“水煤漿制備技術”教學過程設計與實踐

涂亞楠　王衛東　孫美潔

摘要：本文主要分析了目前“水煤漿制備技術”相關專業資料中存在的問題和不足，針對本科生和研究生兩個培養層次，系統設計了不同的教學方案和實施過程，以達到不同的教學目標。實踐表明，設計針對性強的教學方案，有助于提高學生對水煤漿方向的科研興趣，增強思辨能力和科研實踐能力。

關鍵詞：水煤漿；教學設計；本科生；研究生

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）38-0143-03

一、引言

中國礦業大學（北京）是國內最早開展水煤漿制備技術研究的高校之一。經過自“六五”計劃至今30多年的發展，該技術已經成功實現產業化。據報道，我國2015年的水煤漿產能已達到兩億噸，其中1.5億噸為氣化型水煤漿。作為專業特色，中國礦業大學（北京）為本科生和研究生均開設了相關課程專門介紹。

然而，作者在長期進行相關研究和教學過程中發現：目前有關水煤漿技術的專門書籍存在研究進展跟蹤不到位的問題，以及一些研究性文獻甚至存在部分基本認識混亂的問題。這些問題反映到教學上，如果任課教師不能有效分辨和引導，則會對學生的認識、將來的科研工作造成不利影響。此外，因本技術的課程教學面向本科生和碩士研究生兩個培養層次，因此需要針對性地設計不同的教學方案，從而提高教學效果。

本文旨在綜合分析作者多年來有關研究工作中發現的問題，并介紹相關教學實踐工作，以期為開設相關課程內容的教師提供一些有價值的參考。

二、存在的問題與分析

“水煤漿制備技術”相關方面的一些資料，主要存在以下三個問題。

一是“水煤漿”的定義不符合研究現狀。有關水煤漿技術的資料，通常使用類似這樣的定義（摘自課程選用的教材《潔凈煤技術》）：水煤漿是由60%—70%的煤、29%—39%的水及少量添加劑經過磨碎和強力攪拌而成的兩相流漿體。需要指出的是：在水煤漿技術發展早期，因為針對的煤種成漿性均比較好，煤的質量比例確實是在60%—70%。然而，目前主要研究的煤種很難達到上述范圍。如褐煤在不經過提質加工處理的條件下，制漿濃度僅為50%左右，但也是水煤漿。作者在教學實踐采用了如下定義：水煤漿是一種由煤、水和少量添加劑通過磨制、攪拌等工序制備的具有高表觀體積濃度的勻散化兩相流漿體。此定義主要凸顯出水煤漿的兩個特點：（1）不再列示煤、水質量比例，而使用“高表觀體積濃度”，不僅適應研究現狀，更符合水煤漿體系的特征；（2）突出“勻散化”，明示與煤泥水本質上的區分。

二是對“成漿性”概念的誤解。成漿性指的是煤制備成高濃度水煤漿的難易程度，確實涵蓋了有關水煤漿質量濃度的問題，但絕不能等同于試驗中獲得的濃度測量值。原因在于：成漿性反映的是“煤”本身的特性，與其測試條件是不相關的。但有很多學術論文中卻把因工藝、添加劑不同等造成的制漿濃度或流變粘度的變化聲明為成漿性的變化（如文獻[3]和文獻[4]），這顯然是誤解了基本概念。

三是對“級配”或“粒度分布”重視不足。粒度分布對水煤漿具有極為重要的作用。通過合理的級配（或粒度控制），可以在一定程度上提高顆粒的堆積效率，進而提高既定條件下的制漿濃度，而不需要其他復雜和高能耗的操作。通過試驗結果來對比兩種煤的成漿效果時，樣品的粒度分布是必須給出的。尤其是在兩種煤的成漿性相近的情況下進行比較時，對比結果是否科學嚴謹的重要條件之一，是兩者的堆積效率是否相近。原因在于：同一種煤采取相同藥劑和相同處理方式進行制漿時，粒度分布造成的濃度變化甚至可以達到2%以上。然而，很多有關水煤漿研究的文獻，卻未能給出相應的粒度分布值，或者給出的值不能準確描述整體的分布特征（如文獻[5]和文獻[6]）。這使得研究結果的科研價值降低，甚至無法與其他學者的成果進行橫向比較。

上述三個問題，如若教師自身理解出現偏差或未在教學過程中有效且明確地加以闡釋和強調，對本科生而言會造成認知錯誤，而對研究生而言則將影響科研工作。因此，在作者的教學實踐中，對上述三個問題均進行了額外強調。

三、教學實踐

中國礦業大學（北京）共開設了兩門有關水煤漿技術的課程，分別是針對本科生教學的《煤炭的潔凈利用》，以及針對研究生教學的《水煤漿制漿技術與工程》。由于培養層次不同，相應的教學目標、大綱和方法均有所區別。

1.針對本科生的水煤漿技術教學實踐。水煤漿及其相關技術是礦物加工工程學（專業）下煤炭方面的細化研究方向之一。相對于本科礦物加工工程專業的主體教學內容如選礦廠設計、原理等而言，水煤漿技術主要是需要本科生了解的擴展性內容。因此，無論從教學目標還是教學方法上，均注重概念、原理、工藝和設備等基本知識的理解和認知，以及科研興趣的培養。在這種情況下，本文所列示的前兩個問題（水煤漿的基本概念、成漿性的內涵），顯得格外重要。此外，該部分的教學課時僅設置了2學時，因此需要充分凝練和篩選相應的教學內容。在實踐教學中，我們設計了如圖1所示的教學流程主線和相應手段，以在有限的時間內提高教學效果。

