[出处] 教育教学论坛_2022年第22期

李侠 蒋海明 屈启龙

[关键词] 生物冶金;引领作用;教学内容;教学方式

[基金项目] 2018年度国家自然科学基金项目“生物预处理对白云鄂博矿矿石中铌矿物可选性影响机制研究”（51864037）;2021年度内蒙古自然科学基金项目“铌矿组合捕收剂及其在铌矿物表面协同吸附组装机制研究”（2021MS05066）;2020年度内蒙古自治区教育科学研究“十三五”规划课题“生物工程设备实物教学模型设计与制作研究”（NGJGH2020140）

[作者简介] 李 侠（1979—），女（满族），辽宁锦州人，工学硕士，内蒙古科技大学矿业与煤炭学院副教授，主要从事金属矿选矿及矿产资源综合利用研究。

[中图分类号] TD925;G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）22-0121-04 [收稿日期] 2021-12-27

面向21世纪的矿物加工人才培养目标是“培养具有扎实的物理学、化学、生物学、材料科学等基础知识，能综合运用矿物加工、材料科学和生物技术等领域的研究方法和现代技术手段，具有独立从事资源加工的研究工作和解决实际问题能力的创新型复合拔尖人才”[1]。目前在矿物加工人才培养过程中，已经把生物学与矿物加工传统技术所依靠的理论依据物理学和化学放在同等位置上，充分显现了生物技术在资源加工中的重要作用。

生物冶金俨然已是矿物加工学科中的一个重要方向，逐渐得到各方的重视[2]。生物冶金的产业化案例越来越多，但有关资料显示，国内目前缺少专门培养生物冶金方面人才的高校。“生物冶金”课程的开设对生物冶金人才的培养起到十分重要的作用，尤其是内蒙古科技大学地处我国西北偏远地区，肩负着为西北部矿业培养生物冶金人才的重任。内蒙古科技大学矿物加工工程专业从2016年开始开设“生物冶金”课程，作为该课程团队的负责人，笔者已经连续三年主讲该课程，一直在探索教学内容、教学方法的改革，以及激发学生学习生物冶金动力的方法。通过“生物冶金”课程的学习，学生不仅能掌握生物冶金的原理、工艺及应用，同时能提高学生对矿物加工工程专业的兴趣及对专业的认同感[3]，为我国矿业的发展贡献自己的一份力量。

一、通过讲述生物冶金的前世今生，激發学生学习生物冶金的动力，使绪论课发挥引领作用

根据内蒙古科技大学矿物加工工程专业的培养方案，“生物冶金”被安排在大四学年第一学期进行授课。此时学生已经具备矿物加工工程专业传统磁重浮理论知识，具有一定的自我满意度，再加上学生面临考研和就业压力，对学习一门新的跨学科专业选修课兴趣度很低，因此，“生物冶金”课程授课难度非常大。绪论课在教学工作环节中起着不可忽视的作用，一堂好的绪论课是一场动人的演说，是一次求知欲望的激发，它不仅可以使学生全面地了解课程的基本内容，而且通过绪论课学生可以看到生物冶金技术在矿物加工行业的应用前景。因此，笔者精心设计了如下绪论课内容。

第一，情景引入生物冶金的“前世”，即生物冶金在古代矿物加工中的应用，凸显生物冶金技术与磁重浮传统的矿物加工技术的同等重要性，以及在古代的铜资源提取中就扮演重要的角色。生物冶金技术虽然是20世纪50年代以后逐渐发展起来的高新技术[4]，但是我国早在公元前2世纪就开始采用微生物湿法冶金技术[5]。西汉初年淮南王刘安及门客李尚、苏飞、伍被等共同编著《淮南万毕术》中就有“曾青得铁则化为铜”的记载;东汉时现存最早的中药学经典著作《神农本草经》也有“石胆……能化铁为铜”的描述;北宋张潜在《浸铜要略》中写到，用“胆水浸铜”“以铁投之，铜色立变”。上述历史记录都是生物冶金技术在古代应用的实例，用细菌法浸出铜以后，再加铁置换出海绵铜。这充分说明了生物冶金在矿产资源提取发展过程中发挥的重要作用。

第二，情景引入生物冶金的“今生”，即生物冶金在当今矿产资源提取中的应用。讲述从国内最早安徽铜陵有色金属公司的松树山浸矿的应用到福建紫金集团及江铜集团生物堆浸的应用。生物冶金之所以应用日益广泛，主要源于它的技术优势：设备投资少、生产费用低、环境污染轻且易治理。将紫金集团的紫金山金铜矿火法炼铜和生物提铜工艺流程对比，讲述生物冶金的优点，其中生物法能源消耗、水消耗、温室效应、酸化效应远远低于火法炼铜，通过这个知识点的讲解学生了解了生物冶金和火法冶金工艺流程的区别，增强了对生物湿法冶金的认识。通过对生物冶金“前世今生”的讲解，学生已经基本了解了生物冶金的应用、生物冶金原理和工艺优势，并对课程有了一个全面了解，只需全面进入一个全新的生物冶金世界感悟与洞察。

