正向?qū)嵤┑脑瓌t，從需求開始，由需求決定培養(yǎng)目標，由培養(yǎng)目標決定畢業(yè)要求，由畢業(yè)要求決定課程體系［6］。

不同于“老師教什么，學生學什么”的傳統(tǒng)教育模式，OBE理念強調(diào)“學生需要什么，老師教什么”，采用逆向思維的方式進行課程體系的建設，以學生為中心配置教育資源、構(gòu)建課程體系、實施課程教學。目前該理念已成為一種特點鮮明的專業(yè)教育體系化理念和實踐行動框架［7］。近年來，OBE模式在我國本科教學中得到了迅速發(fā)展。顧佩華系統(tǒng)闡述了OBE工程教育模式概念及教育實踐架構(gòu)、實施特點、實施重點、實施特色以及遇到的困難，為廣大教育工作者以OBE工程教育模式，制定教育教學方案提供借鑒［8］；禹柳飛在OBE工程教育理念的指導下，提出了校企協(xié)同“基礎+綜合+提高”的嵌入式系統(tǒng)人才培養(yǎng)新模式，構(gòu)建了協(xié)同育人理論與實踐課程教學體系，提高學生解決復雜工程問題能力的教學目標［9］；薛占璞通過OBE理念實施多課程融合的綜合性教學模式，將學習成果用于科學研究過程，將科研創(chuàng)新的過程貫穿于專業(yè)基礎教學，全面培養(yǎng)學生專業(yè)知識實踐能力、工程能力以及創(chuàng)新能力［10］。宋雯基于OBE理念，將“課程思政”融入《物理化學》課程教學目標，挖掘“課程思政”元素，改革“課程思政”方式，從而激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生愛國主義精神與民族自豪感，盡可能實現(xiàn)專業(yè)理論課程的價值滲透與價值引領［7］。

經(jīng)過多年的探索與實踐，OBE模式已經(jīng)形成了較為完善的教育模型，在礦物加工工程專業(yè)領域廣泛應用。韓海生基于OBE理念，提出礦物加工卓越拔尖人才培養(yǎng)模式探索［11］；張小偉以礦物加工工程專業(yè)課程“碎礦與磨礦”為例，闡述了基于OBE的課程實踐化過程［12］；康華基于OBE理念從課程體系的設計思路、課程體系的設置、課程體系的持續(xù)改進三個方面闡述了礦物加工工程專業(yè)課程體系的建設過程，保障學生畢業(yè)要求的達成和人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)［13］；劉淑鵬闡述了基于OBE理念的“選礦概論”課程實踐化教學目標，進行課程實踐化設計，并評價課程實踐化設計目標達成情況［14］。但這種教育模式在研究生教育和課程建設方面仍處于探索起步階段［15，16］，為培養(yǎng)基礎理論知識扎實、工程實踐本領過硬、自主創(chuàng)新能力強的高素質(zhì)礦物加工技術人員，需積極探索基于OBE理念的礦物加工研究生能力培養(yǎng)模式。

2 目前研究生表面物理化學課程教學過程中存在的問題

表面物理化學課程是內(nèi)蒙古科技大學礦物加工工程學科研究生的專業(yè)必修基礎理論課程，課程內(nèi)容包括浮選基本原理、浮選溶液化學、浮選電化學及浮選藥劑結(jié)構(gòu)與性能分析等四個部分，共計48個學時。該課程教學目標是使學生掌握從事礦物加工工程科學研究所需的物理化學基礎知識和基本原理，并應用到科學研究和實踐中。

該表面物理化學課程內(nèi)容設置偏理論講授，涉及理論創(chuàng)新思考與應用的內(nèi)容較少。隨著我校礦物加工學科的發(fā)展，目前該課程設置已經(jīng)不能滿足培養(yǎng)理論與應用能力強的礦物加工工程研究生這一目標的需求。而且目前該課程采用理論講授的教學模式，“老師教什么，學生學什么”，對于沒有物理化學基礎的研究生來講，對純理論知識的接受能力不強，主動吸收知識的意識差。且這種知識單向傳播的填鴨式教學方法導致學生思維方式僵化，不利于學生創(chuàng)新思維與能力的培養(yǎng)。從教學效果來看，存在學生學習熱情不高、參與度低和教學效果不佳的問題，應進行教學方法和模式改革。