圖1展示的流程對所選用教材[2]的知識羅列順序進行了優化，更加符合教學邏輯，并且將作者的相關科研經歷等融合到教學中，同時展示出一些專業內容，更能激發學生的科研興趣。在展示的水煤漿視頻中，煤這種固體呈現出的與石油相似流體現象，顛覆了學生的常規認知，進而達到激發學生學習興趣的目的。通過漫談PPT的方式，展示水煤漿技術發展背景（圖2），輔以生動、幽默的講解，更加貼合當代大學生接收信息的特點，可以有效地將枯燥生硬的文字內容生動活潑地介紹給學生，進而加深印象。后續主要內容的講解過程中，不僅可以有效銜接已學習的專業知識，也同樣使用了生動的素材和關鍵現象視頻，并在后置的礦物加工專業實驗課中增設了操作性實驗科目，以加深學生的理解。

實踐表明，采用這種教學流程和手段后，不僅在課程考試中確保有關水煤漿方面的題目正確率更高，學生的認識也會更加深刻，激發他們水煤漿相關科研興趣，如參與“全國大學生節能減排社會實踐與科技競賽”。endprint

2.針對研究生的水煤漿技術教學實踐。與本科培養層次不同的是，教學對象針對的是已經具備相當專業知識和實踐能力的研究生，甚至部分學生的畢業課題就是水煤漿技術相關研究。因此，教學內容和學習成果考核均要比本科生教學要求高得多，需要達到“能夠獨立設計水煤漿相關方向科研試驗”等更高要求的教學目標，因此相應的教學課時也達到了32學時。在這樣的要求下，本文所分析的三個問題，均需要教師在教學過程中明確且細致地加以闡釋和探討。雖然如此，圖1所列示的基本流程實際上仍然適用于研究生課堂教學，但內容要求更多，專業深度要求更深，有關的科研成果要求更豐富、更前沿，教學過程中的表述和課件設計需要更加注重科學性和嚴謹性。因此，我們進行了如下的擴展：

（1）不僅講解相應的背景，更加突出水煤漿技術和產業發展的現狀及趨勢，分析內在原因，從而強化學生對課題意義的認知。

（2）不僅對基本概念進行講解，更加重視概念的形成緣由和適應條件的科學分析，強化學生的思辨能力。

（3）不僅對基本原理進行描述，更加突出原理的內在因素、構成機制和適用性的分析探討，培養辨識關鍵機制和應用原理解釋現象的能力。

（4）不僅對工藝和設備進行科普性介紹，更加注重工藝和設備的合理性評價能力培養。

（5）不僅進行已知水煤漿知識的介紹，更加注重前沿研究成果的介紹、跨專業領域的拓展以及難點問題的分析探討，從而輔助提升學生畢業選題的前沿性和科研價值。

（6）不僅要求學生能夠在實驗室制備水煤漿，更加注重提高學生設計試驗任務、分析試驗結果和總結科學問題的能力。

（7）學習成果的考核方式由知識點的考核轉變為文獻資料綜合能力以及試驗設計、實施和分析能力的開放式考核。

實踐表明，通過上述的教學設計，不僅能夠使學生快速接受和充分了解水煤漿領域的知識體系，還有助于提高畢業選題的專業性、創新性和前沿性，也有助于提升撰寫科研論文的能力。

四、總結

作為礦物加工工程專業的特色研究方向，水煤漿技術的教學效果和人才培養情況，將極大地影響中國礦業大學（北京）在此領域的聲譽、學術地位和科研能力。因此，在基本教育學理論的指導下，依據培養層次調整教學目標，與時俱進地優化教學方案和相應手段，進而針對性地提升教學效果以提高專業人才培養成果，對提高高等教育的社會服務能力、人才的人文素養和相關專業的科學發展等，均具有重要意義。在水煤漿技術的發展過程中，相應的專業教學技術亦在不斷優化。本文介紹的相關教學實踐，也是在幾十年水煤漿技術研究工作者和教師在教學和科研過程中，通過不斷探討、總結和發展而來的。作者期頤本文不僅能夠為水煤漿技術教學提供一定的借鑒，也能夠為其他學科專業的教學提供一定的參考價值。

參考文獻：

[1]段清兵.中國水煤漿技術應用現狀與發展前景[J].煤炭科學技術，2015，43（1）：138-142.

[2]周安寧，黃定國.潔凈煤技術[M].徐州：中國礦業大學出版社，2010.

[3]宋成建，周安寧，曲建林，等.分散劑種類與煤質的匹配性對成漿性的影響研究[J].煤炭工程，2016，（09）：22-25.

[4]徐志永，白春華，郭振坤，等.粒度級配對補連塔低階煤成漿性的影響[J].煤炭技術，2016，（05）：299-301.

[5]趙忠霞.不同煤質對水煤漿成漿性能的影響[J].內蒙古科技與經濟，2016，（23）：92-94.

[6]張玉榮，楊鴻鷹，吳有賓.半焦煤樣成漿性研究[J].潔凈煤技術，2016，（06）：24-27+33.endprint