矿物加工“分子模拟”课程思政教学改革与探究
柯宝霖李显波
［摘要］为了贯彻落实矿物加工工程专业中“分子模拟”课程的立德树人功能，进一步提高矿物加工工程专业学生的家国情怀、社会责任感与科学素养，让思政元素与先进科学知识在矿物加工工程专业学生培养过程中发挥协同促进作用，深入挖掘了矿物加工工程专业“分子模拟”课程的思政元素，重点探讨了使用分子模拟技术辅助矿山高效绿色浮选药剂研发教学内容中的思想政治设计，以及掺杂晶体模型的构建及杂质形成能计算教学中的思想政治设计，并对矿物加工“分子模拟”课程思政具体案例进行了解析。
［关键词］课程思政；分子模拟；矿物加工工程；教学改革
［基金项目］2018年度贵州大学引进人才科研项目“硫化矿浮选伽伐尼作用机制研究”（201803）
［中图分类号］G642.0［文献标识码］A［文章编号］1674-9324（2023）26-0092-04［收稿日期］2022-12-31
第一性原理分子模拟理论、国内外超级计算平台建设及计算软件开发的高速发展，使得分子模拟计算实验成为材料、冶金、医药及矿业工程等领域科学研究的最重要的方法手段之一［1］。近年来，分子模拟方法在矿物加工绿色高效新型药剂研发的研究中取得了大量成果［2］。矿物加工工程是研究矿物分离的一门应用技术学科，其学科目的是将有用矿物与脉石矿物分离，从而实现对有用矿物（如黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、煤等）的高效回收利用。然而，各类常见矿物的晶体结构、矿物表面结构及浮选药剂在矿物表面的吸附机理等较为抽象，对于本科学生而言，仅依靠传统教学方法进行授课难以深入理解与掌握。因此，有必要教授矿物加工工程专业学生学习分子模拟技术，使矿物加工工程专业的学生可以通过分子模拟计算实验构建矿物分子模型，加深对各类常见矿物的晶体结构、矿物表面结构及浮选药剂在矿物表面的吸附机理的认识与理解，为培养矿物加工工程专业学生的创新能力打下坚实的基础。目前，矿物加工工程专业常用的分子模拟方法包括密度泛函理论、分子动力学及蒙特卡洛方法。
立德树人是高等院校矿物加工工程专业的根本任务。2016年12月，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，要用好课堂教学这个主渠道，思想政治理论课要坚持在改进中加强，其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应［3］。所谓课程思政，是指以构建全员、全程、全方位育人格局的形式使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应，把立德树人作为教育的根本任务的综合教育理念［4-5］。对于矿物加工工程专业而言，如何在矿物加工专业“分子模拟”课程中落实课程思政与分子模拟专业知识的有机结合，提高矿物加工工程专业学生的家国情怀、社会责任感与科学素养，既是对矿物加工工程“分子模拟”课程教学的挑战，同时也是充分落实矿物加工工程专业中“分子模拟”课程立德树人功能的良好机遇。
本文对矿物加工工程专业“分子模拟”课程的思想政治案例设计的教学改革进行了探索，设计了课程思政与分子模拟专业知识有机结合的具体案例，并且建立了学生反馈与持续优化改进机制，对本课程教改实施后存在的问题与取得的效果进行了分析，为实现分子模拟科学知识与思想政治理论同向同行、形成协同效应的目的进行探索并提供一定的实践参考。本教学案例中，分子模拟计算使用的软件是MaterialsStudio软件，重点涉及该软件中应用密度泛函理论的Castep与DMol3模块，以及应用分子动力学理论的Forcite模块。
一、设计课程思政与分子模拟专业知识有机结合的具体案例
设计具体案例是发挥课程思政与分子模拟专业知识协同效应的主要手段，是在矿物加工工程专业“分子模拟”课程中实现科学知识与思想政治教育有机结合的具体体现。本文针对矿物加工工程专业“分子模拟”课程的特征，进行了如下具体思想政治案例设计。
（一）矿山高效绿色浮选药剂分子设计——“不同类别分子模型的构建”教学中的思想政治设计
矿物加工工程专业“分子模拟”课程思政教学要素与关系如图1所示。
1.知识学习。掌握矿物加工浮选常见药剂的分子模型的构建方法，了解分子模型几何优化与能量计算的基本原理。
2.能力培养。能够熟练进行浮选药剂分子模型构建，能够有针对性地选择药剂官能团设计新型浮选药剂分子构型，能够比较分析不同药剂分子的结构、能量与电子性质。
3.素质培养。（1）科学素养。以常见的矿物加工浮选药剂为研究对象，针对矿山高效绿色浮选药剂分子开发设计问题，通过选择合适的官能团构建浮选药剂分子模型，使用密度泛函理论实现被设计浮选药剂分子的几何优化与分子结构能量、态密度、Homo值、Lumo值及福井函数的计算，使矿物加工工程专业学生具备运用分子模拟软件构建浮选药剂分子结构的能力，且能进一步理解浮选药剂微观分子结构与其浮选性能之间的