新工科背景下“工業(yè)礦物與巖石”課程教學(xué)改革與研究

許江楓 白志民 周熠 閔鑫

摘?要：為適應(yīng)新形勢(shì)下國(guó)家人才培養(yǎng)需要，新工科建設(shè)勢(shì)在必行。本研究基于科學(xué)范式教育現(xiàn)狀及中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）“工業(yè)礦物與巖石”課程特點(diǎn)，對(duì)課程理念、課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)實(shí)施、教學(xué)評(píng)價(jià)及資源建設(shè)等課程要素開展教學(xué)改革與研究。課程以新工科理念、教育心理學(xué)理念、課程思政協(xié)同為先行，優(yōu)化課程內(nèi)容，建構(gòu)以學(xué)為中心的教學(xué)實(shí)施方式，采用多元化評(píng)價(jià)方案，建設(shè)立體化“學(xué)材”資源，為高質(zhì)量高等學(xué)校課程建設(shè)提供重要借鑒。

關(guān)鍵詞：新工科；工業(yè)礦物與巖石；課程要素；改革與研究

當(dāng)今世界，以信息技術(shù)為代表的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革促使工程教育不斷創(chuàng)新［1］。為主動(dòng)布局未來(lái)戰(zhàn)略必爭(zhēng)領(lǐng)域的人才培養(yǎng)，教育部自2017年開始推進(jìn)新工科建設(shè)，要求工科高校要對(duì)工程科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)揮主體作用，培養(yǎng)多樣化、創(chuàng)新型卓越工程科技人才［2］。因而，新工科建設(shè)是主動(dòng)適應(yīng)工程教育全球趨勢(shì)的中國(guó)實(shí)踐，是中國(guó)特色工程教育范式變革的必然選擇［3］。新工科大體上有引領(lǐng)性、交融性、創(chuàng)新性、跨界性和發(fā)展性等特征［4］。

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）是我國(guó)最早開展礦物材料研究的重點(diǎn)大學(xué)之一［5］，材料學(xué)院本科專業(yè)堅(jiān)持以無(wú)機(jī)非金屬材料為主要方向，以礦物材料為特色的人才培養(yǎng)模式，并逐步形成了現(xiàn)今在國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)學(xué)術(shù)地位［6］?！肮I(yè)礦物與巖石”課程作為礦物材料特色課程體系主干課程之一，具有如下特點(diǎn)：課程以除金屬礦石、礦物燃料、寶石以外的，其工藝技術(shù)特性可資工業(yè)利用且具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的，所有非金屬礦物與巖石及硅酸鹽固體廢物為研究對(duì)象；主要聚焦于理化性質(zhì)、工藝技術(shù)特性、工業(yè)應(yīng)用及其內(nèi)在聯(lián)系；呈現(xiàn)了近10年工業(yè)礦物與巖石專業(yè)領(lǐng)域的研究新進(jìn)展、工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀及主要發(fā)展趨勢(shì)［6］。課程經(jīng)過(guò)持續(xù)建設(shè)，已取得諸多成果。其中，課程于2004年被評(píng)為北京市精品課程，課程建設(shè)成果于2005年獲國(guó)家級(jí)優(yōu)秀教學(xué)成果二等獎(jiǎng)，對(duì)應(yīng)教材遴選為北京市高等教育精品教材。在新工科背景下，為適應(yīng)新形勢(shì)下國(guó)家人才培養(yǎng)需要，對(duì)課程的課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容、教育教學(xué)方式、教學(xué)評(píng)價(jià)等課程要素開展改革與研究勢(shì)在必行。

一、更新落實(shí)新工科理念，與課程思政協(xié)同并行

眾多學(xué)者探索了新工科教育理念的內(nèi)涵與外延［78］，新工科按照CDIO教育理念，以全生命周期為載體、產(chǎn)出為導(dǎo)向，使學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程［9］；新工科以人為本，強(qiáng)化育人功能，重點(diǎn)落實(shí)立德樹人根本任務(wù)［10］，使所培養(yǎng)學(xué)生既具有解決復(fù)雜工程問(wèn)題的專業(yè)知識(shí)與技術(shù)能力，又具有全球視野、人文精神及創(chuàng)新能力。

