“雙一流”背景下“冶金單元設計與操作”課程教學改革與思考

張文娟，馬保中，王成彥

（北京科技大學 冶金與生態工程學院，北京 100083）

“雙一流”建設是我國高等教育發展的必由之路，旨在提升我國高等教育的綜合實力和國際競爭力［1-3］。該計劃的目標是培養一批世界一流的大學和學科，并提高我國高等教育的整體水平。自2015年《統籌推進世界一流大學和一流學科建設總體方案》發布以來［4］，全國各高校積極響應，致力于進入世界一流大學行列，并以建設高水平學科為出發點［5］。冶金工程專業是北京科技大學最具特色和優勢的專業之一，于2022年入選第二輪“雙一流”學科建設名單。“冶金單元設計與操作”是冶金工程專業的核心課程之一，是一門具有較強綜合性和工程應用性的專業基礎課程，其綜合性體現在該課程以高等數學、物理化學、大學化學、傳遞過程原理等理論為基礎，知識體系及內容涉及面廣；工程應用性體現在其主要研究冶金生產實踐中所遇到的各種單元操作技術和典型設備的構造及選型等工程實際問題，以為學生將來從事冶金工藝及科學技術開發打下堅實的基礎［6-7］。不難看出，“冶金單元設計與操作”是一門兼具理論性與實踐性的專業類課程。然而，該課程的教學內容一直沿用“化工原理”的教學內容，難以滿足冶金工程專業的培養需求。為此，本文在分析“冶金單元設計與操作”課程現存問題的基礎上，結合冶金工程專業特點對該課程的教學內容、方法和模式等方面的改革提出了一些設想。

一、現存問題分析

（一）課程內容沿用“化工原理”內容，且不能完全覆蓋冶煉過程，致使教學內容和專業課程的設置嚴重脫節

單元操作的概念首先出現于化學工程領域，在20世紀二三十年代，化工界已認識到在許多不同的工業過程中有著共同的操作步驟，其中以物理過程為主的被稱為單元操作，單元操作的認識與研究在歷史上對化工和其他工業的發展具有積極的推動作用。現代冶金很多單元過程和化工單元過程密不可分又不盡相同，反應過程均包含物理過程和化學反應過程。目前，國內各大院校的冶金專業均已開設“冶金單元設計與操作”或相近的必修課程，所講授的內容均基于“化工原理”。盡管冶金過程與化工過程有許多相近之處，但現有的“化工原理”內容并不能完全覆蓋冶煉過程，且有很多單元操作體系并未應用于冶金過程中，教學內容和專業課程的設置存在嚴重脫節，對于冶金單元操作領域的理論、工藝、技術發展現狀，教學內容嚴重滯后且不夠完善。

（二）理論教學過于偏重專業知識的培養

在高等教育領域，專業知識培養是至關重要的一環。而專業知識傳授需要結合實際應用，才能夠真正地發揮作用。在冶金工程專業中，理論教學過于偏重專業知識培養，不僅會導致學生無法聯系冶金專業所學，而且會使學生難以將所學的理論知識應用于實際情況中。“冶金單元設計與操作”課程內容均基于“化工原理”，而“化工原理”內容偏重于理論知識傳授，如專業設備的尺寸計算、設備構成及作用原理［8］，忽略了相關過程的冶金專業知識和運用，使學生無法聯系冶金專業所學，僅將其看作是一門與化學、機械工程類似的注重理論計算的學科。

（三）實踐教學內容缺乏且相對獨立

如前所述，“冶金單元設計與操作”課程是一門具有較強工程應用性的課程，而現有課程內容設置對工程實踐方面培養不足，不夠重視學生在工程實踐中觸類旁通的培養，且高水平的科研成果與教學內容脫節。

二、課程內容模塊化與開放式教學設想

基于上述問題，為兼顧研究型與工程型冶金人才培養的需求，結合北京科技大學的特色與優勢，筆者從課程改革和建設方面提出了一些設想：一是針對冶金工程人才培養的特點，在有限的課時內選擇更有針對性的冶金單元操作過程進行重點教學，以促使學生掌握實際操作技能，提高實踐能力，從而更好地適應未來的工作需求；二是從解決工程問題的實用性出發，越過復雜的抽象原理，使學生掌握更具工程應用價值的設計相關基礎知識，能更好地理解實際工作中所遇到的問題；三是突出技術和工程問題以及科研創新成果的應用，并將其與課程內容相融合，以培養學生分析問題和解決問題的能力，使學生具備更好的創新意識和解決實際問題的能力。

