新工科背景下矿物加工概论创新教学模式探索

2024-10-23 00:00:00陈桥金海泽申莹莹
科教导刊 2024年26期

摘 要 新工科建设和工程教育认证对创新型卓越工程人才的培养提出了新的要求。文章以兰州理工大学冶金工程专业为例,结合西部地区矿产资源特色,对矿物加工概论课程创新教学模式进行探索。文章结合专业特点和课程性质,精选和调整教学内容,建立了课堂学习和生产实习联动教学考核机制,实现了多媒体教学、互动教学、直播教学、实践教学等多种教学方法的高效集成与优化,充分调动了学生的积极性和主动性,在教学实践中取得了良好的效果。

关键词 冶金工程;矿物加工概论;教学内容;教学模式

中图分类号:G424 文献标识码:A DOI:10.16400/j.cnki.kjdk.2024.26.033

Exploration of Innovative Teaching Mode for Mineral Processing

Introduction under the Background of New Engineering

——Taking Lanzhou Institute of Technology as an example

CHEN Qiao, JIN Haize, SHEN Yingying

(Lanzhou Institute of Technology, Lanzhou, Gansu 730050)

Abstract The construction of new engineering disciplines and the certification of engineering education have put forward new requirements for the cultivation of innovative and outstanding engineering talents. Taking the metallurgical engineering major at Lanzhou University of Technology as an example, this article explores the innovative teaching mode of mineral processing introduction course based on the characteristics of mineral resources in the western region. The article combines professional characteristics and course nature, selects and adjusts teaching content, establishes a linkage teaching assessment mechanism between classroom learning and production internship, realizes efficient integration and optimization of multiple teaching methods such as multimedia teaching, interactive teaching, live streaming teaching, and practical teaching, fully mobilizes students' enthusiasm and initiative, and achieves good results in teaching practice.

Keywords metallurgical engineering; Introduction to Mineral Processing; teaching content; teaching model

矿物加工概论作为一门涵盖矿物学、选矿学和冶金学等多个学科的通识概论课程,是很多院校采矿工程、冶金工程、地质工程及矿产资源工程等专业的选修课[1]。兰州理工大学冶金工程专业于1998年由教育部批准设置,是西部地区高校中唯一一个冶金工程本科专业。矿物加工概论作为兰州理工大学冶金工程专业本科阶段仅有的一门与选矿相关的课程,在本科教学中发挥着紧密联系冶金和选矿两大学科的重要桥梁作用。

本文以兰州理工大学冶金工程专业矿物加工概论课程为例,探讨该课程的创新教学模式,旨在培养具有选冶联合的整体性、系统性思维,并掌握基本选矿技术的复合型冶金工程人才。

1 课程特点

1.1 课程覆盖面广,知识交叉性强

矿物加工概论课程包括破碎―筛分、磨矿―分级、重力选矿、浮游选矿、磁电选矿、微生物选矿和选矿产品及尾矿等知识版块,内容涵盖了地质学、矿相学、冶金学等多个学科,对学生的基础知识积累要求较高。兰州理工大学冶金工程矿物加工概论课程在大三下学期开设,此阶段的学生已完成全部公共基础课、专业基础课和大部分专业课的学习,基本具备了学习矿物加工概论课程的知识储备和能力。

1.2 历史积淀深厚,内涵不断发展

矿物加工作为一门传统学科,经过上百年的积淀和发展,形成了一系列经典的选矿理论、技术和设备,在全球矿产资源开发利用中发挥着至关重要的作用。与此同时,矿物加工仍是一个不断发展的学科,微泡浮选、生物选矿等创新选矿理论和方法层出不穷,超细磨、浮选柱等新型选矿设备接连问世。冶金技术的进步一定程度上降低了对选矿产品的要求,扩大了开采和入选矿石范围;而环保要求的不断提高及计算机技术、智能控制系统的应用,使得数字化绿色选矿厂建设成为必然的发展趋势[2]。在新的矿产资源形势下,矿物加工的目的不再是单纯地从天然矿石中富集有用矿物,为冶金、化工、建材等行业提供原料,而是对传统和非传统矿产资源进行综合加工,以实现各类资源的综合回收和高效利用[3]。

1.3 选矿冶金联合,专业特征明显

相比于矿物加工工程等矿业类专业,冶金工程专业的矿物加工概论课程有其独有的特征:第一,课程广度有所降低,覆盖面适当减少。受学时所限,授课内容需根据冶金专业特色进行精选,删除陈旧过时、重复累赘的内容,引入国际最新研究理论和技术成果。第二,课程内涵进一步拓展。课程内容向冶金工艺、环境科学及资源综合利用等多方向延伸。第三,课程紧密联系实践。兰州理工大学冶金工程专业于2018年通过工程教育专业认证,在此背景下,矿物加工概论课程融入新工科建设理念,紧密联系选矿和冶金实践生产,全面提升学生的理论知识水平,重点培养学生的创新思维和工程实践能力。

