冶金工藝案例庫(kù)建設(shè)與教學(xué)的原則和方法

肖賽君 趙卓 樊友其 韓召

摘 要 案例教學(xué)在工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。對(duì)于冶金工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)，結(jié)合冶金工藝案例開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)有利于促進(jìn)冶金工藝?yán)碚撆c生產(chǎn)實(shí)際的結(jié)合。本文首先對(duì)有色冶金與黑色冶金工藝共同特性進(jìn)行分析研究，在此基礎(chǔ)上提出了案例庫(kù)建設(shè)的基本原則和方法，最后，總結(jié)了有效開(kāi)展案例庫(kù)教學(xué)的三條基本原則。

關(guān)鍵詞 冶金工藝 案例庫(kù) 案例教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Principles and Methods of Construction and Teaching

of Metallurgical Processes Case Database

XIAO Saijun， ZHAO Zhuo， FAN Youqi， HAN Zhao

（School of Metallurgical Engineering， Anhui University of Technology， Maanshan， Anhui 243002）

Abstract Case teaching is used more and more widely in Engineering Technology Teaching. For metallurgical engineering teaching， combined with metallurgical processes case to carry out teaching activities can promote the production of metallurgical processes theory and practical combination. This article first non-ferrous metallurgy and metallurgical processes common characteristic black analysis， on the basis of the basic principles and methods presented case base construction， finally， the establishment of three basic principles for effective teaching in the case base.

Key words metallurgical process; case database; case teaching

0 前言

案例教學(xué)法自1910年在美國(guó)哈佛大學(xué)法學(xué)院正式引入課堂教學(xué)以來(lái)，日益受到高等教育界的重視和歡迎。①上世紀(jì)八十年代開(kāi)始，案例教學(xué)開(kāi)始全面引入我國(guó)，主要用于法學(xué)、管理學(xué)等人文社會(huì)科學(xué)，散見(jiàn)于工程技術(shù)類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)。②近幾年，為解決工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)教育中出現(xiàn)的新問(wèn)題，案例教學(xué)法開(kāi)始系統(tǒng)的引入工程技術(shù)類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)中。2007年麻省理工學(xué)院發(fā)起一項(xiàng)工科本科生教改項(xiàng)目：“Gordon工程領(lǐng)導(dǎo)力計(jì)劃”，③校友伯納德·戈登為這個(gè)項(xiàng)目捐贈(zèng)了2000萬(wàn)美元，使它成為麻省理工學(xué)院有史以來(lái)投入最大的一個(gè)本科生課程改革計(jì)劃。該計(jì)劃培養(yǎng)方案中一個(gè)最重要的思想就是在完成基礎(chǔ)課教學(xué)之后，專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)全部以案例和項(xiàng)目的形式展開(kāi)。

我國(guó)工科類(lèi)院校近幾年也開(kāi)始重視案例教學(xué)在工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用。④2010年，重慶科技學(xué)院出臺(tái)《實(shí)施案例教學(xué)提高課堂教學(xué)質(zhì)量的暫行辦法》，重點(diǎn)建設(shè)與石油、冶金行業(yè)緊密結(jié)合的案例庫(kù)。⑤2011年下半年開(kāi)始，北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院開(kāi)始嘗試建立鋼鐵冶金專(zhuān)業(yè)教學(xué)案例庫(kù)，該項(xiàng)目實(shí)施的一個(gè)特色是聘請(qǐng)鋼鐵企業(yè)技術(shù)人員來(lái)校進(jìn)行案例教學(xué)。⑥雖然我國(guó)引入案例教學(xué)法時(shí)間較早，在國(guó)內(nèi)也被越來(lái)越多的人所接受，并列入了各高校的教學(xué)改革計(jì)劃，但總體來(lái)說(shuō)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)的冶金工藝案例教學(xué)還處于一個(gè)起步階段，其中一個(gè)重要原因是對(duì)冶金工藝案例庫(kù)建設(shè)的原則和方法不明確，無(wú)法與現(xiàn)有專(zhuān)業(yè)教材中的工藝區(qū)別開(kāi)來(lái)并進(jìn)行有效的案例教學(xué)。案例教學(xué)過(guò)程也不是簡(jiǎn)單地進(jìn)行案例堆積講解，更多的是從各類(lèi)案例中提取出共性的思想與方法，使得學(xué)生對(duì)冶金工藝有一個(gè)更好的把握。本文首先對(duì)冶金工藝的共性特點(diǎn)進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上提出了冶金工藝案例庫(kù)建設(shè)的基本原則與方法，最后，分析了如何有效進(jìn)行案例庫(kù)教學(xué)。