當(dāng)前教育理念主要基于科學(xué)范式［11］，具體體現(xiàn)在教育實(shí)踐中，雖注重知識(shí)傳授與能力培養(yǎng)，但更注重知識(shí)的理論性、系統(tǒng)性和專業(yè)性，對(duì)于能力培養(yǎng)的重視仍有提升空間，且對(duì)于以知識(shí)為支撐的業(yè)務(wù)能力（硬實(shí)力）的重視高于對(duì)自我發(fā)展、社會(huì)適應(yīng)等軟實(shí)力的重視；雖注重理論聯(lián)系實(shí)際，但對(duì)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)的重視仍有提升空間，且實(shí)踐教學(xué)中，相對(duì)重操作、創(chuàng)新不夠，重科學(xué)研究、工程實(shí)踐不夠；雖注重產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，但在校企合作的深度融合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)上仍有提升空間；雖注重人的全面發(fā)展，但在人文社科素質(zhì)培養(yǎng)及多學(xué)科跨界融合上仍有提升空間。

“工業(yè)礦物與巖石”課程教學(xué)實(shí)踐中，在尊重學(xué)校特有的建設(shè)基礎(chǔ)和理念基礎(chǔ)上，不斷探索、樹立新工科教育理念，以新工科理念為指導(dǎo)構(gòu)建教學(xué)系統(tǒng)工程、開展教學(xué)實(shí)踐，并依據(jù)教學(xué)實(shí)踐反饋不斷優(yōu)化人才培養(yǎng)全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)新工科理念與教育教學(xué)全過(guò)程有機(jī)結(jié)合。課程思政建設(shè)是全人培養(yǎng)的有力抓手，教學(xué)實(shí)踐中，將理想信念、優(yōu)秀傳統(tǒng)文化、大國(guó)工匠精神、科技報(bào)國(guó)情懷、大工程觀、可持續(xù)發(fā)展理念等有機(jī)融入專業(yè)教育中，將新工科理念與課程思政相結(jié)合，提升學(xué)生綜合素養(yǎng)；通過(guò)展示科技成果對(duì)生活的影響、科技發(fā)展歷程、科學(xué)家成長(zhǎng)故事等，提升學(xué)生專業(yè)興趣及思政教育效果。團(tuán)隊(duì)教師通過(guò)會(huì)議、講座、課程、自修、研討等多種形式持續(xù)學(xué)習(xí)黨和國(guó)家相關(guān)政策以及豐富的人文知識(shí)，包括教育心理學(xué)在內(nèi)的社科知識(shí)，開展專業(yè)學(xué)習(xí)與研討、科學(xué)研究與工程實(shí)踐，以使學(xué)生切實(shí)接受到前沿的專業(yè)訓(xùn)練，體驗(yàn)到專業(yè)特色的思政教育。

二、優(yōu)化課程設(shè)置及課程內(nèi)容，凝練課程特色

科學(xué)范式下，課程內(nèi)容多以學(xué)科知識(shí)的系統(tǒng)性為主線，根據(jù)知識(shí)的邏輯演進(jìn)和難易順序設(shè)計(jì)課程體系［12］。教學(xué)過(guò)程中注重知識(shí)的傳授并以學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握為目標(biāo)，對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力、批判精神和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)有待提升，學(xué)生的學(xué)習(xí)更多的是被動(dòng)地接受，缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和獨(dú)立性。此外，教學(xué)理論與工程實(shí)際、行業(yè)發(fā)展結(jié)合性不強(qiáng)，學(xué)生工程能力較弱、深入?yún)⑴c科研工作不足。

