《礦物材料》課程教學(xué)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的幾點(diǎn)思考

摘 要： 《礦物材料》課程是中國地質(zhì)大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)的特色專業(yè)課程。從《礦物材料》課堂教學(xué)內(nèi)容的凝練、教學(xué)方法和教學(xué)手段的改進(jìn)、知識面的拓展、創(chuàng)新思維的激發(fā)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的完善等方面，介紹在《礦物材料》課程與實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的思考和實(shí)踐。經(jīng)過三屆教學(xué)實(shí)踐證明，這種教學(xué)改革的嘗試是成功的，學(xué)生的收效很大。

關(guān)鍵詞： 《礦物材料》 教學(xué)內(nèi)容 思考 實(shí)踐

1.引言

當(dāng)前社會發(fā)展對高等學(xué)校培養(yǎng)人才提出了很高的要求，要求培養(yǎng)出的人才有獨(dú)到見解、創(chuàng)新性思維及自主動手能力，即要培養(yǎng)出創(chuàng)新與研究型并為社會需求的人才[1]。這些對人才培養(yǎng)的目標(biāo)要求，對高等學(xué)校的課程設(shè)置及教學(xué)過程提出了更高的要求。經(jīng)過20余年的研究與發(fā)展，《礦物材料》已經(jīng)成為我校材料科學(xué)與工程專業(yè)中一個(gè)相對獨(dú)立和完善的特色組成部分，是材料科學(xué)與工程專業(yè)中重要的教學(xué)部分。礦物材料是利用各種非金屬礦物資源，通過選礦提純、超細(xì)粉碎、表面改性和化學(xué)提純等加工工藝，制備出的具有各種用途的材料[2，3]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，礦物材料在節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)、生態(tài)修復(fù)、催化、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域獲得了非常廣泛的應(yīng)用，礦物材料將為我國目前面臨的嚴(yán)重的環(huán)境、生態(tài)及能源問題提供一條新的有效的解決途徑。對于我校材料科學(xué)與工程專業(yè)來說，扎實(shí)的基礎(chǔ)，寬厚的知識面，豐富的實(shí)踐鍛煉和較強(qiáng)的創(chuàng)新意識，是未來創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重要方面。對此，我們在《礦物材料》課程教學(xué)改革中圍繞這幾方面，做了一些有意義的探索和嘗試，并取得了一些成果。

2.凝練課堂教學(xué)內(nèi)容

《礦物材料》是材料科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)必修課。總計(jì)學(xué)時(shí)為40學(xué)時(shí)，其中24學(xué)時(shí)為理論教學(xué)，16學(xué)時(shí)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)。如何利用這24學(xué)時(shí)的課堂教學(xué)將《礦物材料》最核心的內(nèi)容講好，長期以來一直是我們探討和關(guān)注的問題。經(jīng)過近幾年探討，我們將《礦物材料》核心內(nèi)容歸納為礦物材料制備技術(shù)，并具體化到各種典型的功能礦物材料，如以沸石、膨潤土、高嶺土、石英等為主要成分的礦物材料[4]。同時(shí)，礦物材料的應(yīng)用方面是必須加以說明和解釋的。我們重點(diǎn)介紹礦物材料在環(huán)境保護(hù)、土壤修復(fù)、催化和農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用原理、應(yīng)用現(xiàn)狀及應(yīng)用前景，讓學(xué)生對礦物材料的應(yīng)用有很深的印象。

3.改進(jìn)教學(xué)方法與教學(xué)手段

本課程的教學(xué)方法和教學(xué)手段多樣化，主要手段包括：課堂講授、課題討論和研究型學(xué)習(xí)，以期學(xué)生能夠在掌握礦物學(xué)基本知識的基礎(chǔ)上，對礦物材料及其應(yīng)用有深入了解和認(rèn)識。通過這些教學(xué)方法和手段，能開闊視野，擴(kuò)大知識面，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

課堂講授是本課程教學(xué)的主要環(huán)節(jié)，采用啟發(fā)引導(dǎo)、靈活互動的教學(xué)方法，主要以多媒體方式（PPT文件）為主，配合圖片、教學(xué)課件等輔助方式。此種方式可以集成大量信息，可以提高教學(xué)效率并調(diào)動學(xué)生的積極性。我們補(bǔ)充了相關(guān)可以提高學(xué)生興趣、增強(qiáng)知識性的內(nèi)容。如在講授礦物材料的環(huán)境功能時(shí)，介紹了礦物材料治理藍(lán)藻新進(jìn)展；在講授礦物材料在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用時(shí)，介紹了礦物材料提高糧食產(chǎn)量和作物質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)。通過這些實(shí)例，說明礦物材料的前沿及其未來的廣泛應(yīng)用前景，這不僅開闊了學(xué)生的視野，而且大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。使學(xué)生認(rèn)識到，原來礦物材料還有如此大的用處。課題討論是我們新進(jìn)引入的一種有效的教學(xué)手段。課題由教師指定分配或者學(xué)生自己選擇有關(guān)礦物材料的課題，并在課堂上做主題報(bào)告。經(jīng)過三年實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)此舉不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高了學(xué)習(xí)興趣，而且使學(xué)生對礦物材料的認(rèn)識更加深入，對其應(yīng)用能提出一些新的思路。

