礦物加工工程專業(yè)表面物理化學(xué)教學(xué)改革研究

馮博　汪惠惠

摘要：本文結(jié)合礦物加工工程專業(yè)碩士研究生的專業(yè)特點(diǎn)，對如何進(jìn)行礦物加工工程專業(yè)基礎(chǔ)課程“表面物理化學(xué)”的教學(xué)改革進(jìn)行了研究，闡述了教學(xué)團(tuán)隊(duì)在教學(xué)模式的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新、實(shí)踐性教學(xué)的設(shè)計(jì)、考核方式改革等方面進(jìn)行的探索和嘗試，并對可能取得的成效進(jìn)行了預(yù)測。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新培養(yǎng)；課程設(shè)置；教學(xué)方式；導(dǎo)師隊(duì)伍；評價體系

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）11-0117-02

一、前言

凡是在相界面上所發(fā)生的一切物理化學(xué)現(xiàn)象統(tǒng)稱為表面現(xiàn)象，而研究各種表面現(xiàn)象實(shí)質(zhì)的科學(xué)稱為表面化學(xué)。表面化學(xué)在20世紀(jì)40年代前得到了迅猛發(fā)展，大量的研究成果被廣泛應(yīng)用于各生產(chǎn)部門，如涂料、建材、冶金、能源等行業(yè)。表面化學(xué)可以幫助我們了解不同反應(yīng)的過程，例如鐵為什么生銹，燃料電池如何工作，汽車內(nèi)催化劑如何工作等。此外，表面化學(xué)反應(yīng)對于許多工業(yè)生產(chǎn)起著重要作用，例如人工肥料的生產(chǎn)。而在礦產(chǎn)資源開發(fā)利用過程中，由于礦物分離與富集的依據(jù)是有用礦物與脈石礦物之間的物理化學(xué)性質(zhì)差異，表面物理化學(xué)的作用也不可替代。因此，表面物理化學(xué)是礦物加工碩士點(diǎn)的學(xué)位課程之一，通過這門課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生掌握表面物理化學(xué)的基礎(chǔ)知識，如物質(zhì)表面、固-液界面與潤濕、固-固界面與粘附、固體表面吸附、溶液吸附、膜和膜應(yīng)用、表面改性與功能材料、表面活性劑、表面電化學(xué)等。

江西理工大學(xué)自開始招收第一屆礦物加工專業(yè)研究生開始，表面物理化學(xué)就是重要的基礎(chǔ)課程，經(jīng)過十幾年的建設(shè)，已經(jīng)形成了自己的特色。該課程現(xiàn)為資源與環(huán)境工程學(xué)院礦物加工工程專業(yè)研究生核心課程之一。為了培養(yǎng)學(xué)生對這門課的學(xué)習(xí)興趣，熟練掌握表面物理化學(xué)的相關(guān)知識，在將授課教師更換為礦物加工專業(yè)的教師后，對該課程的教學(xué)改革進(jìn)行了研究，在教學(xué)模式的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新、實(shí)踐性教學(xué)的設(shè)計(jì)、考核方式改革等方面進(jìn)行了探索和嘗試。

二、表面物理化學(xué)課程教學(xué)改革的內(nèi)容

（一）教材的選擇

教材、教師、學(xué)生是課堂教學(xué)活動的三種基本要求，也是保證教學(xué)質(zhì)量的三種基本要素。由于沒有面向礦物加工專業(yè)研究生的表面物理化學(xué)教材，在教材的選擇上，教學(xué)團(tuán)隊(duì)曾出現(xiàn)分歧。是選擇傳統(tǒng)的表面物理化學(xué)教材，將礦物加工的相關(guān)專業(yè)知識融合在教材的知識點(diǎn)中，還是選擇礦物加工工程專業(yè)的相關(guān)書籍，將相關(guān)知識點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)歸納？通過分析礦物加工專業(yè)的課程設(shè)置，發(fā)現(xiàn)課程體系里有很多專門課程對相關(guān)知識點(diǎn)進(jìn)行講授，如浮選電化學(xué)、浮選溶液化學(xué)等。因此，最終還是決定選擇傳統(tǒng)的表面物理化學(xué)教材。為此，我們選擇了騰新榮主編的《表面物理化學(xué)》作為教材，同時指定顏尚慈等編著的《界面化學(xué)》，沈鐘編著的《膠體與表面化學(xué)》作為輔助教材，供學(xué)有余力的學(xué)生課外閱讀。

