基于CDIO 的矿物加工工程专业实践教学体系改革研究

张谌虎，刘 佳，李子文，陈 鹏，王成勇

（六盘水师范学院 矿业与机械工程学院，贵州 六盘水 553004）

《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》中指出，人才培养的新模式：总结卓越工程师教育培养计划、CDIO 等工程教育人才培养模式改革经验的基础上，开展深化产教融合、校企合作的体制机制和人才培养模式改革研究和实践。因此，实践教学是新工科专业人才培养新模式的重要实施途径[1]。

矿物加工工程专业作为传统的工科专业之一，实践能力和创新能力是教学中非常重要的培养目标。然而，国内传统的矿物加工工程实践教育体系仍然以课程实验、课程设计、实习和毕业设计等为主。其外，因是外部行业环境发展缓慢所致。而内因在于新工科的内涵还没有完全贯穿于工程实践教育全过程中，对新工科教育体系中的产学研教协同育人模式的研究还不够完善。

因此，不断优化传统工科实践教学体系，加大应用型、复合型、技术技能型人才培养比重，依靠中央对地方应用型大学支持转变的改革东风，将地方特色资源与社会力量有机结合，加强产教融合实训基地建设，不断汲取相关高校的优秀的产学合作协同育人成功经验，严格分析政府相关政策，逐步形成政府搭台、企业支持、高校对接、共建共享和良性循环的产学合作协同育人项目机制，实现高校人才培养与企业发展的合作共赢。

结合矿物加工工程专业的特点，以及地方性院校产学研教协同育人机制，建立具有地方性特色的实践教育体系和实践平台，对提高新工科背景下矿物加工工程本科生的培养质量具有重要的理论和实践意义。

一 应用型本科学校矿物加工工程专业实践教学现状

矿物加工工程是研究矿物分离的一门应用技术学科。此专业着力培养能够解决矿物分选加工和矿产资源综合利用等问题的工程应用型人才。基于此，需构建以应用型创新型为目标的实践课程体系，并建立具备持续改进能力的新机制，才能保证人才培养质量。由于该专业实践教学体系是一个综合性、技术性较强，集物理、化学理论及经验技术于一体的课程体系[2]。其实践课程中包括：工程CAD 基础及应用、选矿厂设计课程设计、机械设计基础课程设计；矿物加工学实验，矿物加工学专题试验，专业实习（认识实习、生产实习、毕业实习），毕业论文（设计）等。故实验、实习教学内容中富有时代性、地方性、多学科结合的开放、动态的系统，所涉及的理论多，交叉性强，实验操作复杂，对采集、分析数据的能力要求高，大型仪器设备购买、运行和维护成本高。由于上述诸多原因影响，导致矿物加工工程实践教学现状、教学成果不尽如人意。主要的问题在于：

1）实践教学观念上，对学生实践能力培养的重要性认识不足，紧迫感仍需提高，未能全面树立实践育人理念；

2）实践教学培养方式上，实践教学环节对学生能力培养不足，未能将各类实践项目进行有效衔接；

3）实践教学培养效果上，学生实践动手能力不强，教师指导学生实践的经验方面有待持续改进。

二 矿物加工工程实践教学体系改革策略

基于上述现状问题，调研相关院校并查阅大量文献后，落实“学生中心、成果导向、持续改进”的国际工程教育专业认证理念，以资源与环境工程硕士点建设为驱动，将教学与科研相互结合起来，建立一套完善的实践教学改革思路，如图1 所示。

图1 实践教学体系改革路线图

（一）整合矿物加工实践教学资源，构建新的实践教学体系

根据改革路线循序渐进不断建设，建立出符合地方高校办学定位，独具特色的矿物加工工程专业的实践教学体系，并结合专业的特色发展现状。从以下几个方面进行实施。

1 项目式管理实践教学

首先借鉴CDIO 工程教育理念和模式，树立实践育人理念，并以培养学生能力为导向，同时兼顾学校、实习基地等地方实际情况，构建以学生为主体，课程项目为基础，专业综合项目为核心，能力导向为主线，全过程管理的项目式实践教学体系[3]，具体见表1。