（一）在教學內容上，充分結合冶金過程操作

為了更好地培養學生的實際操作能力和解決問題的能力，可以在教學過程中充分結合冶金過程操作，包括液體輸送、混合與攪拌、固液分離、萃取與離子交換、蒸發結晶、干燥、流態化等。這些操作在冶金工藝中至關重要，了解這些操作的原理和實踐能力對于學生日后從事冶金行業相關工作有著極大的幫助。另外，增加一些冶金專業的案例和實例，幫助學生更好地理解和應用所學的理論知識。通過將冶金專業知識和化工原理相結合，學生可以更好地掌握課程內容，并了解如何將其應用于實際工作中。除此之外，還應結合專業領域在新技術方法上的最新進展、發展趨勢及其在冶金相關工藝過程中的應用，如自動化控制、計算機輔助設計、人工智能等。了解這些新技術的應用及其前景，可以開闊學生的視野，幫助學生更好地理解和掌握冶金工藝中的原理和操作，為學生日后在冶金行業相關工作中做好技術創新打下基礎，為學生的職業生涯發展提供強有力的支持。宜考慮增加一些冶金專業的案例和實例，幫助學生更好地理解和應用所學的理論知識。通過將冶金專業知識和化工原理相結合，學生可以更好地掌握課程內容，并了解將其應用于實際工作中的途徑。最后，為了加強高水平科研成果與教學內容之間的聯系，可以增加科研成果的引入和應用，還可以將最新的科研成果和技術應用到課程設計及實驗教學內容中，激發學生的創新意識和科研能力，提高學生對于實踐和理論關系的理解。同時，可以鼓勵學生積極參與科研項目，提高其對于科研領域的認知和深度掌握相關知識技能［9］。

（二）在教學方法上，開展充分的課堂實踐

在教學方法上，要體現“冶金單元設計與操作”課程中的設計與操作，以有色金屬冶金典型工藝流程為實踐對象，利用仿真動畫、現場視頻、實驗室操作等，讓學生更直觀地了解冶金單元設計與操作的實際過程。通過這些實踐形式，學生可以掌握更具體、更實用的技能，提高自己的實際操作能力，也可以深入了解冶金工藝流程的整體架構和各個環節之間的關聯。在實踐過程中，可以將學生分組，讓他們根據給定的冶金過程，選定合適的冶金單元操作，并對主要冶金單元的設計及說明進行成果展示。這種方式可以有效地激發學生的積極性和創造性，也可以讓學生更深入地了解冶金工藝流程中各個單元之間的關系和協調性。為了更好地促進課本知識的理解和運用，可以將實踐過程和理論課程相結合，通過實踐案例的分析和討論，引導學生理解課本知識的實際應用情況和具體操作方法，以幫助學生更深入地理解理論知識和實際操作之間的聯系，讓他們更好地掌握基本的設計能力和問題解決能力。

除了上述措施之外，可以邀請一些行業專家或工程師分享實踐經驗，以幫助學生更好地理解理論知識和實踐應用之間的聯系。通過這些措施的實施，有助于幫助學生更好地掌握課程內容，并將所學知識應用于實際工作中，以適應未來的工作環境和挑戰。

（三）在教學模式上，構建混合式教學

隨著信息技術的迅速發展，網絡教學平臺已經成為現代教育不可或缺的組成部分［10-12］。通過深度融合網絡教學平臺和傳統教學模式的優點，構建更加綜合和實用的混合教學模式，從而提高學生的學習效果。具體而言，可以采用問題式、研討式和實踐式教學模式教授課程，以激發學生的學習興趣，提高他們的學習效率。在網絡平臺上，可以建立討論小組和結果反饋機制，通過學生之間的互動和教師的引導，幫助學生更好地掌握知識，并鍛煉解決問題的能力，也便于教師更好地了解學生的掌握情況。在這樣的教學模式下，學生將有機會更深入地了解知識，并在實踐中更好地掌握和應用。通過實際的實踐活動，學生可以將所學知識與實際情況相結合，從而更好地掌握和應用這些知識。同時，教學可以更加貼近實際，讓學生更好地理解理論知識與實際應用之間的聯系。通過這樣的混合教學模式，高校教育可以更好地實現革新，培養出更具創造力和實踐能力的人才。

（四）在教學考核上，開展多元評價方式

為了提高學生的培養質量和自主學習能力，在教學考核上采用多元評價方式，以代替傳統的“考試成績定終身”。而現有的方式也主要是通過加大平時考核成績在課程總成績中的權重來鼓勵學生在平時更加努力學習。對于“冶金單元設計與操作”這門實踐性強的課程，其考核應該將多元化評價貫穿整個學習過程，包括課堂表現評價：通過觀察學生在課堂上的表現、回答問題的能力、參與討論的程度等評價學生的課堂表現；作業評價：通過學生完成作業的質量、準確度、完成時間等評價學生的學習情況；小組討論評價：通過小組任務的完成情況、質量、團隊合作情況等評價學生的綜合能力和團隊合作精神；課程評價問卷：通過向學生發放課程評價問卷，了解學生對課程教學質量、內容、方式的評價和建議，以幫助教師改進教學；學習成果展示評價：通過學生的學習成果展示（如設計成果展示）評價學生的學習成果和創造力。基于以上多元化評價方式，教師可以從不同角度評價學生的學習情況，幫助他們更好地提升學習效果。

結語

本文在“雙一流”學科建設背景下，針對冶金工程專業核心課程“冶金單元設計與操作”現存問題，從解決工程問題的實用性出發，結合冶金過程的典型工藝流程及經典單元進行教學內容優化，提高了“冶金單元設計與操作”課程內容的針對性。在教學方法上，以冶金過程中的實際工程問題為導向，緊密結合學科的發展動態，以案例分析為基礎，融合教學內容及工程實踐；以網絡教學平臺為輔助，優化教學模式，以期促進課程改革和健康發展；采用多元化評價體系，提高學生培養質量和自主學習能力。通過這些改革措施，可以更好地促進“冶金單元設計與操作”課程的改革和發展，為培養具有高水平實踐能力的冶金工程人才打下堅實的基礎。