冶金物理化學課程教學改革與探索

伍凌 鐘勝奎

摘 要 “冶金物理化學”是冶金工程本科專業的專業基礎課，它對于培養具有扎實理論基礎、優秀創新能力和良好工程實踐能力的優秀冶金專業人才具有至關重要的意義。然而，該課程具有內容繁雜、理論性強、抽象難懂等特點。本文提出結合多種教學手段，通過理論與實踐相結合，激發學生的創新思維和學習興趣，從而提升教學效果。

關鍵詞 冶金物理化學 教學改革 創新方法

中圖分類號：G424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.10.056

Abstract Metallurgical physical chemistry is a basic course of metallurgical engineering undergraduate major. It is of vital significance to cultivate excellent metallurgical professionals with solid theoretical basis， excellent innovation ability and good engineering practice ability. However， this course has the characteristics of multifarious， abstract content， and strong theory. To improve the teaching effects， this paper proposes to use various teaching methods with the combination of theory and practice， which also can stimulate students' innovative thinking and learning interest.

Keywords Metallurgical physical and chemistry; Teaching reform; Innovative methods

“冶金物理化學”是利用物理化學的理論和方法來研究金屬冶煉及材料制備過程中的物理現象和化學變化的一門課程，是冶金學科的理論基礎。該課程作為冶金工程專業本科生的專業基礎課，旨在培養學生分析和解決冶金過程問題的能力，對于后續學習“鋼鐵冶金學”、“有色金屬冶金學”等專業課程至關重要。[1-3]然而，冶金物理化學課程囊括無機化學、物理化學及冶金過程等諸多方面的知識與理論，其內容繁雜、概念多、理論性強、公式推導復雜，這使得學生在學習該課程時容易產生畏懼和厭倦情緒，從而難以系統掌握冶金物理化學相關知識，并嚴重影響后續專業課程的學習效果。[4-7]因此，探索適合于該課程的教學方式與方法，激發學生的學習興趣和創新思維，提升學習效果，從而夯實其專業知識和理論基礎是深化冶金物理化學課程教學改革的關鍵。

1 基礎理論與日常生活相結合，激發學習興趣

由于冶金物理化學是結合數學、物理、化學等多學科理論來解決冶金過程中的若干問題，其理論性強，抽象難懂。因此，如何提升課程的樂趣性，從而激發學生的學習興趣，是冶金物理化學課程改革的首要任務。通過多年教學實踐，我們發現將基礎理論與日常生活事例相結合不僅可以極大地提升學生的學習興趣，還可以促進學生對知識點的理解，能顯著提高學習效果。譬如，講解熵增原理時，在密閉房間中噴香水，房間中的分子會自發地越來越混亂，這種現象稱為熵增;若想房間中的分子排列整齊，必須對其做功，這樣使得學生更容易理解。

2 將科研引入基礎理論教學，激發科技創新意識

在講授基礎理論時引入科技前沿和教師科研工作，結合知識點給學生介紹相關科研成果。如講解熱力學中的氧勢圖時，位于氧勢圖上方（氧勢高）的氧化物越容易被還原，位于氧勢圖下方（氧勢低）的氧化物越穩定。筆者引入本實驗室制備納米氧化鈷和氧化鎂的實例，氧勢高的氧化鈷與碳混合后在隋性氣氛中容易被還原成金屬鈷，而氧勢低的氧化鎂則很難被還原，這不僅可以加深學生對知識點的理解，同時還讓他們知道相關理論的重要作用。又如講解動力學中機械活化對礦物浸出速率的影響時，結合實驗室機械活化對浸出鈦鐵礦的研究成果，給學生介紹機械活化是如何影響鈦鐵礦的晶體結構、缺陷、粒度和形貌、活化能，從而影響鈦鐵礦的浸出速率和浸出率。通過這些科研實例，讓學生意識到學習冶金物理化學課程基礎理論的重要性，這不僅有利于同學們消化知識點，而且可以激發其科技創新意識，從而變被動為主動地去學習。