“工業(yè)礦物與巖石”課程的主要研究對(duì)象為工業(yè)礦物、工業(yè)巖石、硅酸鹽固體廢物，其廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活各領(lǐng)域?；诖耍n程本身具有多學(xué)科交叉、理論與實(shí)踐結(jié)合、科學(xué)前緣與工程實(shí)踐兼具的特點(diǎn)。在工程范式指導(dǎo)下，課程根據(jù)能力標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化內(nèi)容，基礎(chǔ)理論部分加強(qiáng)深度與廣度，提升學(xué)生基礎(chǔ)研究能力；實(shí)踐內(nèi)容部分進(jìn)一步強(qiáng)化工程生產(chǎn)實(shí)踐、先進(jìn)科技成果、最新發(fā)展動(dòng)向等相關(guān)內(nèi)容，特別在國(guó)家戰(zhàn)略布局的重點(diǎn)領(lǐng)域，如新能源領(lǐng)域、環(huán)境領(lǐng)域增加內(nèi)容，提升學(xué)生工程實(shí)踐、科技轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)引領(lǐng)等方面能力；課程特別是在重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域、最新科技前沿、重大工程領(lǐng)域所涉及工業(yè)礦物與巖石部分深入學(xué)習(xí)探討，提升學(xué)生工程創(chuàng)新能力及解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。以滑石教學(xué)內(nèi)容的改革為例，除與時(shí)俱進(jìn)地新增最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，特別強(qiáng)化產(chǎn)、學(xué)、研、創(chuàng)融合，在產(chǎn)教融合端，滑石為我院實(shí)習(xí)基地企業(yè)生產(chǎn)的精細(xì)化工產(chǎn)品之一；在科教融合端，滑石可用于制備礦物基復(fù)合相變儲(chǔ)能材料，該方向?yàn)槲以骸暗刭|(zhì)碳儲(chǔ)與資源低碳利用教育部工程研究中心”重要研究方向之一。而上述均基于對(duì)滑石層狀結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、改性機(jī)理等的深入研究，此為理論深化部分。課程在教學(xué)實(shí)踐探索過(guò)程中，形成了符合新工科理念并極具特色的教學(xué)理念，即注重晶體結(jié)構(gòu)、晶體化學(xué)、晶體物理與材料屬性的深入剖析，以提高學(xué)生綜合分析工業(yè)礦物與巖石組成、結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用內(nèi)在邏輯關(guān)系的能力以及發(fā)掘工業(yè)礦物與巖石新屬性、開發(fā)新材料的能力。

三、創(chuàng)新教學(xué)方法，加強(qiáng)線上線下資源建設(shè)

在新工科背景下，面對(duì)更高的工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力要求，面對(duì)從知識(shí)課堂向能力課堂轉(zhuǎn)變的要求，對(duì)教學(xué)模式提出了新挑戰(zhàn)?？茖W(xué)范式為指導(dǎo)的教學(xué)實(shí)施中，教學(xué)方式更多的是以教師講授為主導(dǎo)，學(xué)生被動(dòng)式接受，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性方面有待提升；教學(xué)方法大同小異，因材施教較難實(shí)施。此外，在原來(lái)教學(xué)情況下，就已面臨著專業(yè)課程學(xué)時(shí)數(shù)壓縮，知識(shí)點(diǎn)跨度大、銜接難等問(wèn)題。在時(shí)代發(fā)展要求下，教學(xué)內(nèi)容在廣度、深度上大幅增加，教學(xué)內(nèi)容在前沿性、工程性要求上大幅提升，要實(shí)現(xiàn)高創(chuàng)新能力、高素質(zhì)人才培養(yǎng)的目標(biāo)，教學(xué)模式的改變勢(shì)在必行。

基于此，“工業(yè)礦物與巖石”課程貫徹實(shí)施了線上線下混合式教學(xué)，線下與線上教學(xué)學(xué)時(shí)比為3∶1（線下36學(xué)時(shí)，線上線下翻轉(zhuǎn)課程12學(xué)時(shí)）。線下教學(xué)中主要深耕基本理論和基本方法，拓展科技與工程元素，探討線上學(xué)習(xí)疑問(wèn)；線下教學(xué)方法采用講授、研討、問(wèn)答、課堂展示等靈活形式；線下教學(xué)實(shí)施中，以新工科理念、教育心理學(xué)理論等為指導(dǎo)，課程導(dǎo)入采用工程或科研實(shí)際問(wèn)題，以問(wèn)題為導(dǎo)向，使學(xué)思交融，教學(xué)工具充分利用巖礦標(biāo)本、幾何模型，先進(jìn)教學(xué)平臺(tái)輔助課堂師生互動(dòng)，教學(xué)資料補(bǔ)充了豐富性、系統(tǒng)化的線上資源；線上教學(xué)以學(xué)生自學(xué)為主，教師引導(dǎo)為輔，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)答疑，教學(xué)平臺(tái)布置教學(xué)測(cè)試；教學(xué)內(nèi)容安排以典型巖礦線下教授、類似巖礦課下小組研討學(xué)習(xí)或調(diào)研學(xué)習(xí)結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂（線上線下）、其他巖礦課下自學(xué)（線上）；教學(xué)全過(guò)程中注重課程內(nèi)容與課程體系內(nèi)外其他課程內(nèi)容的聯(lián)系。