1 冶金工藝共性分析

金屬礦產(chǎn)資源、金屬種類(lèi)以及冶煉原理與方法的多樣性決定了冶金工藝的多樣性。傳統(tǒng)冶金工藝講解均是按照冶煉對(duì)象，即特定金屬來(lái)分類(lèi)介紹，比如鋼鐵冶金學(xué)、鉛冶金學(xué)、鋁冶金學(xué)。針對(duì)某種特定的金屬產(chǎn)品，分別按照原料、產(chǎn)品、工藝、設(shè)備這四個(gè)方面進(jìn)行講解。案例庫(kù)建設(shè)與教學(xué)不能簡(jiǎn)單對(duì)各種產(chǎn)品冶煉工藝進(jìn)行簡(jiǎn)單的堆積和分類(lèi)講解，必須考慮冶金工藝的共性特點(diǎn)，在弄懂每種金屬具體冶煉工藝的前提下，尋找工藝設(shè)計(jì)的原則與通用方法，使得學(xué)生了解冶金工藝設(shè)計(jì)的思想，在進(jìn)行各類(lèi)工藝的對(duì)比分析和綜合提煉時(shí)，可進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)冶金工藝的宏觀認(rèn)識(shí)，同時(shí)也有助于進(jìn)行冶煉工藝創(chuàng)新。

冶金工藝共性可以從三個(gè)角度分析，即冶金工藝目標(biāo)的共性，冶金工藝原理的共性與冶金工藝手段方法的共性。

1.1 冶金工藝目標(biāo)的共性

任何金屬的冶煉工藝都是從礦石到金屬，這就決定了冶金工藝目標(biāo)是存在總的共性的，即去除礦石中無(wú)用的脈石成分，將有用的金屬提取出來(lái)并進(jìn)行必要的精煉。要完成這一總?cè)蝿?wù)，必須依靠具有不同熱力學(xué)條件的單元工序來(lái)完成，比如鋼鐵冶煉過(guò)程長(zhǎng)流程的工序組合是：原料處理（燒結(jié)，球團(tuán)）—高爐煉鐵—轉(zhuǎn)爐煉鋼—爐外精煉。具體到每一個(gè)單元工序，也存在其目標(biāo)，即實(shí)現(xiàn)生成相與相分離的兩個(gè)目標(biāo)。每個(gè)單元工序都有其流入的原料與冶煉的產(chǎn)品，產(chǎn)品就是該工序的生成相，比如高爐冶煉鐵水單元工序，在實(shí)現(xiàn)了生成相鐵水的同時(shí)，還需要將生成相鐵水與其它相爐渣和煙氣分離開(kāi)來(lái)。每個(gè)冶煉工序都有其自身的生成相與相分離工序。

1.2 冶金工藝原理的共性

冶金工藝以化學(xué)反應(yīng)為主，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程還需要引入不同的物理手段，比如溫度、壓強(qiáng)、氣氛的控制等，這就注定不同冶煉工藝會(huì)擁有共同的原理。從現(xiàn)有的冶金工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)安排可知，《物理化學(xué)》與《冶金傳輸原理》是冶金工藝所依賴的基本原理。在講解特定金屬冶煉工藝的時(shí)候，需要結(jié)合原理來(lái)講授工藝選擇的科學(xué)性，在進(jìn)行案例教學(xué)時(shí)，可以從基本原理出發(fā)，講解該原理如何應(yīng)用到各種冶煉工藝中。這樣可使學(xué)生進(jìn)一步掌握如何應(yīng)用原理進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。

