基于卓越人才培養的礦物加工創新實驗設計與實踐

夏文成 謝廣元 彭耀麗 沙杰

摘要：創新型人才的培養是卓越工程師人才培養的重點，而創新型人才培養就必須要對傳統的培養模式進行改革，然而實驗教學模式和方法的改革卻并未能受到很好的重視。對于工科而言，實驗教學對學生的學習、畢業工作、繼續深造等具有深遠的影響。針對礦物加工工程卓越工程師人才培養的目標和特色，進行實驗教學改革，開展創新型實驗的設計和實踐，重點開展能夠反映礦物加工基礎理論知識培養與學習的實驗單元，增進實驗教學服務于學生專業基礎理論知識學習的效果。

關鍵詞：卓越計劃;創新實驗;礦物加工;基礎理論

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）06-0244-02

引言：

卓越工程師計劃是為促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國，培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才而設立的[1-3]。中國礦業大學礦業工程學科礦物加工工程專業結合本校專業的優勢和特色，以及社會對該專業人才的需求分析，組織制定了《礦物加工工程專業2012版本科培養方案（卓越工程師計劃）》（以下簡稱“卓越計劃”），確定以“培養適應社會主義現代化建設需要的德、智、體、美全面發展，具有良好的思想品質與職業道德，具備較強的社會適應能力、工程實踐能力、組織領導能力、創新創業能力和國際競爭能力，富有進取精神和人文精神的創新型高水平工程師人才”為目標[4]，對原有培養方案進行優化，尤其是對實踐教學環節重點強化、優化，進一步科學規劃課程體系，合理設置理論教學課時和工程實踐課時，形成了符合卓越工程師培養需求，又有中國礦業大學礦物加工工程專業特色。

一、學校的實驗教學現狀及不足

教師積極推進科研成果向課堂教學和實驗教學的轉化。將專利、論文、著作、科技開發及重大研究項目等成果及時轉化實驗教學儀器、演示教學設備、綜合性實驗系統、教材、教學講義、學生畢業設計及教學軟件等。教師以科研項目和研究方向為依托，建立選礦新技術的試驗研究系統，大力開發以科研為主的實驗項目，促進了實驗課程體系的改革。充分調動學生自主學習的積極性，強化訓練學生的科研能力與創新能力。目前，本專業擁有高硫煤脫硫降灰試驗研究裝置與系統、跳汰分選與自動測控試驗裝置與系統、干法分選試驗研究裝置與系統、粗煤泥干擾床分選系統、柱式梯級柱分選系統等10余套創新實驗平臺。2014年度，受益的本科生人數達150多人。

雖然本專業擁有了一定的創新試驗平臺，但是很少涉及能夠反映礦物加工基礎理論知識的實驗平臺;已有的《礦物加工實驗技術》教材中也很少涉及能夠讓學生切身感受礦物加工基礎理論知識方面的實驗，這對于本科生的創新能力培養存在著一定的局限性。

根據中國礦業大學現代儀器與分析計算中心資料，該中心現有大型高尖端分析測試儀器設備如下：透射電子顯微鏡（TEM），掃描電子顯微鏡（SEM），原子力顯微鏡（AFM），X射線光電子能譜（XPS），超導核磁共振譜儀（NMR），真空顯微紅外光譜（FT-TR），激光共焦拉曼（RAMAN），X射線衍射儀（XRD），X射線熒光光譜儀（XRF）以及高性能計算集群（HPC）。這些高尖端設備大都可用于礦物加工工程領域，如將這些高尖端設備與礦物加工卓越工程師人才培養的創新實驗平臺建設相結合，即可實現本科生的創新人才培養。

除此之外，本專業還有高速動態、激光粒度分析儀、Zeta電位測定儀、粘度儀、表面張力儀、潤濕熱測定儀等基礎研究設備，通過這些基礎研究設備，開展針對本科生的、能夠反映礦物加工基礎理論知識的創新實驗，可強化本科生對礦物加工基礎理論知識的領悟，增強本科生的研究熱情，實現研究與教學的統一。

二、國外該專業的實驗教學現狀

國外高校對于礦物加工人才的培養，在教學、科研、人才培養等方面領先的國外高校主要有美國弗吉尼亞理工大學、加拿大阿爾伯塔大學、澳大利亞昆士蘭大學、哈爾科夫礦業學院、莫斯科礦業學院等等。

國際一流的礦物加工工程專業學校均非常重視科學研究，以科研促進教學，所開設的實驗課，包括傳統的工程實踐性質的實踐教學，還包括能夠反映學科基礎理論知識的實驗教學。強化本科生對高尖端分析測試儀器的使用，有利于學生對礦物加工基礎理論知識的領悟;鼓勵本科生自由探索與發現礦物加工基礎理論知識，促進本科生的科研產出，強化創新人才培養。

本專業相比國外同類高校的實驗平臺建設，在礦物加工基礎理論知識的訓練和強化方面略顯不足，而卓越工程師人才的培養除了重視工程實踐能力的鍛煉，還包括對礦物加工基礎理論知識的領悟與強化。卓越工程師人才只有在掌握了專業的基礎理論知識，才能夠體現其創新人才特色和優勢。通過對礦物加工基礎理論實驗平臺的建設，可提升卓越工程師人才的礦物加工基礎理論知識涵養，鼓勵本科生自由探索與發現礦物加工的基礎理論，有利于本科生的科研成果產出，培養本科生的科研興趣，為卓越工程師人才的后續深造奠定基礎。