此外，課程組根據(jù)教學(xué)模式需要建設(shè)相關(guān)資源，圍繞數(shù)十種重要工業(yè)礦物、工業(yè)巖石和硅酸鹽固體廢物的組成、結(jié)構(gòu)、工藝技術(shù)特性、深加工與工業(yè)應(yīng)用等重點(diǎn)內(nèi)容，制作了內(nèi)容豐富的線上教學(xué)資源；錄制了配套的線上教學(xué)慕課27講，總時(shí)長(zhǎng)約500分鐘；積累形成了數(shù)百條思考題題庫(kù)；收集或購(gòu)置了工業(yè)礦物和工業(yè)巖石教學(xué)標(biāo)本千余件套。上述資源全部用于課程教學(xué)，為材料科學(xué)與工程專業(yè)高素質(zhì)人才培養(yǎng)發(fā)揮重要作用。

四、改革教學(xué)評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果多元化

質(zhì)量評(píng)價(jià)是保證新工科人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要手段，工程范式的評(píng)價(jià)方式更多地采用過(guò)程考核、項(xiàng)目測(cè)試等多元考核方式，重點(diǎn)是考查學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的實(shí)踐與創(chuàng)新能力［12］。

傳統(tǒng)科學(xué)范式的課程考核一般是采用“期末成績(jī)+平時(shí)成績(jī)”的方式，重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握。此考核方式難于幫助部分學(xué)生改變對(duì)平時(shí)學(xué)習(xí)重視不足的情況，難于調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的參與積極性，難于激發(fā)學(xué)生開展更廣泛課外自主學(xué)習(xí)動(dòng)力，難于考查學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的實(shí)踐與創(chuàng)新能力，難于對(duì)不同教學(xué)環(huán)節(jié)、不同教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行差異化、全過(guò)程的評(píng)價(jià)。

“工業(yè)礦物與巖石”課程成績(jī)基于對(duì)課堂教學(xué)環(huán)節(jié)和質(zhì)量影響要素的分解，細(xì)化為考勤、聽課狀態(tài)、問(wèn)答互動(dòng)表現(xiàn)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)、文獻(xiàn)綜述報(bào)告、課后作業(yè)、在線資源學(xué)習(xí)、期末考試、面試等環(huán)節(jié)綜合評(píng)價(jià)。其中，前七項(xiàng)歸為平時(shí)成績(jī)，平時(shí)成績(jī)、期末筆試成績(jī)與線上面試成績(jī)比為4∶5∶1。課堂互動(dòng)及線上學(xué)習(xí)均可通過(guò)先進(jìn)的課程平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，課堂互動(dòng)的研討與提問(wèn)經(jīng)過(guò)科學(xué)的課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。分組開展自選方向的綜述報(bào)告，每次課程限時(shí)展示一組，可以進(jìn)行10次以上匯報(bào)展示，這既拓展了課程內(nèi)容，又鍛煉了學(xué)生文獻(xiàn)搜集、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及解決問(wèn)題、匯報(bào)展示等相關(guān)能力。線上學(xué)習(xí)包括翻轉(zhuǎn)課堂的線上學(xué)習(xí)及選修內(nèi)容的線上學(xué)習(xí)。翻轉(zhuǎn)課堂的線上學(xué)習(xí)由線上測(cè)試考核，選修內(nèi)容的考核綜合學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)及對(duì)應(yīng)的作業(yè)成績(jī)。期末筆試以簡(jiǎn)答、論述題為主，采用開卷考核方式，綜合考查學(xué)生分析歸納總結(jié)能力、應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決科學(xué)問(wèn)題的能力。面試提供題庫(kù)，采用隨機(jī)抽題、口頭答題、教師綜合打分的方式進(jìn)行，考查學(xué)生快速、靈活處理問(wèn)題及溝通表達(dá)的能力，面試也可與報(bào)告展示相結(jié)合。通過(guò)上述實(shí)踐，實(shí)施了過(guò)程評(píng)價(jià)與期末考試相結(jié)合、書面答卷與面試口答相結(jié)合、客觀評(píng)分與主觀評(píng)判相結(jié)合的考核方式，實(shí)現(xiàn)了以考促學(xué)、以考促教，形成具有借鑒意義的教學(xué)評(píng)價(jià)模式。

