新工科建設背景下“粉體工程”課程教學改革探索

莫偉,封金鵬,楊金林,蘇秀娟,王桂芳,潘以朗

(廣西大學 資源環境與材料學院， 廣西 南寧 530004)

新工科建設是一項持續深化工程教育改革的重大行動計劃，具有反映時代特征、內涵新且豐富、多學科交融、多主體參與、涉及面廣等特點[1-2]。基于上述背景，作為傳統礦業學科的礦物資源工程專業更需積極應對新發展需要，把握新工科建設內涵，著眼“工科的新要求”，加快改造升級這一傳統工科專業，主動籌劃未來人才培養方案，積極探索新理念、新標準、新模式及新方法，真正實現從學科導向轉向產業需求導向，從適應服務轉向支撐引領。

廣西大學礦物資源工程專業前身是1934年開辦的采礦工程專業，1999年在原有基礎上改造為礦物資源工程專業。2019年，礦業工程學科再次獲評“廣西重點學科”；2020年礦物資源工程專業入選國家級一流本科專業建設點。經過80多年的傳承與發展，該專業已形成采選結合的人才培養模式和辦學特色，以寬口徑培養區別于國內其他院校礦業學科專業。但是，在新工科建設及國家一流本科專業建設背景下，行業升級所出現的新技術、新業態、新模式對專業人才培養提出了新要求，需要不斷調整和優化專業培養方案和課程體系，尤其要積極開展課程教學改革，主動適應新工科建設要求，為國家和地方經濟發展提供高質量復合型人才。為實現以點帶面，積累經驗，本文以“粉體工程”課程教學改革為例，探索新工科建設背景下礦物資源工程專業課程教學改革舉措及實踐效果。

1 課程性質內容與教學目標

粉體工程課程是我校礦物資源工程專業的一門重要專業選修課程。結合專業特點，課程主要講授粉體材料的制備、表征、分級、分離、表面改性及造粒過程等方面的相關理論、工藝及設備。課程教學目標是使學生能夠掌握粉體材料的基本性能、粉體加工過程的主要設備和基本理論，為學生將來從事粉體工程和粉體材料領域的相關工作打下良好理論基礎；培養學生將粉體加工新技術、新設備及新工藝的相關研究成果應用于生產實際的基本能力，能合理、正確地應用專業基礎知識解決粉體工程實際問題。

2 課程教學研究現狀

粉體工程這門課程與生產實踐結合密切，其所涉及的粉碎、合成、加工、處理等一系列工程技術貫穿于生產的各個環節，因此授課過程中專業教師大多結合實際展開講述，但是該門課程教學多設于大三上學期，此時學生不具備系統的專業知識，也缺乏現場實踐經驗，因此感到課程教學內容枯燥乏味，難以完全消化吸收相關知識。為激發學生學習興趣，提高課堂內外教學效果，許多授課教師從明確課程定位及提升教學理念、精心架構教學內容、改進教學模式與方法等方面開展了一系列教學改革。如吳彩斌等[3]的教學改革結果表明，以項目驅動為載體的研討式教學改革明顯提高了學生的綜合素質及能力。劉建東等[4]的教學改革實踐表明，結合學校核特色及礦物加工工程專業課程體系要求開展相關教學改革，可夯實學生專業基礎及提高其專業素質。馮春花等[5]圍繞“大工程觀”下人才培養的目標和要求，主要從課程理念與定位、教學方法及課程教學中存在問題等方面開展探究。陳遠道等[6]通過分析課程教學現狀及探索研究性教學的內涵及理論依據，采用基于PBL的教學、案例教學、實地考察等方法進行研究性教學實踐，獲得良好效果。張小珍等[7]從課程定位與特色、課程體系與教學內容設計、實踐環節、教學團隊建設及教學方法與手段改革等幾個方面進行探索與實踐，課程教學質量得到顯著提高。馬昌等[8]就粉體工程模塊化建設、實踐教學以及網絡課堂的構建等方面進行了分析和探究，具有一定指導意義。鄧先功等[9]通過改革課程設計的內容、教學方法和考核方式，注重加強實踐環節，以提高課程教學效果。曹玉霞等[10-11]從課程教學和考核方式兩方面，探討了如何實施素質教育教學；此外還提出了以培養應用型人才為導向的教學改革思路和考核方式。朱建平等[12]探討了建設課間文化的可行性，學生普遍在課間獲得一定人文知識，這對課程學習具有積極地促進作用。王淑紅等[13]探索一種以階梯式能力培養為目標的探究式試驗教學方法，以提高專業人才綜合能力。