由于表面物理化學(xué)課程的教學(xué)時間有限，以我校為例，礦物加工專業(yè)表面物理化學(xué)課程只有32學(xué)時，因此對課程的講授內(nèi)容進(jìn)行了選擇，刪除了與礦物加工專業(yè)關(guān)聯(lián)不大的部分內(nèi)容，擴(kuò)充了表面研究方法、表面物理化學(xué)的應(yīng)用等內(nèi)容，使課程內(nèi)容做到了有的放矢，具有較強(qiáng)的針對性。如原子力顯微鏡、二次離子質(zhì)譜等檢測方法的講解，拓展了學(xué)生的知識面，改變了礦物加工專業(yè)研究生在課題研究中只會運(yùn)用紅外光譜、紫外分析、X射線分析的現(xiàn)狀，大大提高了研究成果的創(chuàng)新性和可信度。

（二）教學(xué)模式的改革

表面物理化學(xué)課程是從基礎(chǔ)理論過渡到專業(yè)課的橋梁，課程中既有抽象的理論，又有與生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合緊密的內(nèi)容，因此在教學(xué)中不能因循固定的模式，應(yīng)根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容，采用不同的教學(xué)模式。本課程在教學(xué)中采用的主要模式有。

1.講解-接受模式。通用性的理論內(nèi)容一般采用此模式，通過講授使學(xué)生能夠熟練掌握重要知識點(diǎn)的概念及含義。課堂的時間有限，而這種教學(xué)模式能夠讓學(xué)生在有限的課堂教學(xué)時間里比較迅速地掌握較多的知識信息，體現(xiàn)了教學(xué)作為一種簡約化認(rèn)識過程的特點(diǎn)。但是在講授過程中，教師也注重現(xiàn)代教學(xué)方式的運(yùn)用。目前，教室里均安裝了投影儀等設(shè)備，本課程教師在大多章節(jié)內(nèi)容的教學(xué)中均已采用課件教學(xué)，效果良好。通過將表面物理化學(xué)中抽象的理論及與實(shí)際工程緊密結(jié)合的內(nèi)容以動畫的形式展現(xiàn)給學(xué)生，增強(qiáng)了學(xué)生的感性認(rèn)識；將表面物理化學(xué)中難懂的知識及在實(shí)際工程中的應(yīng)用以生動活潑的動畫形式展現(xiàn)給同學(xué)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如講授液體表面張力的基本概念及測定方法，教師對表面張力的概念進(jìn)行解釋，將日常生活中水滴為何成球形、昆蟲為何能浮在水面上等一些現(xiàn)象，通過動畫進(jìn)行演示，加深了學(xué)生對該知識點(diǎn)的理解。

2.精講—自學(xué)—討論—操作模式。教師對重要的知識點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行精講，在教師的啟發(fā)引導(dǎo)下，讓學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)有關(guān)內(nèi)容，可培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，讓學(xué)生“學(xué)會學(xué)習(xí)”；討論方式有“生-生互動”式，亦有“師-生互動”式；操作是學(xué)用結(jié)合的過程，學(xué)生根據(jù)老師布置的任務(wù)，獨(dú)立地從事分析問題、解決問題的活動。如固體及固液界面表面的吸附是表面物理化學(xué)中的重要知識點(diǎn)，而浮選藥劑在固液界面的吸附也是礦物加工浮選必不可少的環(huán)節(jié)。通過對吸附的機(jī)理、吸附的模型進(jìn)行精講，使學(xué)生掌握相關(guān)概念，然后找出自己科研過程中發(fā)生的吸附行為，對其吸附的機(jī)理及屬于何種吸附模型進(jìn)行歸納總結(jié)，通過分組討論得到其中的深層次機(jī)理，再將所學(xué)的知識用于指導(dǎo)未來的實(shí)驗(yàn)。

3.合作教學(xué)模式。合作教學(xué)既有教師和學(xué)生的合作學(xué)習(xí)，也體現(xiàn)了“學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體”的原則。教師和學(xué)生合作學(xué)習(xí)主要是在課前由教師選擇目前發(fā)展較快、實(shí)用性強(qiáng)、學(xué)生感興趣的內(nèi)容，讓學(xué)生分成小組，通過查資料，在課堂上交流或討論，然后以PPT形式匯報(bào)討論所得，由教師進(jìn)行點(diǎn)評。通過這種方式，不但鍛煉了學(xué)生的表達(dá)能力，還大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，滿足他們渴望能夠了解科技新發(fā)展的愿望。如關(guān)于表面電化學(xué)的基本概念及其應(yīng)用，教師要求學(xué)生結(jié)合自身所做的科研課題，找出與之相關(guān)的實(shí)例，進(jìn)行分析歸納總結(jié)，做成PPT講給其他學(xué)生。