1.3 冶金工藝方法手段的共性

冶金工藝有共同的目標(biāo)和原理，在方法手段的實(shí)現(xiàn)上，也有共性。冶金工藝方法手段一般分類(lèi)是火法冶金、濕法冶金與電冶金。或者分成火法冶金與濕法冶金，將電冶金按照溫度的不同分別列入火法冶金與濕法冶金。另外，還有一種分類(lèi)方法就是類(lèi)比化工過(guò)程將冶金過(guò)程看成一連串單元操作和單元程序的協(xié)調(diào)配合，原料經(jīng)此而轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品。⑦不管何種分類(lèi)方法，都可以認(rèn)為冶金工藝的共性方法手段包括如下：浮選、過(guò)濾濃縮、造球、干燥、焙燒（氧化、還原、磁化和燒結(jié)等）、還原（固體碳還原、氣體還原、金屬熱還原、氣態(tài)還原、有機(jī)化合物還原等）、火法精煉（熔析、氧化、硫化、萃取、真空）、電沉積和電解精煉（水溶液電解、熔鹽電解、汞齊精煉等）;浸出（酸性浸出、堿性浸出、細(xì)菌浸出等）、凈化（水解、置換、化學(xué)沉淀、結(jié)晶、熔劑萃取、離子交換等）、揮發(fā)與蒸餾（升華、氧化揮發(fā)、氯化揮發(fā)、精餾、真空蒸餾、還原蒸餾、氣化沉積等）。對(duì)于以物理過(guò)程為主的單元操作，可以總結(jié)為，攪拌（機(jī)械攪拌、電磁攪拌和氣體攪拌），加熱（電熱和化學(xué)熱），減壓操作（常壓，減壓，真空），渣處理與合金化。對(duì)這些共性的冶煉方法可以專(zhuān)門(mén)進(jìn)行講解，介紹其中的基本原理與實(shí)現(xiàn)方法。對(duì)冶金工藝手段的總結(jié)有助于學(xué)生掌握各種實(shí)現(xiàn)冶煉目標(biāo)的手段，更有助于學(xué)生進(jìn)行工藝創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

2 冶金工藝案例庫(kù)建設(shè)的原則與方法

2.1 冶金工藝共性研究案例庫(kù)建設(shè)

不同冶煉工藝具有相同的冶金工藝的共性，即冶煉目標(biāo)、基本原理與方法的共性。案例庫(kù)建設(shè)時(shí)，重點(diǎn)按照基本原理和基本方法來(lái)建設(shè)。具體方法如下：從基本原理角度建立案例庫(kù)，比如攪拌案例庫(kù)，可分別講解機(jī)械攪拌、氣體攪拌、電磁攪拌以及其它攪拌四大案例庫(kù)。再比如，溫度控制是火法冶金工藝控制的關(guān)鍵因素，可建立加熱案例庫(kù)，分別整理外加燃料加熱、自身化學(xué)反應(yīng)加熱、電加熱等案例庫(kù)。

2.2 冶金工藝發(fā)展歷史案例庫(kù)建設(shè)

對(duì)于某種具體的冶煉工藝，我們常常講解現(xiàn)有的常用的經(jīng)典方法，對(duì)于其發(fā)展歷史介紹很少。在案例庫(kù)建設(shè)中，必須重新整理各類(lèi)金屬冶煉工藝的發(fā)展歷史，并進(jìn)行對(duì)比分析，由此得出冶金工藝發(fā)展的基本原則、冶金落后工藝淘汰原因、未來(lái)新工藝發(fā)展的原則等。比如，煉鋼工藝中主要為轉(zhuǎn)爐和電弧爐煉鋼，而平爐工藝已經(jīng)淘汰，在案例庫(kù)建設(shè)中，比如補(bǔ)充平爐冶煉工藝，并重點(diǎn)講解為什么轉(zhuǎn)爐工藝可以替代平爐工藝。

2.3 冶金工藝創(chuàng)新設(shè)計(jì)案例庫(kù)建設(shè)

冶金工藝一直在發(fā)展當(dāng)中，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)難題以及科研課題來(lái)建設(shè)案例庫(kù)是十分重要的。只有引入新問(wèn)題，將學(xué)生帶入進(jìn)冶金工藝的前沿領(lǐng)域，才能真正啟發(fā)學(xué)生的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)也才能真正掌握基本原理與方法解決具體問(wèn)題，打通理論教學(xué)與實(shí)際應(yīng)用的隔閡。比如，對(duì)于錳系鐵合金的冶煉，考慮到我國(guó)現(xiàn)有氧化錳礦有將近60%需要進(jìn)口，國(guó)內(nèi)大量貧錳礦擱置沒(méi)有開(kāi)采使用，可專(zhuān)門(mén)建立“低品位錳礦綜合利用案例庫(kù)”，在講解現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)學(xué)生提出自己的工藝路線。