2 教学内容与教学理念

2.1 按专业特征精选

教学内容需结合冶金工程专业的培养目标和学生的关注点进行精选,在有限的课时内突出矿物加工的重点和热点问题,做到内容精、知识新,详略得当、重点突出[4]。教学内容从以下几方面开展:第一,兼顾全面。课程仍然以重选、浮选、磁选等主体内容为框架,确保选矿核心知识全覆盖,保证课程讲授的逻辑性和系统性。第二,突出重点。对于结构和功能相近的设备选择最典型的一种详细讲解即可,例如破碎设备中重点讲解颚式破碎机和圆锥破碎机,而旋回破碎机、反击式破碎机、锤式破碎机等可通过对比分析简要介绍或引导学生自学。第三,选矿冶金紧密结合。自古选矿冶金不分家,选矿流程中包含冶金过程,冶金流程也离不开选矿。第四,关注热点问题,紧扣前沿技术。教师可引导学生通过专题学习、云课堂资料共享、翻转课堂等形式学习选矿前沿技术,拓宽学生视野。

2.2 以就业为导向,突出地域特色

兰州理工大学冶金工程专业具有鲜明的地域特色,其作为西部地区唯一的冶金工程本科专业,担负着为西北地区培养高素质复合型冶金技术人才的重任。我国西北地区拥有丰富的矿产资源,孕育出了金川公司、酒钢集团、白银公司等众多大中型冶金企业,为我国矿冶行业和西北地区社会经济的发展作出了巨大贡献。兰州理工大学冶金工程专业本科生中省内生源占比高,毕业生中有很大一部分进入西北地区的企业从事矿冶相关工作。基于此,矿物加工概论课程教学以本科生就业情势需求为导向,选择甘肃地区典型选矿案例进行分析,例如金川公司铂族金属离心重选富集工艺、白银公司多金属铜矿石浮选工艺以及酒钢镜铁山菱铁矿、镜铁矿的磁化焙烧―磁选工艺等。

3 创新教学模式探索与实践

3.1 多媒体教学

多媒体技术的发展为现代教学提供了极大便利,合理巧妙地运用多媒体辅助教学能起到事半功倍的效果。矿物加工概论课程不仅包括矿石粉碎、分选等原理,同时也涉及大量选矿设备和选矿厂实例。对于选矿原理和设备的讲解,借助多媒体课件提供丰富的图片、动画和视频演示,可以突破视觉限制,增强直观性和动态性,有助于学生对重点和难点知识的学习;对于工业案例的讲解,充分利用多媒体图文声像并茂的优势,从多角度调动学生的情绪,可有效激发学生的学习兴趣,提高其学习效果[5]。

多媒体教学信息量大的特性可以节约大量的空间和时间,有效提高教学效率。多媒体教学的基础是资料的搜集、整理和排版加工,在近年的教学科研实践中,经过长时间的素材积累和课件精心准备,兰州理工大学冶金工程专业矿物加工概论课程已经基本做到所有原理都有动画演示,所有设备都有照片对照,所有选矿案例都有视频印证。教师借助科研项目合作、生产实习等机会,录制选矿设备和流程的讲解短视频,制作成教学素材,扩展多媒体素材库。根据教学内容,教师将现场讲解视频适时融入课堂教学,有效吸引学生注意力,强化教学效果。

3.2 互动式教学

教学是教师和学生之间教与学的关系,教学过程是一个相互促进、共同进步的过程,课堂上师生之间要通过增强互动来完成教学任务。在矿物加工概论教学实践中进行“教”与“学”的角色切换,由传统的“教师教、学生学”拓展为“学生教、学生学”和“学生教、教师学”等多种模式[6]。

按照教学内容针对性设置多项专题,如“前沿选矿技术”“最新选矿设备”“家乡的选矿厂”“选矿大师”等。学生根据兴趣自由组队,以“揭榜挂帅”的形式认领专题,并围绕选定专题完成一个综合作业,然后在课堂上进行分组汇报。学生通过“揭榜挂帅”认领课题,以“翻转课堂”的形式进行成果展示,不仅可以锻炼其搜集整理资料、制作课件、团结协作、交流沟通、演讲等综合能力,还可以促使学生掌握选矿领域的前沿技术和热点问题。此外,通过“选矿大师”“家乡的选矿厂”等专题展示,可在潜移默化中增强学生的专业热情和家国情怀,达到课程思政“润物细无声”的目的。