3 基礎理論與冶金生產實踐相結合

冶金物理化學是冶金工程本科專業學生接觸的第一門專業基礎課，因此，我們在講授基礎理論知識的同時，還需適當介紹一些冶金專業知識，讓學生對冶金專業和冶金過程有一定的了解。如講授還原熔煉的原理時，給學生介紹鐵礦石的還原熔煉過程以及煉鐵設備——高爐，讓他們思考如何用還原熔煉的原理去解釋鐵礦石的還原過程;此外，還可簡要介紹銅、鉛等有色金屬的還原過程及冶煉設備等。在講解氧化精煉時，介紹鐵水的氧化精煉過程以及煉鋼設備——轉爐，讓學生思考如何用氧化精煉的原理解釋鐵水冶煉成鋼的過程;此外，還可簡要介紹銅、鉛、鋅等有色金屬的氧化精煉過程及設備等。

為了進一步讓學生了解冶金物理化學基礎理論對冶金過程的作用，本學院在冶金物理化學課程期間組織學生去沙鋼參觀學習一天，主要參觀高爐、轉爐等大型冶煉設備，讓學生對冶金企業有一定的了解。此外，本學院還配置了鋼鐵仿真實訓系統和鋼鐵生產實操訓練模型，包含了選礦、煉鐵、煉鋼、軋鋼等全套鋼鐵冶煉流程，因此在講授重要知識點時還可以利用仿真系統給學生演示相關冶金過程，有利于加深學生對知識點的理解。待學生后續完成鋼鐵冶金等專業課程后，他們還將親自上機模擬實訓，從而進一步鞏固專業知識和培養工程實踐能力。

4 重點突出，融會貫通，促進理解

冶金物理化學包含的內容很多，如冶金熱力學基礎、金屬熔體、冶金熔渣、化合物的生成與分解、還原熔煉、氧化精煉、冶金動力學基礎等，且每一章都包含很多知識點，這些知識點全部講解需要花費大量的時間，實際課時數根本不夠。因此，我們必須把握每一章節的重點和難點，如二元相圖和三元相圖、氧勢圖、氧化物的生成-分解反應的勢力學原理、還原熔煉的基本原理、氧化精煉的基本原理、冶金動力學基礎、氣固反應的未反應核模型等，一定要讓學生熟練掌握這些重要知識點。不僅要重點突出，還要將各知識點融會貫通，使學生容易理解。各章節的內容有很多都是相互關聯的，如氧勢圖的相關理論與還原熔煉及氧化精煉的知識點相互關聯，氧化精煉與金屬熔體及冶金熔渣的知識點相互關聯，冶金熱力學與冶金動力學也相互關聯。因此，在講課時需要將前后章節的知識融會貫通，形成一條條主線，將新舊知識點結合，促進學生對知識點的理解和鞏固。

5 互動式、啟發式教學，培養創新人才

采用互動式、啟發式教學法。針對某些知識點，可以先提出問題讓學生思考，讓其帶著問題去學習，然后通過對相關知識點的進一步了解，相互討論或獨立思考地去解決問題。譬如講解氧勢圖時，首先可以提出若干問題：（1）為何圖中大多數氧勢線斜率為正，只有2C+O2=2CO反應的斜率為負？（2）某些氧勢線的斜率在一定溫度時為何出現拐點？（3）氧勢低的氧化物容易被還原還是氧勢高的氧化物容易被還原？……讓學生帶著這些問題去學習。出于對問題的疑惑，學生在聽課過程中會認真思考，一旦講到相關知識點，就會自發有針對性地去解析相關問題，如果不懂再向老師提問，相互討論解決問題。如果把上述問題都弄懂了，氧勢圖的主要知識點也就自然掌握了。因此，互動式、啟發式教學方法對于激發學生創新思維和提升學習效果有著重要的作用。

