李龍江 沈智慧 李先海 黃小芬

（1.貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院 貴州貴陽(yáng) 550025；2 貴州非金屬礦產(chǎn)資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 貴州貴陽(yáng) 550025；3.喀斯特地區(qū)優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)資源高效利用國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室 貴州貴陽(yáng) 550025）

一、背景介紹

教育部印發(fā)了《關(guān)于狠抓新時(shí)代全國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議精神落實(shí)的通知》（教高函〔2018〕8號(hào)），提出各高校要全面梳理各門課程的教學(xué)內(nèi)容，淘汰“水課”、打造“金課”，切實(shí)提高課程教學(xué)質(zhì)量[1，2]。選礦自動(dòng)化是貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院礦物加工工程專業(yè)選修課程，是現(xiàn)代礦業(yè)的必備課程，是礦物加工工程專業(yè)國(guó)際教育認(rèn)證的必選課程，課程屬于非控制專業(yè)的控制類課程[3]。選礦過程自動(dòng)化工作的開展為多學(xué)科技術(shù)力量合作，需要儀表、自動(dòng)控制、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)及選礦等專業(yè)科技人員的互相配合。其中具有一定自動(dòng)化技術(shù)知識(shí)的選礦專業(yè)人員是非常重要的、不可缺少的力量。課程理論性強(qiáng)、涉及多方面的數(shù)理知識(shí)，具有一定深度和難度。在貴州大學(xué)學(xué)校辦學(xué)定位，《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》，《中國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證-礦物加工工程專業(yè)工程教育認(rèn)證標(biāo)》的指導(dǎo)下，遵循理論聯(lián)系實(shí)際的原則，建立一個(gè)包括理論講授、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)在內(nèi)的全方位的課程教學(xué)新體系，以達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

選礦自動(dòng)化屬于貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院礦物加工工程專業(yè)的專業(yè)必修課程和核心課程，2006年課程開始開設(shè)；2011年建立了選礦自動(dòng)化專門實(shí)驗(yàn)室，并使用自編教材《礦物加工自動(dòng)化》。2015年-2017年獲得貴州大學(xué)校級(jí)重點(diǎn)建設(shè)課程資助；2016年調(diào)整培養(yǎng)方案后，根據(jù)工程教育認(rèn)證的要求和礦物加工工程專業(yè)國(guó)家培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，改為《選礦自動(dòng)化》；2017年正式出版了《礦物加工自動(dòng)化》教材。2018年在新工科項(xiàng)目的支持下，卓越工程師十三五規(guī)劃教材《礦物加工測(cè)試技術(shù)》。2019年《在工程教育背景下選礦自動(dòng)化的教學(xué)改革與實(shí)踐》獲得省級(jí)教學(xué)改革項(xiàng)目的資助；在國(guó)家級(jí)一流本科專業(yè)的支持下以及在工程教育背景下，逐漸融入思想政治教育。全面深化改革與應(yīng)用，全面融入課程思政；2021年申請(qǐng)第二批國(guó)家一流課程線下課程建設(shè)并獲得省級(jí)推薦；2021年課程獲得的貴州大學(xué)國(guó)家一流課程申報(bào)重點(diǎn)培育課程資金的資助；2022年進(jìn)行超星線上線下課程建設(shè)。

圖1 課程歷史沿革

二、課程建設(shè)目標(biāo)及亟須解決的問題

課程貫徹國(guó)家“立德樹人”的教育方針，依托國(guó)家一流專業(yè)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、工程教育認(rèn)證畢業(yè)要求、新工科理念，在學(xué)校辦學(xué)定位引領(lǐng)下“厚基礎(chǔ)、強(qiáng)應(yīng)用、重實(shí)踐”，課程體現(xiàn)自動(dòng)化前沿性與時(shí)代性要求，體現(xiàn)跨學(xué)科思維融合、產(chǎn)業(yè)技術(shù)與學(xué)科理論融合、依據(jù)選礦自動(dòng)化學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)與社會(huì)發(fā)展需求動(dòng)態(tài)為核心進(jìn)行課程教育教學(xué)改革，課程培養(yǎng)目標(biāo)如下。

知識(shí)目標(biāo)：學(xué)生應(yīng)具備礦物加工工程專業(yè)高技能應(yīng)用人才所必須的選礦自動(dòng)化理論基礎(chǔ)知識(shí)體系，熟悉構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用輪廓，熟悉自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與維護(hù)，掌握自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用于專業(yè)領(lǐng)域的基本技能。