第三，介绍在生物冶金方向比较具有代表性且科研成果丰富的中南大学资源加工与生物学院邱冠周院士的生物冶金团队及东北大学冶金学院杨洪英教授团队。重点介绍这两个团队目前的研究方向、研究内容及已完成和在研的一些代表性课题。笔者认为这个内容非常具有实用性，可以说“一箭三雕”：一是学生可以了解到高校生物冶金研究团队已经取得的科研成果及生物冶金的研究现状;二是可以使考研的学生醍醐灌顶，不仅增加了对矿物加工工程研究方向、导师及科研团队的了解，也为自己的考研方向及导师的选择增加了一个新的有潜力的选项;三是科研团队生物冶金的横向课题合作企业的介绍，对于学生的就业具有一定的指导作用。经过两年多来的实践，绪论课对学生学习“生物冶金”课程的指引作用，对考研、就业的指导作用非常明显，教学效果显著。

二、积极改进教学内容，在讲授“生物冶金”课程内容的同时不乏趣味性

在生物冶金中目前应用的菌种主要为细菌和放线菌，因此在“微生物学基础”的授课内容中，需要讲授细菌和放线菌两个知识要点，但内容相对比较枯燥。日常生活中每个人都有可能服用抗生素，抗生素其实就是来源于种类丰富的放线菌。目前已分离和发现的抗生素有4000多种，其中应用比较广泛的有50多种，比如用于人类疾病临床治疗的红霉素、氯霉素、庆大霉素、链霉素、金霉素及卡那霉素。因此，在授课内容设计上，可以以抗生素为切入点讲授细菌的主要结构和抗生素抑菌作用机理。细菌的主要结构有细胞壁、细胞质膜、核物质（核酸）与细胞质及其内含物。抗生素抑菌作用机理包含四种方式，对细菌细胞壁合成的抑制、细胞膜与抗生素相互作用、对核酸转录和复制的抑制，以及对蛋白质合成的干扰。从抗生素的抑菌作用可以看出抗生素就是通过破坏细菌的四种主要结构以达到抑制细菌生长的目的。因此，在这个知识点的安排上，通过对抗生素的讲解，不仅引起了学生对细菌和放线菌的兴趣，同时加强了学生对细菌和放线菌知识点的理解和掌握，起到了较好的教学效果。

在矿物加工的专业课中，主要讲授一些传统矿物资源的加工、分离及提取工艺，对于战略资源铀矿谈之甚少。对于当前的矿物加工工程专业的学生来说，专业知识的掌握不应停留在传统的矿物资源的提取上，更应掌握战略金属资源的提取。世界金属矿产资源争夺的重点已经从基本金属转向战略金属，因此，在铀矿石的微生物浸出授课内容中，应涉及铀、铀矿资源的介绍及铀矿生物浸出机理与工艺过程，重点讲授三个内容：（1）铀生三子，各不相同，使学生了解铀的三种同位素;（2）我国铀矿资源需求状况及铀矿资源特点;（3）原位微生物技术在铀矿提取中的应用及技术发展关键。

铀生三子是指铀234、铀235和铀238三种同位素，其中发生不了核裂变的是铀234，通常不能发生核裂变的是铀238，非常容易核裂变的是铀235。铀矿是用来提取核燃料铀的。开采出来的铀矿石，其中铀235的含量很少，而核电站发电所用的燃烧棒中铀235含量的标准是3%，因此，开采出来的铀矿石需要经过多道加工、提纯、浓缩环节，使铀235相对含量提高。我国是全球核电站在建规模最大的国家，与此相应的铀资源需求将急剧上升，据测算，到2030年，我国核电天然铀需求将过2.2万吨，消耗铀资源储量约3.14万吨。我国铀矿资源特点是低品位且难处理。原位生物浸出法提取铀在近二十年发展迅速，是非常前沿的技术。由于大多数铀矿石或多或少地含有一些硫化物矿物，尤其是黄铁矿，因此，微生物原位浸出技术进入人们的视线。目前，世界上16%的铀来自生物浸出，铀的原位生物浸出将是重点研究方向。在铀矿的生物冶金技术研究中，专属浸矿菌的选育、驯化及工业扩大培养、浸矿过程监测与调控等是技术发展的关键。