3.3 视频直播教学

矿物加工概论是一门偏向于工程技术实践应用的课程。现代通信技术的高度发展为教学提供了极大方便,直播教学软件的合理利用可以消除课堂教学与实践生产之间的壁障。针对重选、浮选和磁选三种典型选矿工艺,教师分别邀请对应选矿厂的工程师开设在线大讲堂,借助钉钉课堂、腾讯会议等软件的视频直播功能,进行选矿现场直播教学。学生跟随工程师的镜头,以第一视角观摩学习选矿技术。通过视频直播和工程师的现场讲解,学生可以直观地看清每一个生产设备,加深对选矿原理的理解和选矿工艺的认识。此外,通过和企业工程技术人员的提问交流,学生可全面了解尾矿综合利用、绿色矿山建设、选矿厂安全等知识。该方法改变了课堂上教师“灌输式”“填鸭式”等单一教学方法,有效激发了学生的学习兴趣,增强了其学习的主动性和积极性。

3.4 实践化教学

课堂实验演示和生产实习联动的实践化教学是培养学生创新意识和锻炼学生动手能力的重要途径。百闻不如一见,百看不如一做。将理论与实践相结合,更容易刺激多种感官,增强大脑的记忆。传统的矿物加工概论课程教学均是理论教学,缺乏实践环节,学生对选矿的认识仅仅停留在理论层面,对知识没有形成立体化的理解。因此,兰州理工大学冶金工程专业矿物加工概论课程在课程教学中增加实践环节,包括参观选矿实验室及开展课堂演示实验等。参观实验室可以让学生了解各种选矿设备的结构和工作原理,便于与理论相结合。课堂实验包括趣味淘金实验、浮选实验等,由“耳朵听”转变为“眼睛看”和“动手做”,让学生切身感受到选矿的魅力,在增加学习兴趣的同时加深对选矿原理的理解。

建立课堂教学与生产实习联动机制。兰州理工大学冶金工程专业矿物加工概论在第六学期前八周开设,生产实习在第六学期最后三周开设。因此,课堂上讲述的理论知识在生产实习中可以得到很好的印证,为理论联系实践提供了便利。冶金工程专业生产实习包含白银有色集团股份有限公司选矿厂实习,该选矿厂为国家“一五”期间建成的有色金属工业中的第一座大型选矿企业,现有三条选矿生产线,分别为浸染铜系统、铜冶炼渣系统和多金属系统,包含大量典型选矿设备和技术。其中铜冶炼渣选矿系统以冶金渣为原料,是典型的选矿冶金联合工艺,对冶金工程专业的学生具有重要的启发意义。此外,建立矿物加工概论与生产实习联动综合考评机制,拓展课堂教学评价方式与内涵,契合工程教育认证对课程教学效果评价的要求,有助于全面提升冶金工程专业学生的综合素质和工程实践能力。

4 结语

兰州理工大学冶金工程专业矿物加工概论课程具有其专业特性,在课程教学实践中改变了传统的单一教学模式,结合兰州理工大学的战略定位和西部地区的地域资源特色,采用多媒体教学、互动式教学、视频直播教学、实践化教学等创新教学方法,充分调动了学生的学习积极性和主动性iu3wWDMBZ6/cHwMTDeYPjCJMKqulDGgjDilCmytlynI=,将理论知识和工程实践相结合,培养了学生的创新思维、实践能力等综合素质。

基金项目:兰州理工大学2024年度高等教育研究项目(GJ2024B-8);兰州理工大学高等教育研究项目(GJ2023B-3)。

参考文献

[1] 代文治.矿业类学科“选矿概论”课程改革与探索[J].教育教学论坛,2023(29):93-96.

[2] 邱冠周,黄圣生,胡岳华,等.矿物加工工程学科 创新人才培养体系的探索与实践[J].高等工程教育研究,2002(5):22-25.

[3] 胡岳华,宋晓岚,邱冠周,等.建设国际一流学科,培养复合拔尖人才——多学科交叉矿物加工人才培养模式创新与实践[J].高等工程教育研究,2011(2):112-117.

[4] 王云燕,柴立元,王志兴.冶金工程专业《环境科学概论》的教学改革与实践[J].教育教学论坛,2014(4):37-39.

[5] 邓永春,王艺慈.高校多媒体与板书教学比较[J].中国冶金教育,2014(4):41-43,46.

[6] 雷洪,赵岩,张红伟,等.冶金工程《材料导论》课程的教与学[J].教育教学论坛,2020(9):210-211.