三、創新實驗設計與實踐

針對卓越工程師人才的培養，本專業已經開展了“礦物加工試驗研究方法-創新試驗專題”，主要有細粒煤離心重力分選試驗研究、變徑液固流化床分選試驗研究、細煤泥柱浮選試驗研究、粗煤泥重介分選試驗研究、粗煤泥TBS干擾床分選試驗研究等創新專題試驗，突破了傳統試驗研究專題單一的格局，效果良好。然而，這些創新試驗卻很少涉及能夠反映礦物加工基礎知識理論方面的實驗。針對礦物加工卓越工程師培養計劃要求，結合礦物加工專業基礎課的內容，利用礦物加工教師所取得的專利、論文、著作、科技開發及重大研究項目等成果，重點選取和設計能夠反映礦物加工基礎理論知識的創新實驗，考察相關創新實驗的可行性，而后對創新實驗平臺進行建設，讓卓越工程師班學生投入創新實驗訓練。

本文以礦物加工實驗中的煤泥浮選為例，進行創新性的設計，既能夠滿足實踐教學的目的，培養學生的動手操作能力，又能夠加深學生對礦物加工基礎知識的領悟。創新性試實驗主要包括以下3個部分：

1.煤泥表面性質研究。傳統的煤泥浮選實驗并不涉及煤泥表面性質分析研究。本文設計的創新實驗在此部分主要包括：采用高尖端分析測試儀器，對煤泥進行表面表征，讀取煤泥表面物理化學性質。采用紅外光譜和X射線光電子能譜對煤表面的化學官能團，分析疏水性基團（C-C、C=C、C-H等）和親水性基團（C-O、C=O、COOH等）的含量，采用親疏水性指數評價煤泥自身表面的疏水性能力。采用接觸角、Zeta電位等分析煤粒表面潤濕性和電位性質，預測和評價其在水中的親水能力。采用掃描電鏡分析煤粒表面形貌特征，幫助學生加深煤粒與氣泡的碰撞、粘附和脫附過程。通過高尖端儀器設備對煤粒表面性質進行微觀表征，加深學生對煤粒表面物理化學性質的了解，結合專業課《煤化學》、《有機化學》中所學知識，為學生在后續浮選實驗過程中所觀察到的現象進行理論解釋。

2.煤泥浮選過程的理論探討。煤泥浮選過程是一個復雜的物理化學過程。傳統的煤泥浮選實驗僅是讓學生操作浮選實驗，收集浮選精煤和尾煤，僅得到一個宏觀的結論分析。本文所設計的創新實驗在此部分主要包括：采用顆粒在線分析儀和高速顯微觀察煤粒與氣泡碰撞、粘附和脫附的過程，從機理上闡釋煤泥難浮或易浮的原因。充分結合浮選溶液化學基礎理論知識，將機理分析與浮選結果相結合，引導學生結合《選礦學》中的基礎知識，加深學生對礦物加工基礎知識的領悟。

3.實驗結果分析與討論。傳統的實驗結果處理是讓學生撰寫實驗報告并上交指導教師審閱，在老師審閱過程中，發現了問題也難以和學生進行有效溝通。創新實驗的設計考慮到了這個不足。在創新實驗中，在撰寫報告之前，讓學生進行口頭匯報，指導教師點評。指導教師參與到實驗結果的分析與討論中，有助于學生對知識的掌握。

四、開展創新實驗的意義

通過創新實驗可將科研成果轉化為礦物加工卓越工程師人才培養的創新實驗平臺，并能夠反映礦物加工基礎理論知識;實行開放實驗平臺管理，營造創新環境，強化本科生對所學礦物加工基礎理論知識的領悟，并鼓勵本科生在此基礎上開展創新實驗和活動。同時，為學生的實驗過程配備導師，構建以學生為主導的“教師—平臺—技術成果”三位一體的創新場景，為本科生的創新科研活動提供優越的條件。通過引導本科生參與和發現礦物加工基礎理論知識，促進高水平科研成果產出，提升本科生的實驗教學質量和創新性人才培養目標。

五、結語

通過創新實驗設計與實踐，改革教學模式，將高尖端儀器設備資源與礦物加工卓越工程師人才培養相銜接，強化本科生對所學礦物加工基礎理論知識的領悟，并鼓勵本科生在此基礎上開展創新實驗和活動，促進本科生高水平科研成果產出，提升本科生的實驗教學質量。

參考文獻：

[1]崔永鴻，王文和，韓松.高校安全工程專業實踐教學體系研究——基于卓越工程師培養理念[J].科教文匯，2013（10）：49-50.

[2]周潔，段海霞，葉寅.“卓越工程師教育培養計劃”背景下高校思想政治工作的思考與探索[J].教育教學論壇，2011，（9）：11-12.

[3]林健.“卓越工程師教育培養計劃”通用標準研制[J].高等工程教育研究，2010，（4）：21-29.

[4]趙韓強，趙樹凱.高等工程教育培養創新人才若干問題的探討[J].中國電子教育，2006，（3）：12-16.