《矿物材料》课程教学与实验内容的几点思考
1.引言
当前社会发展对高等学校培养人才提出了很高的要求，要求培养出的人才有独到见解、创新性思维及自主动手能力，即要培养出创新与研究型并为社会需求的人才[1]。这些对人才培养的目标要求，对高等学校的课程设置及教学过程提出了更高的要求。经过20余年的研究与发展，《矿物材料》已经成为我校材料科学与工程专业中一个相对独立和完善的特色组成部分，是材料科学与工程专业中重要的教学部分。矿物材料是利用各种非金属矿物资源，通过选矿提纯、超细粉碎、表面改性和化学提纯等加工工艺，制备出的具有各种用途的材料[2，3]。随着科学技术的发展和社会的进步，矿物材料在节能减排、环境保护、生态修复、催化、农业等领域获得了非常广泛的应用，矿物材料将为我国目前面临的严重的环境、生态及能源问题提供一条新的有效的解决途径。对于我校材料科学与工程专业来说，扎实的基础，宽厚的知识面，丰富的实践锻炼和较强的创新意识，是未来创新型人才培养的重要方面。对此，我们在《矿物材料》课程教学改革中围绕这几方面，做了一些有意义的探索和尝试，并取得了一些成果。
2.凝练课堂教学内容
《矿物材料》是材料科学与工程专业的专业必修课。总计学时为40学时，其中24学时为理论教学，16学时为实验教学。如何利用这24学时的课堂教学将《矿物材料》最核心的内容讲好，长期以来一直是我们探讨和关注的问题。经过近几年探讨，我们将《矿物材料》核心内容归纳为矿物材料制备技术，并具体化到各种典型的功能矿物材料，如以沸石、膨润土、高岭土、石英等为主要成分的矿物材料[4]。同时，矿物材料的应用方面是必须加以说明和解释的。我们重点介绍矿物材料在环境保护、土壤修复、催化和农业中的应用原理、应用现状及应用前景，让学生对矿物材料的应用有很深的印象。
3.改进教学方法与教学手段
本课程的教学方法和教学手段多样化，主要手段包括：课堂讲授、课题讨论和研究型学习，以期学生能够在掌握矿物学基本知识的基础上，对矿物材料及其应用有深入了解和认识。通过这些教学方法和手段，能开阔视野，扩大知识面，激发学习兴趣。
课堂讲授是本课程教学的主要环节，采用启发引导、灵活互动的教学方法，主要以多媒体方式（PPT文件）为主，配合图片、教学课件等辅助方式。此种方式可以集成大量信息，可以提高教学效率并调动学生的积极性。我们补充了相关可以提高学生兴趣、增强知识性的内容。如在讲授矿物材料的环境功能时，介绍了矿物材料治理蓝藻新进展；在讲授矿物材料在农业中的应用时，介绍了矿物材料提高粮食产量和作物质量的实验。通过这些实例，说明矿物材料的前沿及其未来的广泛应用前景，这不仅开阔了学生的视野，而且大大激发了学生的学习热情。使学生认识到，原来矿物材料还有如此大的用处。课题讨论是我们新进引入的一种有效的教学手段。课题由教师指定分配或者学生自己选择有关矿物材料的课题，并在课堂上做主题报告。经过三年实践，我们发现此举不仅激发了学生的学习热情，提高了学习兴趣，而且使学生对矿物材料的认识更加深入，对其应用能提出一些新的思路。
研究型学习注重学生的科研兴趣和能力培养，及时介绍学科中的某些前沿和存在的基本问题，保持教学内容的新颖性和实践性。这样一方面做到科研与教学相结合，拓宽学生知识面，另一方面给学生独立思考的机会，开阔学生思维和科研创新意识。除此之外，我们还有意识强调平时成绩的权重，相对淡化期末考试，从一个侧面督促学生重视和抓紧平时的学习。
4.拓宽知识面，激发创新思维
目前，我国高等教育普遍存在的问题就是学生知识面较窄，创新性不强。我们在讲授《矿物材料》课程时，十分注重学生知识面的拓宽，因为知识面的扩宽，有利于同学创新思维、思考问题、解决问题。这样就可以进一步理解和巩固所学的知识，并能提高学生学习积极性，同时还可以将本课程的知识与其他课程相结合，提高他们发现问题、分析问题、解决问题的能力，增强他们的学习主动性。如在讲授矿物材料在农业中的应用时，我们从古代将石灰应用在农业生产说起，逐步拓展到矿物材料在天然肥料、土壤改良剂、复混肥、饲料添加剂、农药、菌肥载体、作物生长调节剂等方面的应用，分析矿物材料在农业上应用的基本原理，使学生对矿物材料与农业生产的关系有了全新的认识。在讲授矿物材料在污水处理中的应用时，从处理污水的原理出发，分析矿物材料在处理污水中的作用。通过知识面的拓宽，学生的学习热情高涨，创新思想得到一定程度的提高。有学生指出，目前阻碍TiO2光催化应用的回收问题，可否通过与蒙脱石这样的层状矿物材料的复合得以解决。这是一个很有前途的创新性设想，我们就让学生专门找相关文献，并在后续课程中进行深入的探讨。
5.实验教学内容利于促进学生兴趣与创新能力结合
在实验教学内容设计中牢固树立以“兴趣为出发点，创新能力培养为目标”的实验教学观念，探索实验教学的改革内容，建立和实施以基本操作技能和创新设计能力并重的实验教学体系。实验教学内容设计要特别体现出学生的兴趣与爱好，培养学生将科学实验变成一种自觉的行为，使学生在完成科学实验的过程中具有乐趣感与成就感，激发学生的创新性意识。因此，在实验课程实施中应充分尊重、激发学生的兴趣，提高学生发现问题、解决问题的实际能力。
为了做到这一点，我们在设计与实施实验教学内容时通过学生自己制备矿物材料并对其进行简单地应用提高学生的兴趣。让学生将研究型实验当做一件有趣的事情完成，不要形成负担或强大的压力。让学生自觉将完成这个实验变成一种生活乐趣。这样做有利于学生完成实验时身心愉快，能够最大限度地培养与发挥学生的观察能力与思维创新能力。
具体来说，我们设计了一系列有关沸石矿物材料的制备及初步应用的实验。沸石是一种优良的吸附剂，因此，本实验以河南上天梯的沸石为原料，通过离子交换技术制备H型沸石，再将H型沸石与凝胶进行结合，制备出具备一定吸附性的吸附剂，并将其应用于对水和气体的吸附实验。该实验的设计系统化、科学化，将矿物材料的制备技术与应用有机结合，使学生产生浓厚的兴趣与实验热情，取得了良好的效果。
6.良好的教学效果
我们在《矿物材料》教学改革和课程建设方面付出的努力，得到了各方面的承认和广泛的好评。该专业老教授听课后认为，课程内容新颖，教学手段丰富，方法得当，注重理论和实践的结合，大量实例增强了课程的趣味性和应用性，实验教学内容设计系统而科学，在培养学生创新性思维及自主动手能力方面进行了有益的探索。学生普遍认为，通过矿物材料学课程，他们对矿物材料有了全新的认识，改变了传统的看法，尤其是矿物材料实验教学内容设计新颖，趣味性强，并有最终的产品得到，可以付诸实际应用，改变以往实验教学内容的演示性和不系统性。
当然，我们取得的这些成绩与学校和其他各方面的支持和帮助是分不开的，激励我们继续努力，不断结合学科发展更新教学内容、改革教学方法和手段，进一步强化教学效果，使《矿物材料》成为一门精品课程，为国家培养精品人才作出贡献。
