礦物加工工程專業(yè)研究方法課程改革與實踐

楊聰仁 覃文慶 魏茜 顧幗華

摘? 要：“研究方法”是礦物加工工程專業(yè)本科生的必修核心專業(yè)課，課程具有綜合性和實踐性強的特點，其目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識分析和解決實際科學(xué)問題的能力，為從事礦物加工及相關(guān)行業(yè)的研究開發(fā)工作奠定基礎(chǔ)。但在新工科背景下，礦物加工的研究領(lǐng)域不限于傳統(tǒng)的礦產(chǎn)資源，而是擴(kuò)展到非傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源、固廢資源、二次資源等的選冶聯(lián)合處理；同時研究方法、測試手段等也取得長足的進(jìn)步；現(xiàn)有的研究方法教學(xué)內(nèi)容設(shè)置與新時代卓越工程師培養(yǎng)要求存在較大差距。為適應(yīng)礦物加工人才培養(yǎng)的新要求，構(gòu)筑資源加工研究方法學(xué)科交叉知識新體系，并對教學(xué)方法和評價體系進(jìn)行改革。

關(guān)鍵詞：礦物加工工程；研究方法；新工科，工程教育認(rèn)證；課程改革

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）05-0136-04

Abstract： Research Methods is a compulsory core professional course for undergraduates majoring in mineral processing engineering. The course is comprehensive and practical，its purpose is to cultivate students' ability to comprehensively apply the basic theories and professional knowledge to analyze and solve practical scientific problems， and to lay the foundation for the research and development work in mineral processing and related industries. However， under the background of new engineering， the research field of mineral processing is no longer limited to traditional mineral resources， but has expanded to the non-traditional mineral resources， solid waste resources， secondary resources， etc. At the same time， research methods and testing methods have also made great progress. There is a big gap between the existing teaching content of "Research Methods" and the training requirements of excellent engineers in the new era. In order to meet the new requirements of mineral processing personnel training， a new interdisciplinary knowledge system of resource processing research methods was constructed， and the teaching method and evaluation system were reformed.

Keyword： mineral processing engineering; Research Methods; emerging engineering education; engineering education accreditation; curriculum reform

全國開設(shè)礦物加工工程專業(yè)的高校共有41所，不同的高校由于側(cè)重點的不同，研究方法這門課程采用的教材也不相同，但使用較多的是《礦石可選性研究》。《礦石可選性研究》第一版于1979出版，書中主要論述了有關(guān)礦石可選性研究的基本知識、基本理論和基本測試技術(shù)，適當(dāng)?shù)胤从沉水?dāng)時國內(nèi)外的先進(jìn)經(jīng)驗和技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和學(xué)生知識水平的提高，編者于1987年對該書作了一次較大的修改和充實，引入了新的研究成果和測試新技術(shù)，并精簡了一般性的操作描述，使其更符合教學(xué)需要[1]。為適應(yīng)學(xué)科發(fā)展和教學(xué)改革的需要，并根據(jù)國家教委關(guān)于高等教育應(yīng)面向21世紀(jì)培養(yǎng)專業(yè)面寬、知識面廣、綜合素質(zhì)高和實踐能力強的現(xiàn)代化建設(shè)人才的精神，顧幗華等[2]于2019年出版了《礦物加工研究方法》以滿足礦物加工工程專業(yè)本科生的教學(xué)要求。《礦物加工研究方法》是《礦石可選性研究》的升級與迭代，書中實例豐富，注重工程實際應(yīng)用，強調(diào)理論聯(lián)系實際、學(xué)以致用。礦物加工工程專業(yè)團(tuán)礦方向2002年開始使用莊劍鳴主編、中南大學(xué)教材科出版的《燒結(jié)球團(tuán)研究方法》。目前使用的是黃柱成主編、中南大學(xué)出版社于2015年11月出版的《鐵礦造塊研究方法》，該書力求使讀者了解鐵礦造塊領(lǐng)域中的試驗研究的一般程序和內(nèi)容，掌握鐵礦造塊研究的方法和技能[3]。同時，礦物加工工程專業(yè)的教育工作者圍繞研究方法的教學(xué)改革也進(jìn)行了探索[4-10]。

近年來，礦物加工的研究領(lǐng)域已不限于傳統(tǒng)的礦產(chǎn)資源，而是已擴(kuò)展到非傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源、固廢資源、二次資源等的選冶聯(lián)合處理；同時研究方法、測試手段等方面也取得了長足的進(jìn)步，但這些內(nèi)容在目前的課堂教學(xué)中涉及的內(nèi)容非常有限。因此，無論是《礦物加工研究方法》還是《鐵礦造塊研究方法》的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置都與新時代卓越工程師培養(yǎng)要求存在較大差距，開展兩個方向研究方法教學(xué)內(nèi)容的交叉融合與整體優(yōu)化勢在必行。

