新工科背景下“礦相學”實驗教學改革與實踐

楊 鋒，付 偉，方貴聰

（桂林理工大學地球科學學院 廣西 桂林 541006）

工程科技進步和創(chuàng)新對經濟社會發(fā)展起著主導作用，對國家戰(zhàn)略發(fā)展的支撐作用日益緊迫。工程教育是高等教育的重要組成部分，是國家創(chuàng)新的重要引擎。作為創(chuàng)新發(fā)展的關鍵力量，工程科技人才培養(yǎng)質量影響著未來經濟社會發(fā)展的效率，工程教育改革發(fā)展任重道遠[1-3]。高校在培養(yǎng)學生綜合能力的過程中，實踐教學一直發(fā)揮著十分重要的作用；而實驗課作為實踐育人體系的重要組成部分，其課程教學效果對于保障人才培育質量尤為關鍵。自2017年以來，教育部積極部署推進新工科建設工作，為高校工程教育改革創(chuàng)新指明了新的方向[4]。高校實踐性較強專業(yè)如何在新工科背景下實現(xiàn)工程教育質量提升值得深入研究與探索。

“礦相學”是國內地質類高校資源勘查工程專業(yè)常開設的一門專業(yè)基礎課，在教學內容上兼具綜合性和實踐性。該課程是學生在掌握基礎地質學、晶體光學、結晶礦物學和巖石學等課程的基礎上，進一步以礦石為主要學習對象，通過礦石標本和礦相顯微鏡觀察，學習礦石的礦物成分、結構構造、礦物晶粒的內部結構，劃分成礦期和成礦階段，確定礦物生成順序，為研究礦床成因、指導礦產勘查和礦石加工等提供依據[5-6]。在授課安排上，“礦相學”與另一門專業(yè)基礎課“礦床學”同步開設，內容結構相互銜接，其教學目標是為學生將來從事礦石物質成分基礎研究、礦產勘查及礦物資源綜合利用等工作提供知識儲備和相關技能。長期以來，“礦相學”一直是桂林理工大學資源勘查工程專業(yè)課程建設的重點，對該課程的改革探索從未停止[7]。近年來，在加快推進新工科建設的背景下，課程教學團隊緊跟時代發(fā)展的步伐，持續(xù)對“礦相學”的課程教學進行更全方位的改革，并取得了積極成效。

1 課程教學現(xiàn)狀

自20 世紀90 年代開始，我國實行了多輪專業(yè)調整和教學改革。尤其是地質類工科專業(yè)的設置變化較大，專業(yè)覆蓋面顯著拓寬，專業(yè)綜合性更強，專業(yè)課程設置也多次調整?！暗V相學”作為一門獨立的地質類專業(yè)基礎課，在部分高校的地質類專業(yè)被壓縮或取消[8]。然而，隨著金屬礦產資源需求量激增，找礦勘查和開發(fā)利用強度及難度也不斷加大。因此，無論從事礦產地質研究，還是從事礦產資源勘查評價或礦物資源加工利用（包括綜合利用）的科研生產實踐活動，涉及金屬礦產勘查評價與開發(fā)利用的研究機構、地勘單位及礦產企業(yè)都清楚地認識到掌握礦相學的專業(yè)知識與技能非常重要。

在資源勘查工程專業(yè)“礦相學”實驗教學過程中，通過實際操作礦相顯微鏡和直觀地體會與認識礦物特征，學生可以加深理解和鞏固理論課上所學的知識，進而培養(yǎng)學生開展礦石物質成分基礎研究、礦產勘查及礦物資源綜合利用的能力。然而，對比“新工科”人才培養(yǎng)需求，該課程實驗教學仍然存在知識結構僵化，缺乏對新理念、新領域、新技術的解析，知識的融合與交叉欠缺的問題；基礎教育重知識傳授，也未能與礦產勘查部門需求對接。這樣的教學方式容易造成學生脫離工程實際、缺乏相應的實踐鍛煉，更無法滿足學生成長的需要和企業(yè)對人才的需求[9]。

2 教學改革的主要舉措

為了適應新形勢下社會對卓越工程技術人才的培養(yǎng)要求，以“新工科”建設方案為指導，以實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)為主線，“礦相學”從實驗教學項目、教學資源和教學方法等環(huán)節(jié)進行全方位改革。構建理論與實驗相結合、傳統(tǒng)技術與新技術相結合、教學成果與生產實際相結合的實驗教學新模式，從而實現(xiàn)學生問題解決能力和實踐能力的全面提升。

2.1 實驗教學項目的完善

資源勘查工程專業(yè)實踐教學涉及基礎、提升和創(chuàng)新三個層面[10]。結合專業(yè)人才培養(yǎng)目標，在“礦相學”實驗教學設計上，以探索型逐步取代限定型、以綜合設計型取代單一型、增加創(chuàng)新研究型實驗內容，體現(xiàn)由簡單到復雜、由基礎掌握到綜合提升乃至創(chuàng)新研究的轉變。當前，桂林理工大學資源勘查工程專業(yè)“礦相學”課程實驗教學共分10 項內容、20 個學時（表1）。

