新工科背景下岩矿类课程的教学改革探索

罗龙，谭先锋，瞿雪姣，高儇博，王佳

（重庆科技学院 石油与天然气工程学院，重庆）

一 引言

随着科学技术进步和全球经济时代的到来，人工智能、云计算、大数据等新技术革新已渗透到各个领域，对传统的技术产业和专业人才提出了新的要求，因此，新工科建设是专业改革的必然趋势[1]。油气勘探行业是一个传统优势产业，为了满足智慧化建设需求，急需以新工科建设为引领改革升级[2]。作为专业培养油气地质勘探人才的资源勘查工程专业，必须顺应时代的发展，更新专业建设发展思路，完成专业的改造升级[2]。岩矿鉴定分析能力是油气勘探工作和资源勘查工程专业人才的核心能力之一，主要通过《结晶学与矿物学》《晶体光学与结晶岩石学》《沉积岩石学》等“岩矿类”课程的训练来实现，其中《晶体光学与结晶岩石学》是培养岩矿鉴定分析能力的核心课程[3-5]。

二 实践教学现状

《晶体光学与结晶岩石学》是专业基础必修课，也是后续核心专业课程《沉积岩石学》和《石油地质学》学习的重要先导课程，源勘查工程专业最难的课程之一，该课程教学改革与实践过程存在的主要问题如下：

（一） 传统教学内容、方法和考核方式影响知识向能力转化

课程教学内容严格按照教材内容和教学大纲执行，没有紧密结合学科发展的趋势和前沿，没有将探索性和交叉学科的研究充实到教学设计中，比如知识体系陈旧、融入现代信息技术与大数据、结合人工智能等最新科技成果不够；没有对授课环节进行有效规划与创新整理，制约如何加快知识向能力转化，是大学教学研究面临的重大问题。传统的课堂教学和实践训练相互分离，先理论课再实验课，流水线式教学模式很难打通知识与能力之间的界面障碍。传统考核方式不利于学生对理论知识的应用，制约了知识向能力转化，难以促进学生能力目标培养[6]。

（二） 教学对象参与度不高，学生学习兴趣不高

“以学生为中心的”教育理念，是全面提高中国高等教育质量的必由之路，因此，问学生志趣变方法，创新工程教育方式与手段是新工科建设的重要行动之一。在信息化和智能化等新时代背景下，传统教学和考核方式忽略了教育对象的参与度，忽视了学生学习目标的驱动力，无法激发学生的学习兴趣和动力，导致目前学生在教学过程中参与度低，导致学生学习热情和积极性不高[6]。

（三） 理论和实验课内容多且跨度大，学习难度较大

该课程对理论知识和实践能力均具有较高要求，要求理论与实践相结合，导致学习难度较大。该课程由原来的《晶体光学》和《岩浆岩和变质岩》两门课程合并而成，理论和实验课存在内容多、知识点跨度大、连贯性较差等特点，但课时相对较少，课程进度较快，学生学习难度较大。

（四） 学生学习效果欠佳，创新实践能力不足

基于传统教学内容、方法和考核方式的局限性、学生学习兴趣和难度等方面问题，导致该课程学习效果不理想，课程目标达成度偏低，部分学生创新实践能力不能完全适应油气勘探工作。

三 教学改革与实践

新工科“天大行动”之一：问学生志趣变方法，创新工程教育方式与手段，实际也是一种OBE 理念的目标驱动式教学改革[7]。OBE 理念是以教学结果和产出为导向的新型教学理论,聚焦学习后达到的目标,将传统课堂以教师为中心的教学模式,转变为以学生需求为中心的模式[8]。因此，基于本课程存在的主要问题，本次教学改革与实践从“问学生志趣变方法，创新工程教育方式与手段”为切入点，落实以学生为中心的理念，基于实践教学现状，通过问卷调查、文献调研、资料收集和会议研讨等手段分析国内外石油企业油气勘探的发展现状和具体能力需求，结合《晶体光学与结晶岩石学》课程在油气勘查工作中的能力支撑，系统总结新工科背景下《晶体光学与结晶岩石学》课程教学改革与实践的目标方向。再以“探索建立工科发展新范式”“问产业需求建专业，构建工科专业新结构”“问技术发展改内容，更新工程人才知识体系”等行动方向为导向对该课程进行教学内容、授课计划、教学方式和考核方式进行改革和实践，并建立一套有效的系统评价体系进行动态调整，真正培养学生分析问题和解决问题的创新实践能力（图1）。

图1 研究技术路线图

（一） 课程知识能力需求调研分析，融入思政教育

通过问卷调查、文献调研、资料收集和会议研讨等手段充分调研总结国内外油气勘探过程中对岩矿类课程知识能力的需求，进一步明确课程培养目标。基于行业对专业和课程需求趋势调研，结合国际形势和国家发展态势，坚持把立德树人作为中心环节，分析课程与思政教育的结合点，从课程-专业-行业- 国家不同层面加强思想政治教育，实现全程育人、全方位育人，提升学生学习兴趣和动力。