三、恰当引入思政元素，达到专业育人和思想政治育人的双重目标

以国内最早的生物冶金技术应用矿山——安徽铜陵有色金属公司的松树山浸矿为例，讲授铜矿石生物浸出技术。松树山是铜官山铜矿的矿床之一，铜官山铜矿的开采历史久远，在古代就有记载。今安徽省池州市贵池区即唐代的秋浦就属于铜官山矿床，在唐代时是著名的银和铜的产地之一，唐代大诗人李白来到秋浦，写下描写和歌颂冶炼工人的诗歌《秋浦歌其十四》，这首诗歌通过正面描写，歌颂了冶炼工人，在我国浩如烟海的古典诗歌中较为罕见，极为可贵。这首诗歌对冶炼工人的歌颂，不仅反映了唐代矿冶的繁荣，也体现了古人的勤劳质朴及对本职工作的热爱，通过课堂引入这首诗歌，可以大大增强学生的民族自豪感，提升学生对矿冶工程的文化自信。

当今，我国在核电站建设规模上全球领先。铀是核电站使用的核燃料，核电发展对铀资源需求巨大，而其中60%以上的天然铀需要从第三世界国家进口，所以我国亟待开发低成本、绿色开采铀的工艺技术。原子弹的威力及切尔诺贝利和福岛核事故，不免使不少人对铀的放射性产生恐惧心理，担心核电站会影响自己的生命安全。从切尔诺贝利核电事故教训中，向学生牢固树立安全发展理念，无论是传统的矿物加工方式还是生物冶金，抑或是矿冶工程行业，一定要坚持“生命至上、安全第一”的底线思维，工作中一定要认真按照操作规程进行，不能以自己的工作意愿行事。

四、丰富教学方式，使“灌输式”学习转变为自主学习

传统的教学方式属于“灌输式”学习，必须改变传统的教学方式，使“灌输式”学习转变为自主学习，激发学生的学习动力与热情，使其主动参与学习，享受学习获得的满足感与愉悦感[6]。而这正是现在的大学生最缺乏的一种感受。笔者认为，教师在上课的过程中应该不仅讲授知识，更应该让学生深层次地理解掌握知识，使其内化为自己的知识体系，从中获得获取知识后的满足感与愉悦感，从而将负荷式学习转变为享受式学习。

（一）情境引入

正如《论语·雍也》所说：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”情境引入是为了吸引听众，让受教者的动機得到塑造。例如，在微生物湿法冶金发展中引入古代微生物湿法冶金的应用情况。《山海经》中就有“又西六十里，曰石脆之山，……其阴多铜。灌水出焉，而北流注于禺水。其中有流赭，以涂牛马无病”的记载。到了唐朝有了官办湿法炼铜生产，宋朝发展更盛。这些引入使学生了解到微生物湿法冶金历史之悠久，生物冶金技术是资源加工提取的重要技术，从而使学生受到启发，自然而然地走进“生物冶金”课堂探究生物冶金的奥秘。

（二）研讨式教学

在部分章节教学内容讲授之后，教师列出一定的讨论题目，要求学生查阅资料后进行课堂讨论，最后由教师总结归纳。在查阅资料过程中，学生可以进一步强化对基本概念、基本理论、重点内容的理解，并发现自己的疑问和见解;在课堂讨论过程中，学生可以针对这些疑难点问题展开讨论，越争越明，越辩越清，从而彻底理解疑点、难点问题，获得学习新知识的成就感，从而促使自己进一步学习获取新知识，提高教学效果。

（三）摘要總结

对课堂所学内容进行摘要和总结，通过这一过程实现对课堂精华的总结，使重点难点得到回顾和强化[7]。现在的课程教学主要采取多媒体方式，信息量大，不像传统教学以板书为主，主要内容一目了然，因此在多媒体教学中摘要总结非常重要。在摘要总结过程中，学生可以据此更加清晰地了解自己对知识点的学习情况及与目标的差距，可以更好地实现学习内容的整合及重点难点内容的巩固与加深。

（四）学术论文的撰写

结合课堂教学内容，布置当前生物冶金方面的小课题，要求学生撰写小型学术论文，提高收集文献、阅读文献和撰写综述类论文的能力。小论文的撰写过程可以让学生进一步了解当前该课题领域的研究现状、发展趋势及相应试验研究方法，同时能不断发现知识的不足及时补齐自己的短板，进一步开拓了学生的学术创新思维。因此，小论文的撰写是“生物冶金”课程中一个非常有效的研究性学习过程，让课下的课程学习完全成为一个自主式学习过程，为科技论文的撰写及研究生的学习打下夯实的基础。

生物冶金对低品位矿产资源的综合利用具有重要的意义，但是新兴学科起步较晚，受到的重视程度较低，课堂教学效果不佳。因此，“生物冶金”课程的教学内容和教学方法需要不断研究、探索，努力做到学以致用。在教学过程中，注重科研成果的引入，既可以丰富教学内容，又可以起到润物细无声的教学效果。良好的教学效果需要有效的教学方法，应用多种教学方法进行多角度的课堂设计，认真上好每一节课，使教育教学效果最大化。