表1 项目式实践教学体系简表

打破传统的“灌输式”教学模式，将实践教学拆分为不同的课题项目，而项目间因为目标、内容等诸多差异，突出层次化、模块化、多元化管理，体现设计性、综合性、研究性及创新性。第一，学生通过三级项目了解与熟练掌握基础的实践项目原理，综合所学的理论知识与实验技能，为后续较高要求的理论课程与实践项目打下坚实基础；第二，学生通过二级项目掌握并熟练运用现代化技术、计算机信息技术等先进手段，可对已有的矿加传统实践项目进行升级与改造，重复的设计环节也可让学生自主进行创新，对更高一层次的竞赛性的项目与实践提供宽阔的视野与创新能力提供保障。最后，一级项目的目标更侧重于考核学生全面的综合能力，其中竞赛、毕业论文等项目的选题论证、项目计划、实施过程与专业实习实践等方式，都是为了打造出创新意识强的工程应用型人才。项目式管理实践教学能够融合“教、学、做”三者于一体，让学生自己思考、自己设计、自己制作和自我完善，充分发挥了学生的主观能动性，最终目标是实现理论与实践融合后的“做中学”。

2 仿真模拟融入实践教学

虚拟仿真技术与教学深度融合，是目前高等院校教学科技化有效途径，也是当下实践教学热门研究关注领域[4]。然而，矿物加工工程实验、工程设计内容中，许多环节多变且无法直观感受，需要学生自己想象具体变化。因此，学生难以短时间内进入相应情境，更无法验证理论假设和独特构想。为了促使学生在实习实践当中获得更加便利的实验条件和更加直观的结果，拟将虚拟仿真融入到实践教学（机械工程设计、选矿厂设计、毕业设计）当中，例如引入先进的选矿厂模拟软件系统，让学生设计选厂的过程更接近现实工作场景，利于提高学生兴趣，使学生在短时间内进入相应情境，直观视觉体验在整个选矿厂的基础设计情况，而且这种教学方法可以利用计算机软件的优势创造出灵活多样的工作场景，使学生掌握更多的操作技能。模拟的单元作业模型有：破碎机、球磨机、棒磨机、高压辊磨机、自磨和半自磨机、振动筛（单层或双层）、DSM 筛、水力旋流器、简单的分级效率曲线、浮选和分样器等。

3 线上线下混合式实践教学

2020 年由于新冠病毒感染疫情影响，全国几乎所有的理论课程转入线上模式，因此线上线下的界限逐渐模糊，两个部分组成了有机的整体，丰富了教学的内容与形式，提高学生的学习兴趣，锻炼学生的独立思考能力与自学能力，培养学生良好的学习习惯。根据此趋势，实践教学也逐渐进行线上尝试，发现混合式教学不仅适用于理论课程，也同样适用于实践课程[5]。首先，线上教学是利用互联网资源，通过录播、网络直播及线上答疑等教学环节完成教学任务。因此，实践课程线上资源建设（包括选厂工艺流程案例分析、仿真实验，现场生产情况录像，教师实地调研直播回放等）能够不断持续添加与改进，其在空间和时间上灵活性均优于线下教学。线上的实习资源将传统的线下实习工艺的学习内容多样化，通过不同的线上互动方式，提升学生学习的兴趣，同时充分调动学生的积极性与主动性，带着问题去线下实际生产现场去学习，更能增强学习质量和过程管理。特别是在疫情全球化的背景下，突破线下实践受到环境的限制，线上教学将发展成为必不可少的环节，让学生在混合教学的模式下，学会对工程问题的创新性思考，培养学生收集和整理网络资源、团队协作、终身学习等综合能力。