（三）實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革

表面物理化學(xué)的實(shí)踐教學(xué)工作始終堅(jiān)持以基本知識掌握為先導(dǎo)，基本技能訓(xùn)練為基礎(chǔ)，工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心，知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的實(shí)踐教學(xué)理念，以培養(yǎng)學(xué)生動手能力、創(chuàng)新意識、解決復(fù)雜工程問題的能力、協(xié)作精神為目標(biāo)。表面物理化學(xué)實(shí)踐教學(xué)依托江西省礦業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、江西省礦業(yè)工程實(shí)驗(yàn)中心等平臺開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。課程實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容主要是根據(jù)課程理論教學(xué)，達(dá)到工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標(biāo)來設(shè)置的，實(shí)驗(yàn)類別分為演示性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)四類，具體實(shí)驗(yàn)通過教師操作、學(xué)生觀摩、發(fā)現(xiàn)問題、共同討論和學(xué)生獨(dú)立操作或參與完成實(shí)驗(yàn)、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題兩種形式。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不僅鞏固了學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識的掌握，而且通過查閱資料和集中討論，可以讓學(xué)生接觸到許多在課堂上不曾涉及的知識，使學(xué)生開拓了視野和知識面，培養(yǎng)了自學(xué)的能力；其次，設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)使學(xué)生分析問題和解決問題的能力得到了極大地鍛煉和加強(qiáng)；再者，創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)是分組進(jìn)行的，所以也培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。主要方法有以下幾點(diǎn)。

1.典型案例分析法。如結(jié)合洗滌劑講授表面活性劑的作用，結(jié)合化妝品講授乳狀劑生產(chǎn)工藝參數(shù)的確定，結(jié)合水泥的水化反應(yīng)及陶瓷泥漿的制備講授膠體理論等。

2.學(xué)做結(jié)合法。將材料加工生產(chǎn)中需要用表面物理化學(xué)的理論解決的實(shí)際問題引入到教學(xué)中，以任務(wù)驅(qū)動的方式在教師的指導(dǎo)下讓學(xué)生分析解決，既鞏固了理論知識，又培養(yǎng)了學(xué)生分析問題與解決工程實(shí)際問題的能力，同時貫徹了理論聯(lián)系實(shí)際的原則。

3.實(shí)習(xí)法。將工程實(shí)際的最新科研成果融入教學(xué)中去，使學(xué)生了解材料生產(chǎn)的發(fā)展方向，努力做到與時俱進(jìn)。

（四）考核方式改革

表面物理化學(xué)原有的考核方式為固有考核方式，偏重于知識記憶，課程考核內(nèi)容局限于教材、課堂筆記、老師劃定的范圍和指定的重點(diǎn)，對學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的考核普遍不足，導(dǎo)致上課記筆記、課后抄筆記、考核背筆記的問題突出。表面物理化學(xué)課程考核方式改革，就是按照應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求，把考核內(nèi)容定位在對以往知識的理解和對學(xué)生獨(dú)立思考能力的考查上，即增加應(yīng)用、創(chuàng)新知識的考核，減少單個知識技能的考核，增加知識能力體系的考核。首先改變考核成績的構(gòu)成，加大學(xué)習(xí)過程、到課率、平時作業(yè)、平時表現(xiàn)得分率的成績構(gòu)成比例，適當(dāng)體現(xiàn)階段性考核成績比例，降低期末成績考核的占分比例，將期末考核成績占比設(shè)定為50%，平時成績、單元考核及期中考核成績共占50%，同時建設(shè)、使用試題（庫），逐步實(shí)現(xiàn)教考分離。

三、預(yù)期成果

表面物理化學(xué)是礦物加工工程專業(yè)研究生的必修基礎(chǔ)課。經(jīng)過多年的建設(shè)和改革，已形成完整的教學(xué)體系，教學(xué)水平穩(wěn)步提高。

預(yù)期通過表面物理化學(xué)課程的建設(shè)和改革，建立拓寬專業(yè)基礎(chǔ)、提高學(xué)生整體素質(zhì)、培養(yǎng)適應(yīng)新世紀(jì)需求的高素質(zhì)、復(fù)合型和創(chuàng)新型人才的教育理念，獲得以下成果。

首先，采用研討式教學(xué)，能讓學(xué)生成為課堂的主體，讓其參與老師的討論，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。

其次，基礎(chǔ)理論教學(xué)和前沿科學(xué)研究結(jié)合的教學(xué)方式，讓課堂教學(xué)變得豐富，讓理論和實(shí)踐結(jié)合更緊密，使課堂知識具有新穎性。

第三，注重理論和實(shí)踐相結(jié)合，增加工程實(shí)際范例，注重實(shí)際應(yīng)用。通過項(xiàng)目驅(qū)動提高學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力，通過教學(xué)實(shí)踐提高學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。