冶金工藝專業課教學新模式探討

陳麗愛 唐英利

摘 要：冶金過程是一個復雜的工業過程，設備龐大，工藝程序多，且危險因素較多。學生在實習過程中無法觀察設備全貌，也難以理解內部過程。本文歸納出冶金工藝中“生成相”與“相分離”兩大根本任務，圍繞這兩大根本任務提出了冶金工藝專業課教學新模式，并在教學實踐中取得了較好的效果。

關鍵詞：冶金工藝；教學改革；新模式

冶金學科可分為冶金基礎類學科與冶金技術類學科兩大類。冶金物理化學、冶金傳輸原理、金屬學等屬于基礎類學科。技術類學科是指以問題或者任務為導向的學科，比如煉鐵學、鋁電解學等。本文所談的冶金工藝專業課是指冶金技術類學科中以金屬元素提取為目的的工藝設計類專業課。從目前的教學現狀看，學生對冶金工藝類課程的學習興趣不大，很容易出現教師單純講述知識點而學生盲目背誦知識點的不良狀況，不利于引導學生獨立思考與創新能力的培養。本文作者認為，冶金工藝設計是圍繞金屬元素的生成及金屬元素與雜質分離兩個根本任務展開的，即冶金工藝知識體系是圍繞解決“生成相”與“相分離”兩大根本任務形成的，所以專業課的教學也應該從這個角度出發。

一、技術類學科的“問題意識”

學科體系中有一類叫技術類學科。什么是技術？核心就是解決問題的辦法，比如一套操作程序、一些具體參數等。科學理論總是追求邏輯的嚴謹性，而技術不追求這個標準。技術的根本判別標準是是否能有效解決問題。以大自然普遍存在的石頭為例。同樣是面對一堆石頭，化學家琢磨石頭的化學組成與各類性質等；物理學家可從力、熱、光、電等各個角度研究石頭的特性；在搞技術的工程師眼中，石頭具有較強的硬度可用來做房子地基。化學家研究發現了碳酸鈣類石頭加熱分解后可得到石灰，于是工程師們開始研究石灰窯造石灰的各類技術問題。工程師看世界的視角都是從問題入手的，即有什么用？能做什么？如果把這個世界的知識不嚴格分為是什么（what）、為什么（why）和怎么辦（how），科學家不斷地在世界的各個尺度上琢磨是什么和為什么，而工程師則不斷地解決怎么辦或者怎么用，也就是我們常說的“科學家研究已有的世界，工程師創造還沒有的世界”。

二、冶金工藝的兩大任務 ――“生成相”與“相分離”

冶金技術類學科的根本任務就是將各種礦石變成有用的金屬材料，這是冶金學科要解決的根本問題。圍繞這些問題，采用物理、化學、生物、力學等各類學科提供的手段進行冶煉，形成了以冶煉方法命名的物理冶金、化學冶金、生物冶金、力學冶金、真空冶金等學科。圍繞具體冶煉工藝問題，介紹工藝操作方法，形成了煉鐵學、煉鋼學、鐵合金冶煉學等學科。

通過對冶金工藝進一步歸納，我們把冶金工藝設計的根本任務總結為“生成相”與“相分離”兩大根本任務。由于金屬在自然界多以氧化物或硫化物形式存在，冶金工藝設計首先要通過化學反應實現金屬相的生成，即完成“生成相”的任務。

解決“生成相”這個問題，主要是利用化學提供的理論，尤其是物理化學的知識來進行。即通過溫度、壓力、氣氛等因素的控制不斷構造條件去形成“生成相”。解決“相分離”這個問題，主要利用物理學科提供的知識進行。好比淘米時依據米粒與石頭的密度不同把兩者分開。相與相要分開，也得利用相之間的某些不同性質來展開。冶金工藝中的“相分離”所依據的性質有密度（氣液分離與渣金分離）、界面張力、粘度等。“相分離”體現最明顯的是在礦物預處理工藝中，即常說的選礦。選礦工藝的本質就是“相分離”的過程，按照分離依據的不同性質可以分為重力選礦、浮選、磁選等。

三、問題導向的冶金工藝專業課教學新模式

結合冶金工藝中“生成相”與“相分離”兩大根本任務，我們提出了冶金工藝專業課教學新模式。這種新模式主要分以下三大步驟授課。

1.介紹金屬產品冶煉的原料與產品

原料和產品好比起始點與終點，冶煉工藝好比中間的路線和過程。金屬在自然界的存在形態和最終產品的化學組成是工藝設計的基礎。本步驟教學中一定要強化“不同原料特點有不同的冶煉工藝”思想，引起學生對礦物原料的重視。比如，由于四氧化三錳具有磁性，在冶煉工藝設計時，就提出了“磁化焙燒”這個富集工藝。由于碳化鐵具有磁性，對于低品位鐵礦石，可以設計“氣固還原生產碳化鐵―磁選―電爐熔煉”的工藝路線，不同冶煉方式對原料的要求也不同。

2.圍繞“生成相”與“相分離”兩大任務進行生產工藝教學

明確了起點和終點，授課教師開始對于已有的工藝路線進行詳細介紹。授課的思路是以“生成相”與“相分離”為目的展開。某種金屬的冶煉工藝不是一個工序就能完成了，比如常規的鋼鐵冶煉工藝包括了“礦石預處理―高爐煉鐵―鐵水預處理―煉鋼（含精煉）―連鑄”等多個工序。該工序中礦石預處理與連鑄不屬于冶金工藝類技術問題，不用按照“生成相”與“相分離”展開介紹，對于高爐煉鐵等其它三個工序，則均有“生成相”與“相分離”兩大任務。對于高爐冶煉工序而言，“生成相”是鐵水，“相分離”主要是鐵水與氣相和爐渣相的分離。高爐冶煉工序首先要構造“生成相”，圍繞“生成相”可詳細介紹在溫度，壓力，配料等各方面采取的工藝措施。同樣，圍繞相分離也可對大量操作工藝進行展開介紹。

3. 圍繞“生成相”與“相分離”開展研究性新工藝設計

前兩個教學階段均以老師講述為主，本階段的教學則以學生為主，進行研究性教學。授課教師要熟悉成熟工藝之外的冶煉新工藝，盡管這些工藝仍停留在理論分析研究階段。本階段授課時不要直接介紹新工藝，而要進行引導性教學，讓學生參與交流討論自行得出結論。

以上三階段是問題導向下教學新模式的主要授課方式，在針對具體某門專業課的教學過程中，教師可靈活選擇安排課堂教學，只要整個授課思路能夠圍繞“生成相”與“相分離”兩大根本任務展開即可。

冶金工藝專業課教學已有近100年的歷史，隨著冶金工藝研究的深入，其授課內容一直在完善，但是其授課方法仍存在一些問題。本文圍繞冶金工藝的“生成相”與“相分離”兩大根本任務，提出了專業課的授課新模式，希望能給同行一些啟發和借鑒，提高我國冶金工藝專業課的授課水平，為我國冶金行業培養更多優秀的冶金技術人才。

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