4 实习实践和创新研究平台建设

实习实践和创新研究平台建设是实践教学体系的重要支撑[6-8]。逐步强化专业现有的实习基地建设，进一步建设新的实习实践、创新创业基地。依托贵州省重点实验室、六盘水市级重点实验室、六盘水市级产业学院、大学生科技园和大学生创新创业基地等学校现有科技创新研究平台，完善具备专业特色的第二课堂育人体系，并积极开拓新的创新研究平台，为学生和教师提供优质广阔的创新研究平台。

积极建立起本省、本地区与专业相关企业的联系网络，不断开拓新的专业实习实践基地。建设并维护好省级重点实验室、市级重点实验室、产业学院、大学生科技园和大学生创新创业基地等现有科技创新研究平台[9]。通过导师制的导师指导和学生参与，提高学生科研参与的条件与创新研究与实践的积极性。力争将矿物加工工程的专业实践平台打造成省级示范基地，进而逐步打造出国家级大学生科技园和双创基地，各级之间的联系与合作内容如图2 所示。

图2 建立企业、高校、教师和学生实践教学联系图

5 实践教学体系的保障机制建设

为了保证实践教学体系的科学化、规范化、有序化及持续改进，根据工程教育认证的有关要求与标准，为保障应用型人才毕业要求的达成，本专业在实践教学的管理中，逐步建立并完善一套规范的教学过程质量监控机制和毕业生跟踪反馈机制[10]。首先在教学方面，一方面对各主要环节均有明确质量要求，通过教学过程质量评价及效果反馈，让教师迅速改进教学质量，促进教学活动和毕业要求的内循环持续改进。另一方面，依据学校建立的毕业生跟踪反馈机制，学院、教学系的相关回访调研机制，通过与毕业生、用人单位座谈和问卷调查，着重了解优化的实践教学体系对人才培养动手能力、创新能力的达成情况，进一步促进教师对实践教学计划、内容、教学方法等教学的研究。根据学校与学院的相关规章制度，建立三个层面的质量保障体系[11]，如图3 所示。

图3 矿物加工工程专业实践教学体系的保障机制

（二）加强矿物加工工程专业实践教师队伍建设

高水平的师资和教学团队是本科教学质量的根本保障，要建设应用型的高水平学校，必须努力建成一支学历、职称、年龄结构佳、素质优良、业务精湛和充满活力的适应学校应用型转变发展需要的师资队伍[12-13]。高素质的教师队伍是教学与科研的中坚力量，同时也是实践教学改革中不可或缺的重要人才。为此，本专业要将教师在实践教学中所扮演的角色赋予更多的身份：首先是引领者，需要引进更多高层次人才，通过人才政策，柔性引进高水平学术带头人或卓越工程师代表，引领专业建设和产学研实际建设，显著提高实验室建设水平与实习基地建设水平；其次是参与者，让教师带领学生参与创新，参与讨论，参与实践，参与学术争论，共同探索与总结新的实践方式与经验；最后是践行者，教师应该身体力行，教师与实验人员必须不断夯实基础知识与实践技能的同时，积极深入到相关企、事业行业领域中去，近距离了解地方区域产业发展的需求，丰富自己的专业实践经验或专业技能，提高业务素质，改善教学质量，为打造出特色风格的双师型教师队伍奠定坚实基础。

三 结束语

在新工科背景下，全国应用型高校推行工程教育改革创新，高校的创新人才培养模式不断优化。本文结合矿物加工工程专业实践教学体系中存在的问题，提出基于CDIO 的项目式创新的实践教学新体系。新的实践教学体系已在实施并逐步完善，在应用型人才培养方面已取得良好的效果，学生综合素质明显增强，就业率每年保持90%以上。此外，学生申报大学生创新创业项目的立项数逐年增加，每年超过20 人次。特别是在各类竞赛中屡次获奖，如获全国第十七届“挑战杯”竞赛黑科技专项赛获“行星”级作品；第十四届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛三等奖等好成绩。具备地方特色的创新实践教学体系，系统地提升实践教学质量，且形成有效的改进机制，能够对全校与相关定位的兄弟院校起到引领、示范及辐射作用。