能力目標(biāo)：較全面地認(rèn)識(shí)、體會(huì)選礦自動(dòng)化技術(shù)，緊跟學(xué)科前沿，拓展認(rèn)知領(lǐng)域和思維空間，能夠結(jié)合專業(yè)學(xué)科技能，創(chuàng)新地應(yīng)用選礦自動(dòng)化的知識(shí)解決礦物加工復(fù)雜的工程問題。

素質(zhì)目標(biāo)：結(jié)合高校課程思政目標(biāo)，學(xué)生深刻理解礦物加工自動(dòng)化在礦物加工行業(yè)的戰(zhàn)略高度和提質(zhì)增效的意義，對(duì)選礦自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展有高度敏感性，有正確的職業(yè)觀念，以及愛崗敬業(yè)，團(tuán)結(jié)協(xié)作的職業(yè)精神。

貴州大學(xué)礦物加工工程專業(yè)2016年通過了國(guó)際工程教育認(rèn)證，2019年通過了6年建設(shè)期限的國(guó)際工程教育認(rèn)證，課程主要支撐畢業(yè)要求的2、3、4、5、10，見表1，從表1可以看出，選礦自動(dòng)化課程對(duì)專業(yè)的畢業(yè)要求支撐力度大。

表1 支撐培養(yǎng)方案的課程目標(biāo)關(guān)系。

課程為非控制專業(yè)的同學(xué)上控制類課程，學(xué)生對(duì)自動(dòng)化相關(guān)的知識(shí)了解相對(duì)較淺，根據(jù)課程目標(biāo)，需要解決以下5個(gè)重點(diǎn)問題。

針對(duì)非控制類專業(yè)的學(xué)生，控制相關(guān)課程基礎(chǔ)薄弱，如何體現(xiàn)多學(xué)科思維融合、產(chǎn)業(yè)技術(shù)與學(xué)科理論融合、跨專業(yè)能力融合、如何開設(shè)好該課程？

在授課內(nèi)容方面，如何提高課程內(nèi)容的高階性、先進(jìn)性、創(chuàng)新性，讓課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)符合學(xué)生成長(zhǎng)規(guī)律，依據(jù)學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)與社會(huì)發(fā)展需求動(dòng)態(tài)更新知識(shí)體系，教學(xué)資源豐富多樣，體現(xiàn)思想性、科學(xué)性與時(shí)代性？

選礦自動(dòng)化課程課堂教學(xué)模式和教學(xué)方法的創(chuàng)新不夠。如何實(shí)現(xiàn)以學(xué)生學(xué)為中心的教學(xué)轉(zhuǎn)變，如何有效融入信息化及數(shù)字化教學(xué)工具，線下課程如何借道線上課程模式，做到理論與實(shí)踐的融合，實(shí)現(xiàn)解決復(fù)雜的工程問題？

課程思政構(gòu)建不成體系，如何通過本課程提升學(xué)生的家國(guó)情懷和創(chuàng)造精神，提升學(xué)生“永遠(yuǎn)不向困難低頭”的礦業(yè)精神和工匠精神？

如何實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)、學(xué)、研、教”相結(jié)合，讓科研融入教學(xué)和反哺教學(xué)，提升學(xué)生的動(dòng)手能力和解決工程實(shí)際問題的能力？

三、課程內(nèi)容改革與資源建設(shè)及應(yīng)用情況

1.課程內(nèi)容改革

課程走訪礦物加工工程專業(yè)的畢業(yè)就業(yè)企業(yè)10余家，拜訪相關(guān)自動(dòng)化車間技術(shù)人員20余人次，了解企業(yè)對(duì)選礦自動(dòng)化人才的需求及對(duì)控制的需求，掌握企業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)，及時(shí)反饋教學(xué)，為適應(yīng)企業(yè)需求重塑教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)行業(yè)需求，編寫并合適教材，讓課程教學(xué)內(nèi)容不斷更新。出版《礦物加工自動(dòng)化》和《礦物加工測(cè)試技術(shù)》教材，教材按工程教育認(rèn)證畢業(yè)要求編寫，穿插大量工程實(shí)際案例，啟迪學(xué)生思維能力。把握知識(shí)前沿，聚焦選礦自動(dòng)化和礦物加工工程專業(yè)的知識(shí)融合，收集先進(jìn)控制案例，實(shí)現(xiàn)多元化案例教學(xué)。通過查閱2010年以來相關(guān)自動(dòng)化期刊1300余篇，專利200余個(gè)，微視頻50余個(gè)，50個(gè)以上有價(jià)值的課程案例以及30個(gè)機(jī)器自動(dòng)控制程序，課件40余個(gè)，并構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)，幫助學(xué)生課下閱讀，掌握前沿自動(dòng)控制知識(shí)，并能把相關(guān)知識(shí)運(yùn)用到工程實(shí)際中。整合教學(xué)內(nèi)容，完善教學(xué)大綱和實(shí)驗(yàn)大綱，構(gòu)建合適的理論教學(xué)體系和實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，并完善選礦自動(dòng)化教案，對(duì)每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行研究，穿插課程思政，提升學(xué)生的家國(guó)情懷和創(chuàng)造精神，提升學(xué)生“永遠(yuǎn)不向困難低頭”的礦業(yè)精神和工匠精神。并依托團(tuán)隊(duì)所在的國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，梳理學(xué)科交叉科研項(xiàng)目作為教學(xué)案例，把科研融入教學(xué)并反哺教學(xué)。