3 課程教學改革思路及措施

3.1 課程教學內容改革

粉體工程課程涵蓋較多基礎理論及工程技術知識，但課程學時數僅為32學時，難以保證課程教學的系統性及完整性。因此，教學團隊針對專業特色與培養目標要求，尤其是考慮到相當一部分學生畢業后會到建材或爆破行業工作，教學團隊對課程教學內容進行了合理選擇及調整，側重于工科學生應掌握的與礦業學科密切相關的專業基礎理論及工藝技術。課程內容主要包括：粉體顆粒的幾何特性與表征、粉體的制備、分級與分離、表面改性、混合造粒、貯存與輸送、粉塵爆炸及防護等。上述教學內容主要講述粉體材料生產加工過程中所涉及的粉碎、球磨、分級、分離、均化、造粒等單元操作過程的工藝及設備等方面知識。對粉體合成制備部分，只涉及非金屬礦物粉體材料的制備，且考慮到在“碎礦與磨礦”、“非金屬礦加工與利用”和“礦物材料”等課程中對各種主要制備方法及其過程已進行詳細闡述，因此采用案例教學法比較分析各種常用合成方法在粉體制備中的影響因素、優缺點對比及適用范圍等，且還把納米礦物粉體材料制備相關內容引入課程教學中，讓學生對先進粉體材料有著更為深入地認識及了解。

3.2 課程教學方法與手段改革

目前粉體工程課程教學仍以講授為主，但通過在授課過程中納入案例法教學、課題研討式教學、比較法教學等教學方法，并輔以多媒體教學手段及非金屬礦加工企業實地參觀學習等方式，極大激發學生學習熱情，加深了對專業知識的理解，并提高了學生綜合素質。

① 案例教學

在粉體工程課程的教學過程中，結合廣西碳酸鈣千億元產業特色，以“碳酸鈣的加工技術”作為案例展開相關教學。比如，在講授粉體的粒度特性時，以重質碳酸鈣粉為例描述粉體顆粒粒徑及粒度分布等知識點；講授超細粉碎與精細分級時，以重質碳酸鈣加工為例，講述用于碳酸鈣超細粉碎的工藝與設備，(亞)微米級碳酸鈣粉體的精細分級方法與設備；講授粉體的合成制備時，其中一部分內容是以輕質碳酸鈣的制備為例，講述國內外制備納米碳酸鈣的工藝與設備；講授粉體表面改性時，基于碳酸鈣作為填料等應用，講述碳酸鈣的表面改性技術與設備。通過案例教學的實施，可將粉體工程中多個單元操作技術組合起來，使學生易于理解，且其參與課堂教學積極性更高，教學效果明顯。

② 研討式教學

在粉體工程課程教學中，研討式教學包括課堂研討及課程論文撰寫兩部分。上課學生可自由組合成5人一組，指定組長1名，負責組織同學開展文獻查閱、整理及反饋存在問題等工作。結合課程教學內容，給每個組布置不同課堂研討主題，具體涵蓋粉體制備、粉體分級分離設備、粉體改性、粉體應用及粉塵爆炸等方面，每個學生還可根據個人興趣選擇具體方向展開相關文獻查閱及整理，最后按要求完成課程論文1篇(不少于4 000字)，PPT匯報內容1份，所有學生均需進行PPT展示，且每個主題內容都由組長進行總結發言，匯報過程中匯報人都需回答其他同學或老師提出的問題。每個主題匯報結束后，授課教師會從PPT制作、語言表達、問題回答、文獻總結歸納及組織協調能力等方面對各組的每位學生綜合表現進行點評，肯定成績的同時也指出不足。通過開展課堂研討式教學，學生對課程的參與度更高，也加深了對相關知識的了解。