表1 “礦相學”實驗教學項目表

2.2 新技術新方法的應用

學生對礦石的認識，需要建立在礦物類型、礦物結構構造和礦物標型特征等基礎上。隨著電子探針分析技術[11]、X射線衍射技術[12]、掃描電子顯微鏡技術[13]、紅外顯微分析[14]等定量化技術在礦床礦物研究中的廣泛應用，“礦相學”的教學設備已不再局限于傳統(tǒng)的顯微鏡。通過引入微區(qū)微束先進測試設備以及相關教學素材，能為學生從更微觀的層面獲得關于礦石物質組成方面的專業(yè)知識，有助于他們分析成礦作用過程，并對找礦勘探作出重要指示，增加了大學生科學研究創(chuàng)新能力培養(yǎng)的廣度和深度。

2.3 實驗教學資源的重構

針對傳統(tǒng)教學資源和教學手段的不足，收集整理和增加了教學掛圖、顯微圖片、礦石標本、教輔材料和課程考核等資料。利用數字化和現(xiàn)代網絡技術，采用模塊化結構體系，設計并制作了教學圖片庫、課程考核資料庫、教輔材料數據庫等數字化資源[15]。此外，在“礦相學”課程實驗室建設中，突出典型標本的區(qū)域性和特色性；除了介紹每一件標本的專業(yè)特征信息外，還要追溯其身世[16]。每件標本建立完整檔案，包括標本產地、采集人、采集時間、標本類型、產出狀態(tài)、礦物組合、礦石結構、礦石構造和成因類型等內容。最大限度完善“礦相學”資料庫建設。

2.4 實驗教學方式的革新

近年來，高校的教學對象正在發(fā)生變化，他們不局限于現(xiàn)有課堂的教學模式，更熱衷于通過聽音頻、看網絡直播和短視頻等方式進行學習，利用微信和QQ 等網絡平臺互動交流[17]。因此，需要轉變“礦相學”實驗教學方式，充分利用信息技術，基于網絡制定學生的個性化培養(yǎng)方案。例如，借助微信公眾平臺采用線上線下混合教學模式開展“礦相學”教學活動[18]。同時，在教學過程中要運用對比思維[19]，運用大數據技術對比在單偏光、正交偏光和錐光系統(tǒng)下透明礦物和不透明礦物鑒定過程中一些重要現(xiàn)象。

3 “礦相學”實驗教學案例

在《礦化期、礦化階段和礦物生成順序》實驗教學部分，對長江中下游銅―鐵―金―硫礦床富集區(qū)某銅礦床進行了礦相顯微鏡和電子探針技術研究[20]。礦石的礦物成分主要為磁鐵礦、黃銅礦、黃鐵礦和磁黃鐵礦等，另有少量菱鐵礦、斑銅礦、閃鋅礦和膠黃鐵礦。礦石的結構復雜，有他形粒狀結構、自形―半自形粒狀結構交代結構（熔蝕、充填、殘余）和鑲嵌結構等。另有脈狀穿插結構（圖1）、海綿隕鐵結構（屬于他形粒狀結構的一種，也是晚期巖漿礦石的典型結構，說明金屬礦物結晶晚于硅酸鹽礦物，如該典型礦床礦石中，黃銅礦礦結晶晚于硅酸巖礦物，充填其晶粒間隙構成海綿隕鐵結構）（圖2）。礦石的構造為塊狀構造、條帶狀構造和浸染狀構造。脈石礦物成分主要為石英、鉀長石、石榴子石、透輝石、透閃石、蛇紋石、金云母、滑石和綠泥石等硅酸鹽礦物以及碳酸鹽礦物。

圖1 脈狀穿插結構

圖2 礦石中海綿隕鐵結構

黃銅礦（銅黃色）、閃鋅礦（灰色）呈細脈沿毒砂，黃銅礦（銅黃色）、硅酸巖礦物（黑色）（亮白色）的晶隙或裂隙交代穿插。

基于礦相學研究，結合地質觀察，本礦床經歷了多期多階段形成過程。在教學過程中，學生可以從宏觀和微觀兩個角度了解該礦床礦體中存在的不同成因系列的礦物組合。如膠狀黃鐵礦―晶質黃鐵礦―磁黃鐵礦―磁鐵礦組合，磁鐵礦―磁黃鐵礦―黃鐵礦、黃銅礦組合（表2，p116）。從而查明礦床礦物生成順序，進而確定礦床成因類型。

表2 某銅礦床特征表

4 結語

文章總結了資源勘查工程專業(yè)“礦相學”實驗教學現(xiàn)狀，為解決教學內容單一、教學模式傳統(tǒng)等方面的問題，結合多年積累的教學經驗，緊跟“新工科”建設的步伐，改革實驗教學體系、引入新技術新方法、重構實驗教學資源以及革新實驗教學方法，并加以實踐運用。通過對課程教學多方面改革，激發(fā)了學生學習的熱情，培養(yǎng)學生在“礦相學”學習中的創(chuàng)新思維能力，尤其是分析和解決復雜地質問題的綜合能力。近年來，桂林理工大學“礦床礦相學”獲批國家級一流本科課程，課程建設經驗為新工科實驗課程的教學改革提供了參考。