6 合理利用多媒體和網絡平臺

冶金物理化學內容繁雜，知識點多，對于不同的教學內容宜采用不同的教學手段。如對于公式的推導宜采用板書，因為板書具有實時性，學生容易跟隨老師的思路來推導公式和建立模型。而對于相圖、氧勢圖、電位-pH圖等則不宜采用板書，因為板書畫圖會花費大量時間，并且難以保證圖形的精確性和美觀度。而多媒體教學則可以起到事半功倍的效果，如PPT可以采用不同的顏色顯示圖形，重點突出，還可以采用Flash演示動畫，模擬某些冶金物理化學過程，如金屬熔體冷卻過程中液相和固相成分的變化等等。又如講解鐵礦石氣固還原反應模型時也適合采用多媒體，首先建立一個鐵礦石未反應核模型，然后通過Flash等軟件逐步演示反應物CO外擴散、CO內擴散、界面化學反應、生成物CO2內擴散及外擴散過程，讓學生對鐵礦石-CO的氣固反應過程一目了然，降低學習難度，從而加深對知識點的理解。此外，為了方便同學們課后學習，蘇州大學建設了完備的網絡視頻課程平臺，冶金物理化學已完成全部課程的錄制，對于課堂上尚未完全聽懂的同學，還可以在課后登錄網絡視頻課程平臺進行學習，鞏固重點和難點。

7 精講典型習題，及時鞏固知識點

冶金物理化學理論性較強，不少知識點抽象難懂，有些學生聽課時似懂非懂，也有學生雖然在上課時聽懂了，但課后自己解題時又不會了。上述現象是由于學生沒有從根本上熟練掌握相關知識點造成的。因此，及時布置課后習題，精講典型例題就顯得尤為重要。布置的課后習題不僅要覆蓋主要知識點，而且要重點突出，題量不宜過多，要勤于批改作業，督促學生及時完成習題，避免作業流于形式。另一方面，在講解習題時一定要精選典型例題，特別是對于涵蓋重要知識點且學生容易做錯的題目要重點講解。此外，要擯棄全程教師一人講解的模式，講解習題的方式要多種多樣、靈活多變，可以結合提問、小組競賽的形式，對于大家對答案有分歧的題目還可以采取辯論的形式，充分發揮學生的主觀能動性，活躍課堂氣氛，提高學生的學習興趣，從而鞏固學習效果。

8 結語

冶金物理化學是冶金工程專業的專業基礎課，改進改學方法、提升教學效果對于培養擁有扎實理論基礎、優秀創新能力和良好工程實踐能力的冶金類專業人才有著十分重要的意義。對于冶金物理化學課程的教學改革一直在路上，如何將其建設成深受學生喜愛的專業基礎課程一直是廣大冶金工程專業教師們努力的方向。我們將與時俱進，不斷探索新的教學方法，為建設一門有利于培養優秀冶金專業人才的冶金物理化學課程而繼續努力奮斗。

*通訊作者：伍凌

參考文獻

[1] 李鴻乂，謝兵.冶金物理化學教學改革探討[J].廣東化工，2015 （15）：233-234.

[2] 郭敏，張梅，王福明.在冶金物理化學教學中培養大學生創新能力[J].中國冶金教育，2010（1）：10-12.

[3] 陳燕彬.論冶金物理化學課程教學改革的必要性[J].教育現代化，2017 （51）：66-67.

[4] 鄧庚鳳，鄧華軍，肖燕飛，等.案例教學法在冶金工程專業物理化學教學中的應用[J].中國冶金教育，2018（1）：50-51.

[5] 張榮良，楊志彬，焦麗娜，等.冶金工程專業應用型人才培養與冶金物理化學教學實踐[J].中國冶金教育，2014（6）：1-4.

[6] 權變利.冶金物理化學教學改革中的創新點[J].科技創新導報，2014（28）：168.

[7] 張生芹，任正德，鄧能運，等.《冶金物理化學》開放式實驗教學與學生創新能力培養[J].重慶科技學院學院（社會科學版），2012 （4）：183-184.