五、推進(jìn)教材建設(shè)，構(gòu)建“學(xué)材”新體系

“工業(yè)礦物與巖石”課程團(tuán)隊(duì)一貫高度重視并積極實(shí)施教材建設(shè)，且已取得有效成果。但基于新工科發(fā)展要求，正在對(duì)已出版教材開展修訂工作。首先，在教材布局及內(nèi)容中適時(shí)體現(xiàn)新工科建設(shè)中強(qiáng)調(diào)的跨學(xué)科、跨專業(yè)融合，交叉學(xué)科和復(fù)合專業(yè)等相關(guān)內(nèi)容。其次，該課程教材也將與專業(yè)其他課程教材共同構(gòu)成合理的教材知識(shí)體系矩陣。再次，教材內(nèi)容中需增加項(xiàng)目教學(xué)、工程實(shí)踐、系統(tǒng)集成等內(nèi)容。

此外，在教材形式上從以學(xué)科知識(shí)為主要內(nèi)容的傳統(tǒng)教材轉(zhuǎn)變成多元教學(xué)資源，以滿足“大工程觀”下的人才培養(yǎng)需要。以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)平臺(tái)為資源載體服務(wù)于學(xué)習(xí)者，使得學(xué)習(xí)內(nèi)容更新，學(xué)習(xí)行為可記錄?！肮I(yè)礦物與巖石”課程將課程大綱、教學(xué)進(jìn)度安排、教學(xué)視頻、直播課程、講義與課件、閱讀材料、工程案例素材、課程思政資料集（未開放）、課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站等多種學(xué)習(xí)材料和工具加載于網(wǎng)絡(luò)課程中，形成一體化立體教材。因此，不僅便于學(xué)生開展課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂、選修學(xué)習(xí)等，而且便于在授課過(guò)程中開展課堂討論、小測(cè)驗(yàn)、考勤等多形式的互動(dòng)或考核過(guò)程。此外，提供的補(bǔ)充資料可以拓展相關(guān)基礎(chǔ)理論、最新研究進(jìn)展、難于在實(shí)驗(yàn)室開展的其他相關(guān)工作等，為學(xué)有余力的學(xué)生提供更加豐富的資源，從而有利于開展以學(xué)生為本的教學(xué)實(shí)踐，提升教學(xué)質(zhì)量，滿足不同類型人才培養(yǎng)的需要。多元且持續(xù)更新的教學(xué)資源，不僅服務(wù)于本專業(yè)的人才培養(yǎng)，還可作為知識(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)共享，產(chǎn)生更廣的輻射作用。

結(jié)語(yǔ)

新工科要主動(dòng)服務(wù)于國(guó)家重大戰(zhàn)略，培養(yǎng)新興工程科技人才?；谏鲜霰尘?，“工業(yè)礦物與巖石”課程在課程思政、課程內(nèi)容優(yōu)化、教學(xué)實(shí)施改革、評(píng)價(jià)系統(tǒng)探索、教材體系建設(shè)等方面展開研究，以新工科理念、教育心理學(xué)理論為指導(dǎo)，將全人發(fā)展融入課程思政，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)實(shí)施、評(píng)價(jià)方式等方面開展綜合優(yōu)化，并探索線上線下混合式教學(xué)課程體系建設(shè)，采用多元化、全過(guò)程考核評(píng)價(jià)機(jī)制，構(gòu)建立體化“學(xué)材”系統(tǒng)，課程研究成果對(duì)促進(jìn)高階性、創(chuàng)新型、挑戰(zhàn)性高質(zhì)量“金課”、一流課程建設(shè)，助推新工科一流專業(yè)建設(shè)，培養(yǎng)本科創(chuàng)新人才具有重要作用與實(shí)踐意義。

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基金項(xiàng)目：項(xiàng)目受“中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）教學(xué)研究與教學(xué)改革專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)”“北京高等教育本科教學(xué)改革創(chuàng)新項(xiàng)目（MS2022162）”經(jīng)費(fèi)資助

作者簡(jiǎn)介：許江楓（1980—?），女，漢族，河北張家口人，博士研究生，講師，主要研究方向：材料科學(xué)與工程。