圖2 選礦自動(dòng)化教材建設(shè)

2.教學(xué)資源建設(shè)及應(yīng)用情況

課程組建了中青年老師隊(duì)伍3人，一人為副教授，二人為高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，老師隊(duì)伍的教學(xué)和科研經(jīng)驗(yàn)都比較豐富，并多次在實(shí)踐中帶領(lǐng)學(xué)生獲得國(guó)家級(jí)創(chuàng)新比賽獎(jiǎng)項(xiàng)，為課程提供了強(qiáng)有力的支持。并制作了不同功能的授課小車3輛，實(shí)現(xiàn)觀摩和體驗(yàn)教學(xué)。實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和可編程控制器集成在同一臺(tái)教學(xué)觀摩小車上，集成了先進(jìn)的軟件和硬件系統(tǒng)，上課時(shí)推著小車上課，進(jìn)行功能演示和觀摩，學(xué)生體驗(yàn)，進(jìn)行直觀教學(xué)。

圖3 不同系統(tǒng)功能的授課小車

在礦物加工工程國(guó)家一流專業(yè)，新工科項(xiàng)目，貴州大學(xué)211三期建設(shè)項(xiàng)目和教學(xué)改革研究項(xiàng)目的支持下，建設(shè)和完善了選礦自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)設(shè)備。引入浙江天煌的4臺(tái)套HBCC-2自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)機(jī)，1套溫度，壓力，液位控制實(shí)驗(yàn)機(jī)以及1套西門子教育包實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，購(gòu)買了一套電路板制作平臺(tái)及3D打印設(shè)備，制作了5套S7-200 SMART學(xué)生實(shí)驗(yàn)裝置，2套S7-300實(shí)驗(yàn)裝置，使實(shí)驗(yàn)室的硬件設(shè)備能滿足教學(xué)和實(shí)驗(yàn)需要，也能滿足學(xué)生課余進(jìn)行相關(guān)自動(dòng)控制產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計(jì)的需要，滿足學(xué)生探究式學(xué)習(xí)要求。進(jìn)行考試試卷庫(kù)建設(shè)，建設(shè)了20套試卷庫(kù)，和50套現(xiàn)場(chǎng)考試操作試卷庫(kù)。

四、重塑課程教學(xué)內(nèi)容，深化教學(xué)方法改革

課程內(nèi)容分為10部分，在“厚基礎(chǔ)、強(qiáng)應(yīng)用、重實(shí)踐”的課程建設(shè)要求下，以BOPPPS教學(xué)模式為基礎(chǔ)[5]，以微課微視頻教學(xué)為輔助，分為選礦自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)部分；礦物加工常用低壓電器部分；電器控制設(shè)計(jì)基礎(chǔ)部分；常用自動(dòng)化儀表和技術(shù)部分；控制回路與基本控制算法部分；智能控制部分；過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)部分；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)部分；監(jiān)控組態(tài)軟件部分；生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)與企業(yè)資源計(jì)劃部分；以及實(shí)驗(yàn)部分。根據(jù)各個(gè)部分的知識(shí)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點(diǎn)有針對(duì)性的實(shí)施教學(xué)。

對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)及元器件介紹部分，以學(xué)科前沿講座形式讓學(xué)生了解課程，并結(jié)合學(xué)生當(dāng)前認(rèn)知講解其簡(jiǎn)單工作原理。教學(xué)方法改變?yōu)橐髮W(xué)生自主帶電腦，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)演示教學(xué)，講解軟件模塊以及運(yùn)用到自動(dòng)控制模塊中。