研究型學(xué)習(xí)注重學(xué)生的科研興趣和能力培養(yǎng)，及時(shí)介紹學(xué)科中的某些前沿和存在的基本問題，保持教學(xué)內(nèi)容的新穎性和實(shí)踐性。這樣一方面做到科研與教學(xué)相結(jié)合，拓寬學(xué)生知識面，另一方面給學(xué)生獨(dú)立思考的機(jī)會，開闊學(xué)生思維和科研創(chuàng)新意識。除此之外，我們還有意識強(qiáng)調(diào)平時(shí)成績的權(quán)重，相對淡化期末考試，從一個(gè)側(cè)面督促學(xué)生重視和抓緊平時(shí)的學(xué)習(xí)。

4.拓寬知識面，激發(fā)創(chuàng)新思維

目前，我國高等教育普遍存在的問題就是學(xué)生知識面較窄，創(chuàng)新性不強(qiáng)。我們在講授《礦物材料》課程時(shí)，十分注重學(xué)生知識面的拓寬，因?yàn)橹R面的擴(kuò)寬，有利于同學(xué)創(chuàng)新思維、思考問題、解決問題。這樣就可以進(jìn)一步理解和鞏固所學(xué)的知識，并能提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)還可以將本課程的知識與其他課程相結(jié)合，提高他們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)主動性。如在講授礦物材料在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用時(shí)，我們從古代將石灰應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)說起，逐步拓展到礦物材料在天然肥料、土壤改良劑、復(fù)混肥、飼料添加劑、農(nóng)藥、菌肥載體、作物生長調(diào)節(jié)劑等方面的應(yīng)用，分析礦物材料在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的基本原理，使學(xué)生對礦物材料與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系有了全新的認(rèn)識。在講授礦物材料在污水處理中的應(yīng)用時(shí)，從處理污水的原理出發(fā)，分析礦物材料在處理污水中的作用。通過知識面的拓寬，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情高漲，創(chuàng)新思想得到一定程度的提高。有學(xué)生指出，目前阻礙TiO2光催化應(yīng)用的回收問題，可否通過與蒙脫石這樣的層狀礦物材料的復(fù)合得以解決。這是一個(gè)很有前途的創(chuàng)新性設(shè)想，我們就讓學(xué)生專門找相關(guān)文獻(xiàn)，并在后續(xù)課程中進(jìn)行深入的探討。

5.實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容利于促進(jìn)學(xué)生興趣與創(chuàng)新能力結(jié)合

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)中牢固樹立以“興趣為出發(fā)點(diǎn)，創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念，探索實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革內(nèi)容，建立和實(shí)施以基本操作技能和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力并重的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)要特別體現(xiàn)出學(xué)生的興趣與愛好，培養(yǎng)學(xué)生將科學(xué)實(shí)驗(yàn)變成一種自覺的行為，使學(xué)生在完成科學(xué)實(shí)驗(yàn)的過程中具有樂趣感與成就感，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性意識。因此，在實(shí)驗(yàn)課程實(shí)施中應(yīng)充分尊重、激發(fā)學(xué)生的興趣，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的實(shí)際能力。

為了做到這一點(diǎn)，我們在設(shè)計(jì)與實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容時(shí)通過學(xué)生自己制備礦物材料并對其進(jìn)行簡單地應(yīng)用提高學(xué)生的興趣。讓學(xué)生將研究型實(shí)驗(yàn)當(dāng)做一件有趣的事情完成，不要形成負(fù)擔(dān)或強(qiáng)大的壓力。讓學(xué)生自覺將完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)變成一種生活樂趣。這樣做有利于學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)時(shí)身心愉快，能夠最大限度地培養(yǎng)與發(fā)揮學(xué)生的觀察能力與思維創(chuàng)新能力。

具體來說，我們設(shè)計(jì)了一系列有關(guān)沸石礦物材料的制備及初步應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)。沸石是一種優(yōu)良的吸附劑，因此，本實(shí)驗(yàn)以河南上天梯的沸石為原料，通過離子交換技術(shù)制備H型沸石，再將H型沸石與凝膠進(jìn)行結(jié)合，制備出具備一定吸附性的吸附劑，并將其應(yīng)用于對水和氣體的吸附實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)化、科學(xué)化，將礦物材料的制備技術(shù)與應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，使學(xué)生產(chǎn)生濃厚的興趣與實(shí)驗(yàn)熱情，取得了良好的效果。

6.良好的教學(xué)效果

我們在《礦物材料》教學(xué)改革和課程建設(shè)方面付出的努力，得到了各方面的承認(rèn)和廣泛的好評。該專業(yè)老教授聽課后認(rèn)為，課程內(nèi)容新穎，教學(xué)手段豐富，方法得當(dāng)，注重理論和實(shí)踐的結(jié)合，大量實(shí)例增強(qiáng)了課程的趣味性和應(yīng)用性，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)系統(tǒng)而科學(xué)，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維及自主動手能力方面進(jìn)行了有益的探索。學(xué)生普遍認(rèn)為，通過礦物材料學(xué)課程，他們對礦物材料有了全新的認(rèn)識，改變了傳統(tǒng)的看法，尤其是礦物材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)新穎，趣味性強(qiáng)，并有最終的產(chǎn)品得到，可以付諸實(shí)際應(yīng)用，改變以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的演示性和不系統(tǒng)性。

當(dāng)然，我們?nèi)〉玫倪@些成績與學(xué)校和其他各方面的支持和幫助是分不開的，激勵我們繼續(xù)努力，不斷結(jié)合學(xué)科發(fā)展更新教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法和手段，進(jìn)一步強(qiáng)化教學(xué)效果，使《礦物材料》成為一門精品課程，為國家培養(yǎng)精品人才作出貢獻(xiàn)。

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通訊作者：李飛