3 冶金工藝案例庫(kù)教學(xué)的原則與方法

3.1 專(zhuān)人負(fù)責(zé)與專(zhuān)家講授原則

該課程必須由某位老師具體負(fù)責(zé)，但是講解過(guò)程可由該領(lǐng)域的專(zhuān)家來(lái)講解，專(zhuān)家不僅包括學(xué)校老師，同時(shí)還必須與企業(yè)技術(shù)人員結(jié)合起來(lái)，聘請(qǐng)他們來(lái)高校進(jìn)行教學(xué)。專(zhuān)人負(fù)責(zé)可保證課程的統(tǒng)一性與協(xié)調(diào)性，專(zhuān)家講授可保證案例教學(xué)的質(zhì)量。

3.2 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)原則

可建立冶金工藝論壇網(wǎng)站，面向高校教師、企業(yè)技術(shù)人員和學(xué)生開(kāi)放，把各類(lèi)案例庫(kù)資源放在網(wǎng)絡(luò)上，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)，同時(shí)也有利于教師和技術(shù)人員進(jìn)行案例庫(kù)的完善。另外，教師、技術(shù)人員和學(xué)生可跨越時(shí)空進(jìn)行各類(lèi)技術(shù)問(wèn)題的交流，打破身份限制，在虛擬空間互為老師，互做學(xué)生。

3.3 師生互動(dòng)原則

現(xiàn)有冶煉工藝授課時(shí)多采用傳統(tǒng)的“傳道、授業(yè)、解惑”的講課模式，學(xué)生在大多數(shù)情況下處于被動(dòng)接受的狀態(tài)，因此積級(jí)性不高，影響聽(tīng)課效果。案例教學(xué)法，是從實(shí)際出發(fā)，通過(guò)一個(gè)具體教育情景的描述，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)閱讀、思考和分析而提出問(wèn)題、分析問(wèn)題，并通過(guò)師生間的相互討論和爭(zhēng)辯來(lái)解決問(wèn)題，它可以把枯燥、抽象的理論變?yōu)樯鷦?dòng)典型的例子，活躍課堂氣氛，把理論與實(shí)踐相結(jié)合，易懂易記、印象深刻，有利于提高教學(xué)效果。在師生的共同努力下使學(xué)生舉一反三、理論聯(lián)系實(shí)際、融會(huì)貫通、提高能力和水平。

4 結(jié)論

（1）各類(lèi)金屬產(chǎn)品的冶煉工藝存在目標(biāo)、原理與方法上的三條共性原則;（2）案例庫(kù)建設(shè)要從共性案例庫(kù)、工藝歷史案例庫(kù)與工藝創(chuàng)新案例庫(kù)三個(gè)角度建設(shè);（3）案例庫(kù)教學(xué)需要專(zhuān)門(mén)開(kāi)設(shè)課程進(jìn)行，且需要專(zhuān)人負(fù)責(zé)與專(zhuān)家講授、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)及師生互動(dòng)三條原則，才能有效進(jìn)行案例庫(kù)教學(xué)。

資助信息：安徽工業(yè)大學(xué)教學(xué)研究資助項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：2014jg18

注釋

① 李德林.案例教學(xué).青島出版社，2006.

② 梁周敏等.案例編寫(xiě)與案例教學(xué).河南人民出版社，2007.

③ http：//web.mit.edu/gordonelp/

④ 謝志江等.案例教學(xué)法在工科教學(xué)中的應(yīng)用.高等工程教育研究，2003（5）：75-77.

⑤ http：//jw.cqust.cn/data/2010/1029/announcement_1173.html

⑥ http：//metall.ustb.edu.cn/articledetail.asp cateID=2&ID=1617.

⑦ 李士琦.冶金系統(tǒng)工程.北京：冶金工業(yè)出版社，1992.