對(duì)于控制理論部分，要求學(xué)生自主帶電腦，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)演示教學(xué)，本部分主要目標(biāo)是把自動(dòng)控制抽象理論怎么和MATLAB的建模仿真軟件結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)模塊化操作和可視化操作，主要運(yùn)用方法為案例教學(xué)法、演示觀摩教學(xué)法，并部分實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，讓學(xué)生走進(jìn)課堂，并穿插老師的科研項(xiàng)目講解，激發(fā)學(xué)生的科研積極性和創(chuàng)新精神。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐教學(xué)部分，首先規(guī)范實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，編寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和實(shí)驗(yàn)教案，增設(shè)綜合性設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，上機(jī)練習(xí)部分目標(biāo)明確，實(shí)驗(yàn)部分內(nèi)容明確，并開設(shè)和專業(yè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

在教學(xué)過程中，要求學(xué)生課前預(yù)習(xí)，查看選礦自動(dòng)化前沿科技知識(shí)，課中通過智能化設(shè)備（手機(jī)、筆記本、數(shù)字化系統(tǒng)）和信息傳播系統(tǒng)（微信，郵箱，QQ）等實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的交互學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示、控制軟件系統(tǒng)的制作等。把授課小車的觀摩性和操作演示性貫穿于整個(gè)教學(xué)過程當(dāng)中。

課后，積極引領(lǐng)學(xué)生用所學(xué)的知識(shí)參加到老師的科研項(xiàng)目中和參加全國(guó)大學(xué)生各級(jí)各類創(chuàng)新比賽，在比賽中提升動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，進(jìn)一步理解選礦自動(dòng)化的知識(shí)體系。

五、課程成績(jī)?cè)u(píng)定及考試方法改革

選礦自動(dòng)化課程進(jìn)行素質(zhì)考查和實(shí)際操作考查，通過實(shí)際操作訓(xùn)練使得自動(dòng)化軟件和硬件操作與理論結(jié)合。學(xué)生成績(jī)多元化處理，平時(shí)成績(jī)20%+實(shí)驗(yàn)成績(jī)20%+現(xiàn)場(chǎng)操作考試30%+期末考試成績(jī)30%。

根據(jù)工程教育認(rèn)證畢業(yè)要求對(duì)課程的評(píng)價(jià)，本課程用補(bǔ)償模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)軟件建立數(shù)學(xué)模型對(duì)畢業(yè)要求的達(dá)成度進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)值必須達(dá)到0.7以上為合格，本課程應(yīng)用了這種綜合性的評(píng)價(jià)方法。

六、課程改革成效情況

按照工程教育認(rèn)證的基本要求補(bǔ)償模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)方法，課程對(duì)畢業(yè)要求的支撐程度要求達(dá)到0.834。2020-2021（2）學(xué)期，貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院李龍江老師課程選礦自動(dòng)化學(xué)生評(píng)教分?jǐn)?shù)為95.369。近兩年學(xué)生成績(jī)穩(wěn)步提升，優(yōu)良率達(dá)到95%以上。實(shí)現(xiàn)了教學(xué)相長(zhǎng)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)老師獲得了寶鋼教育優(yōu)秀獎(jiǎng)1項(xiàng)，貴州省優(yōu)秀教師獎(jiǎng)1項(xiàng)，貴州大學(xué)教育教學(xué)成果獎(jiǎng)1項(xiàng)，省級(jí)教改項(xiàng)目2項(xiàng)。學(xué)生獲得國(guó)家級(jí)省級(jí)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目4項(xiàng)，并積極參加各級(jí)各類大學(xué)生創(chuàng)新比賽，獲得國(guó)家級(jí)一等獎(jiǎng)5項(xiàng)，二等獎(jiǎng)4項(xiàng)，三等獎(jiǎng)7項(xiàng)，省級(jí)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，三等獎(jiǎng)2項(xiàng)，優(yōu)秀獎(jiǎng)1項(xiàng)，校級(jí)特等獎(jiǎng)1項(xiàng)，一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，三等獎(jiǎng)2項(xiàng)，優(yōu)秀獎(jiǎng)1項(xiàng)的好成績(jī)。

圖4 兩年成績(jī)統(tǒng)計(jì)圖

結(jié)語(yǔ)

課程建設(shè)與改革得到省級(jí)教改項(xiàng)目：在工程教育背景下選礦自動(dòng)化課程模式改革研究與實(shí)踐（編號(hào)：2019013），貴州省金課選礦自動(dòng)化線下課程，以及貴州大學(xué)選礦自動(dòng)化線下一流課程培育項(xiàng)目，貴州大學(xué)礦物加工工程國(guó)家級(jí)一流本科專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目、教育部首批“新工科”研究與實(shí)踐項(xiàng)目“礦物加工工程專業(yè)工程教育信息化的探索與實(shí)踐”的資助。