本文結(jié)合國家資源安全戰(zhàn)略需求、新工科背景，根據(jù)國家研究生課程建設文件精神［17］，針對礦物加工工程研究生表面物理化學課程教學和科研實踐環(huán)節(jié)聯(lián)系不緊密以及創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和理論應用實踐能力等總體偏弱的問題［18］，基于OBE教學理念，立足礦物加工工程特色和行業(yè)對研究生創(chuàng)新能力和工程實踐能力要求，通過“理論+案例+實踐”耦合的教學模式創(chuàng)新，對該課程教學方法進行改革和探索。

礦物加工過程中涉及界面化學的研究熱點和難點等，使學生掌握從事科學研究所需物理化學的基礎知識，圍繞當前國家資源安全、資源與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，探討如何利用界面化學知識實現(xiàn)礦產(chǎn)資源的高效分選。

3 “理論+案例+實踐”耦合模式的教學方法及意義

3.1 理論教學內(nèi)容的優(yōu)化

隨著礦物加工工程專業(yè)的學科建設與發(fā)展，目前，內(nèi)蒙古科技大學礦物加工工程專業(yè)研究生培養(yǎng)包括復雜礦產(chǎn)資源分選工藝與理論和礦產(chǎn)資源綠色高效綜合利用兩個大的研究方向，涉及礦物加工理論與技術、資源與環(huán)境微生物技術、難選礦產(chǎn)資源高效分選綜合回收與利用技術等方面。重點圍繞白云鄂博稀土、鈮、鐵及螢石共伴生礦及選后尾礦，展開礦物晶體化學特征與分選行為研究，開發(fā)白云鄂博共伴生礦有價元素高效清潔分離選礦技術。

然而，目前表面物理化學課程教學內(nèi)容主要涉及礦物浮選理論方面，浮選基本原理、浮選溶液化學、浮選電化學及浮選藥劑結(jié)構(gòu)與性能分析等四個部分的研究內(nèi)容已經(jīng)不能適應學科發(fā)展需求。因此，擬將該課程教學內(nèi)容整合優(yōu)化為浮選基本原理、浮選晶體化學/溶液化學/電化學、浮選藥劑構(gòu)效關系及浮選表面測試方法與應用五個部分。優(yōu)化后，該課程中添加了浮選晶體化學和表面測試方法與應用部分，浮選晶體化學是近年來礦物加工工程專業(yè)研究的熱點［19］，從礦物晶體和表界面結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)、價鍵特征等微觀方面對浮選過程機理進行探究，有利于加深學生對浮選本質(zhì)原理的認識與理解；表面測試方法與應用則是從礦物加工過程中表界面反應及產(chǎn)物的表征為切入點，定性定量分析藥劑與礦物之間的作用原理，同時，表面測試方法與應用也是研究生論文發(fā)表必須要掌握的研究手段，結(jié)合表面測試方法與應用部分講授，可以對浮選理論進行豐富補充。通過課程優(yōu)化，礦物加工工程專業(yè)研究生可以更加深入理解表面物理化學性質(zhì)與浮選之間的關系，掌握更全面的理論知識和分析表征方法，為解決礦物加工工程實踐問題，提高分析、解決問題的能力做好知識儲備。

3.2 案例引入教學方案的設計

在該課程授課過程中，通過引入包含主要知識點的實際工程案例或者科學研究成果案例，激發(fā)學生學習的興趣，引導學生進入課程當中并深入思考。教學案例可以來源于礦物加工工程領域國內(nèi)外各高校和科研單位科研成果，也可以取至實際工程項目成果。在案例講解、分析和討論的過程中，引入工程案例或者科學研究成果案例的圖片、視頻等，使知識更具體化和形象化，引導學生對知識點進行學習和理解，強化記憶，同時可以起到活學活用的效果。