（二） 优化教学内容和授课计划，理论和实验有机结合

教学内容不能局限于教材，要结合学科发展趋势和前沿研究热点，尤其要将探索性和交叉学科的研究充实到教学设计中。基于油气勘探工作和专业竞赛对课程知识能力需求，以科研内容充实教学内容、以科研平台锤炼创新实践、以科研成果凝练课程特色、以科研问题设计教学项目、以油气勘探实践建设典型案例等方式，重视科教融合和产教融合，培养学生的岩矿鉴定分析和地质创新思维能力。另外，通过国内外学术前沿成果和实践经验改进、更新和完善教学内容。

如何加快知识向能力转化，是大学教学研究面临的重大问题。传统的课堂理论教学和实验训练相互分离，不利于促进知识向能力的转化。调整理论课和实验课的授课计划，依托升级的“数码互动偏光显微镜实验室”和引入“偏光显微镜下未知矿物鉴定方法和自测虚拟仿真系统”的实验设备和互动系统把理论内容和实验操作有机融合，学生可及时把理论知识应用到实践操作中，促进专业知识向专业能力的转化，强化学生岩矿鉴定操作能力。

（三） 改进传统教学和考核方式，探索“学-赛-研”结合的教学考核方式

采用模型教具、3DMAX、PowerPoint 等工具研制交互式课件，融入动画模型，充分利用建成的“翻转课堂”教室，激发学生的主观能动性和学习积极性，促进学生对知识的理解和掌握。另外，可依托实验室和自测虚拟仿真系统增加学生互动和及时操作，及时提升学生岩矿鉴定操作能力。适当引入案例教学，引导学生把计算机和大数据等新技术应用于岩矿鉴定和定量研究，在可加快理论知识向实践能力转化，同时可以培养学生地质创新思维能力。充分应用慕课、微课等手段，建设新形势下《晶体光学与结晶岩石学》的在线公开课程，学生可以自学、课后复习、练习和自测等，同时应合理地对学生开放实验室，学生可以课后自学和熟悉实验操作，重点培养学生岩矿鉴定操作和系统分析能力。

传统考核方式重点强调学生对课本理论知识的掌握及专业技能力，忽略了学生的应用能力和创造性考核。本研究采用闭卷考试和开卷考试，传统考试和非标考试相结合，闭卷考试以常规基础理论知识考核为主，开卷考试以案例分析和非标考核为主。以科研项目和专业竞赛题目为依托，鼓励学生围绕科学问题自主探索和实践。引导本科生早进课题、早进实验室、早进科研团队，利用科研成果开设新的实验项目，培养学生利用课程知识分析和解决问题的能力。引导学生积极了解和探索大数据和计算机技术在岩石矿物鉴定中的应用趋势，比如计算机和大数据分析在岩石矿物识别和定量计算方面的应用，利用大数据分析和计算机软件建模对岩石矿物组成进行空间预测，培训学生的实践和创新能力。探索“学- 赛- 研”相结合的教学考核方式，培养学生的“岩矿鉴定操作能力”“岩矿系统分析能力”和“地质创新思维能力”。

（四） 建立系统的评价体系和动态调整机制

教学实践改革是否有效，重点在于能力培养目标是否实现和是否能支撑油气地质勘探需求。在充分调研《晶体光学与结晶岩石学》课程目标在油气勘探现场的应用现状，建立了一套新的课程评价体系，对评价结果要进行及时的反馈，综合判别课程培养目标达成度是否达标，对不合理的环节要进行及时的更正，并及时调整相关的改革思路。评价方法可以分三个方面：

①课堂反应和平时成绩评价分析

关注学生课堂反应，课后交流及时了解班级学生学习情况。另外，通过课堂练习和平时作业分析学生学习效果。通过课堂反应和平时成绩及时评价课程教学效果，对不合理的教学环节和方式进行及时的调整和修改。

②实验操作和实验报告评价分析

依托新建的“数码互动偏光显微镜实验室”的实验设备和互动系统可以及时了解学生理论知识和实验操作能力，结合实验报告进一步评价学生的理论知识的实践应用能力。根据实验操作和实验报告评价分析结果，及时调整理论和实验课程同步授课方式和计划。

③案例分析和期末考试评价分析

本项目拟采用闭卷考试和开卷考试，闭卷考试以常规基础理论知识考核为主，开卷考试以案例分析为主。通过期末试卷和案例分析报告的成绩分析进行课程达成度计算和课程质量分析，综合评价课程教学效果，及时调整下学期的教学内容、教学计划和教学方法。

④后续课程和勘探现场跟踪调研

首先，跟踪调研后续“沉积岩石学”课程学习情况，分析本课程能力目标支撑情况，及时调整完善课程教学内容和方式。另外，要利用工程教育认证环节，充分调研本课程在油气勘探现场工作中的能力支撑情况，进一步完善本课程的教学和考核方式。

四 效果分析

在新工科建设背景下，通过教学改革创新，取得了较为显著的成效：

①知识体系更加优化，学习目标更明确，学习难度降低。②学习兴趣明显提高。③学习效果转好，课程目标达成度明显提高，学生在专业竞赛中表现优异，不断获得新突破，申请获批多项科技创新项目。④改革创新成果具有延伸意义。