③ 比較法教學

考慮到粉體工程課程與破碎與磨礦、非金屬礦加工與利用及礦物材料等課程的部分知識點既存在聯系又有一定區別，學生在不同課程學習過程中往往會混淆一些概念或知識點。采用比較教學法可以幫助學生辨析教學內容的異同，真正掌握相關知識點。此外，在粉體工程課程教學過程中，還可對部分內容進行比較列舉，讓學生對相關內容一目了然，印象深刻。以碳酸鈣為例，表1比較列舉了不同晶形碳酸鈣的特點。

表1 不同晶形碳酸鈣的特點

④ 多媒體教學手段改進

粉體工程課程多年來一直采用多媒體教學手段，隨著科技發展及專業知識更新，該門課程的相關知識也愈加豐富，教學團隊精選了多年來承擔相關課題所積累的粉體加工與利用方面案例，并注重在教學過程中展示主要研究過程及其成果，極大地激發了學生的探究精神及學習熱情。另外，鑒于粉體加工工藝過程、設備結構及工作原理等知識較為繁多、抽象，學生理解起來相對困難。因此，在教學過程中注重通過一些圖片、動畫及視頻等，將原來抽象、枯燥的知識形象化，從而使學生易于理解和掌握，同時增大了教學信息量。

3.3 課程考核方法改革

粉體工程課程考核的一個重要革新是提高學生平時成績的權重，即將期末考查成績的權重從70%降至60%，增加研討課PPT匯報成績占10%，課程論文占10%，平時課堂參與討論與回答問題5%、作業10%及考勤5%。其中，對于研討課PPT匯報成績，授課教師會根據學生匯報過程的綜合表現進行打分；課程論文需嚴格按照學術論文的格式要求進行撰寫；由于研討式教學過程中每位同學都進行匯報，并回答老師或同學提出的2～3個問題，加上平時老師的提問，可確保在教學過程中每位同學至少被提問2次以上，從而為該項成績打分提供依據；課程結合教學重點內容共安排作業4～5次；授課過程中，每次課學生均需按照學校要求打卡考勤。教學改革后各項成績的權重及考核細則詳見表2。

表2 教學改革后各項成績的權重及考核細則

3.4 增設非金屬礦加工企業實地學習環節

盡管粉體工程課程教學過程可借助多媒體等手段進行更為生動的展示，但該門課程交互性和實踐性較強，尤其是涉及工藝過程及設備工作原理時，學生還是難以真正理解掌握，因此教學團隊會根據學習效果，在學校及學院支持下，增設非金屬礦加工企業實地學習環節，通常在課外帶領學生到廣西高嶺土深加工企業或膨潤土深加工企業進行參觀學習，通過理論聯系實際，加深了學生對專業知識的了解。以膨潤土加工為例，教師會引導學生結合現場技術人員的介紹及所看到的各工藝環節進行思考并提問，在一問一答的學習過程中，學生對諸如雷蒙磨設備的結構及工作原理、干法分級及收塵等工藝及設備有了更為清晰地認知且印象深刻。通過實地考察學習，不僅增強了學生學習課程的興趣，而且對其形成學以致用的理念大有益處。

4 結語

通過上述粉體工程課程的教學改革舉措，不僅激發了學生對專業知識的學習熱情，也提高了學生的參與度，通過理論聯系實際，促進了學生對專業知識的深入了解及精準把握，教學效果明顯。在不斷改進研討式課堂教學的過程中，較好地培養了學生對專業的興趣及其在匯報表達、團隊合作等方面的能力，也提高了學生分析和解決問題的能力。此外，這次教學改革也促進了課程考核方法的革新，提高學生平時成績的權重，推動學生加強平時學習投入，使其對專業內容的掌握更為深入扎實。當然，今后仍需結合學校研究型大學的建設目標以及新工科建設的要求繼續深化課程教學改革，不斷夯實學生的專業基礎知識及提高學生解決復雜工程問題的綜合能力。