例如，在講授浮選基本原理、浮選晶體化學部分時，從本學院教師和其他高校教師最新的代表性研究論文中引入圖片進行講解，使知識點不再是陌生的文字，拉近學生與知識點之間的距離，使學生可以對知識點有更直觀的理解；在講授浮選電化學部分時，結(jié)合課題組承擔的含碳鉛鋅礦多金屬浮選分離回收項目進行講解；在講授浮選藥劑結(jié)構(gòu)與性能分析部分時，結(jié)合實驗室承擔的白云鄂博尾礦中稀土與鈮的非常規(guī)富集及高值化利用重點研發(fā)項目中浮選抑制劑、捕收劑的研究進行講解，既體現(xiàn)了我校礦物加工工程學科的研究特色，又豐富教學內(nèi)容?！袄碚?案例+實踐”耦合的教學模式讓學生更有代入感，對知識點接受起來也更容易，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力、獲取新知識的能力和發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力，從而有效改善教學效果，進而促進教學質(zhì)量的提高。在講解浮選表面測試方法與應用部分時，通過圖片和視頻的形式，介紹礦物加工工程專業(yè)所用到的測試方法和儀器，除了常用的紅外光譜、電位和接觸角測量方法，特別引入介紹紅外光譜原位測試技術、原位原子力顯微鏡、飛行時間二次離子質(zhì)譜儀等先進測試方法，豐富學生的測試手段，開闊研究思路，引導學生根據(jù)研究課題內(nèi)容，查閱相關文獻，設計測試實驗方案，激發(fā)學生創(chuàng)新思考能力。

3.3 實驗與實踐能力的培養(yǎng)

根據(jù)內(nèi)蒙古科技大學承擔的國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學基金項目、省部級項目及企業(yè)委托項目等科研項目，結(jié)合導師給學生制訂的個性化培養(yǎng)方案，設置典型實驗研究教學模擬，引導研究生廣泛參與礦物加工實驗室實驗與現(xiàn)場實踐。

在學生參與實驗室實驗過程中，側(cè)重培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)所研究問題的科學本質(zhì)和基本原理，能夠根據(jù)所學基礎理論知識，提出創(chuàng)新性解決方案的能力。例如，根據(jù)區(qū)域資源特色，設置鐵礦浮選實驗研究、稀土礦浮選實驗研究、煤泥浮選實驗研究和黃金選礦實驗研究等教學內(nèi)容進行教學模擬，從實驗設計到測試分析，具象化、可參與的實驗研究內(nèi)容，更有利于培養(yǎng)學生科研動手能力。引導學生將課堂所學的表面物理化學課程知識，運用到實驗研究中，并解決實驗中的科學問題。鼓勵學生參與選礦現(xiàn)場生產(chǎn)實踐，在此過程中則注重培養(yǎng)學生能夠結(jié)合現(xiàn)場實際生產(chǎn)條件，能夠理論聯(lián)系實際，靈活運用課堂所學專業(yè)知識，解決工業(yè)化生產(chǎn)問題的能力。避免由于“紙上談兵”“閉門造車”而與生產(chǎn)實際脫節(jié)，培養(yǎng)出具備扎實豐富的基礎理論功底，又具備較強動手能力的高素質(zhì)礦物加工技術人才。

結(jié)語

根據(jù)礦物加工工程學科發(fā)展和研究生實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)需求，提出基于OBE理念的表面物理化學課程“理論+案例+實踐”耦合模式的教學改革探索。優(yōu)化理論教學內(nèi)容，引入教學案例對理論內(nèi)容進行具體化和形象化展示，同時設置典型實驗研究教學模擬，激發(fā)學生學習的興趣，強化學生對知識點的理解，從而培養(yǎng)學生的實驗與實踐能力，創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力、獲取新知識的能力和發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力，有效改善該課程的教學效果，促進教學質(zhì)量的提高。

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基金項目：內(nèi)蒙古科技大學教育教學改革研究項目（JY2021037）；國家重點研發(fā)計劃項目（2021YFC2901000）；內(nèi)蒙古自然科學基金（編號：2020LH05027）

作者簡介：王介良（1989— ），男，漢族，山東棗莊人，博士，講師，研究方向：復雜共伴生礦浮選技術與理論。