一? 課程改革的必要性分析

（一）? 新工科背景下對礦物加工工程專業(yè)人才培養(yǎng)提出了新要求

我們國家正在實施一系列重大國家戰(zhàn)略，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級正在加快步伐，以新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式為特征的新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，經(jīng)濟(jì)全球化的趨勢在加速前行，形勢的發(fā)展對工程人才培養(yǎng)提出了新的更高的要求，我國高等工程教育必須面向產(chǎn)業(yè)、面向世界、面向未來，加快進(jìn)行新工科建設(shè)，以培養(yǎng)面向未來、適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高級工程技術(shù)人才。

中南大學(xué)礦物加工工程是首批國家重點專業(yè)和特色專業(yè)，經(jīng)過70年的建設(shè)與發(fā)展，形成了“資源-冶金-材料-環(huán)境”多學(xué)科交叉融合的專業(yè)特色[11]。構(gòu)建了大學(xué)科課程體系和培養(yǎng)方案，如專業(yè)基礎(chǔ)課程修訂為化工原理和冶金原理，為“資源-冶金-環(huán)境-材料”交叉融合專業(yè)知識的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)；專業(yè)核心課程資源加工學(xué)融合粉碎工程、物理分選、礦物浮選和燒結(jié)球團(tuán)學(xué)等傳統(tǒng)課程，切實打通選冶壁壘；選修專業(yè)課程模塊化，主要包括資源、冶金、環(huán)境領(lǐng)域的通用模塊，濕法選冶資源清潔利用模塊；火法選冶資源清潔利用模塊，為學(xué)生提供更多個性化選擇，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

“研究方法”是礦物加工工程專業(yè)本科生的必修核心專業(yè)課，課程具有綜合性、實踐性強的特點。課程設(shè)置的目的是使礦物加工工程專業(yè)學(xué)生通過學(xué)習(xí)了解進(jìn)行科學(xué)試驗研究一般程序和內(nèi)容；掌握進(jìn)行資源加工領(lǐng)域科學(xué)研究的試驗方法和技能；培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識分析和解決實際科學(xué)問題的能力。為從事資源加工及相關(guān)行業(yè)的研究開發(fā)工作奠定基礎(chǔ)。為了適應(yīng)礦物加工人才培養(yǎng)的新要求，構(gòu)筑資源加工研究方法學(xué)科交叉知識新體系，修訂教學(xué)大綱勢在必行。

（二）? 課程教學(xué)改革是完成礦物加工工程專業(yè)認(rèn)證的重要內(nèi)容

中南大學(xué)礦物加工工程專業(yè)包括選礦和團(tuán)礦兩個方向，選礦方向其前身為成立于1952年的中南礦冶學(xué)院選礦工程專業(yè)，團(tuán)礦方向起源于1956年成立的國內(nèi)第一個專門從事鐵礦造塊的團(tuán)礦專業(yè)。礦物加工工程專業(yè)經(jīng)過70余年的發(fā)展，始終堅持面向國家重大戰(zhàn)略需求和社會發(fā)展需要的發(fā)展方向和依托學(xué)校優(yōu)勢學(xué)科交叉融合的發(fā)展方向，在礦物加工科學(xué)研究處于國際領(lǐng)先水平。但長期以來，中南大學(xué)礦物加工工程專業(yè)一直以選礦和團(tuán)礦兩個方向平行運行，其核心課程體系中的方法學(xué)也是兩門獨立的課程。

在知識結(jié)構(gòu)上，研究方法被認(rèn)為是礦物加工課程體系中的“上層建筑”，也是被認(rèn)為是集綜合性及應(yīng)用性最強的課程。因此研究方法課程是礦物加工工程專業(yè)人才知識結(jié)構(gòu)和人才培養(yǎng)體系中重要的課程；然而，選礦和團(tuán)礦兩個方向教學(xué)大綱的平行運行有違《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》要求。另一方面，選礦方向礦物加工研究方法課程主要講授采樣、試樣制備、工藝礦物學(xué)研究、選礦試驗研究等內(nèi)容，而團(tuán)礦方向鋼鐵冶金研究方法課程的研究對象是選礦產(chǎn)品，選礦方向和團(tuán)礦方向的融合能夠讓學(xué)生掌握資源行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的研究方法，更符合新工科背景下對礦物加工專業(yè)人才培養(yǎng)的新要求。此外，傳統(tǒng)的礦物加工是一個高能耗、高排放、高污染且是一個消耗自然資源的不可持續(xù)過程，在今后的授課過程中應(yīng)該引入一些新的理念、新的技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)、工作中開發(fā)節(jié)能降耗的工藝，研發(fā)和使用環(huán)保藥劑，提高資源綜合利用率、減少環(huán)境污染；要讓同學(xué)們充分認(rèn)識加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的極端重要性和緊迫性，堅持綠水青山就是金山銀山，牢固樹立人與自然和諧發(fā)展的理念。

因此，開展研究方法教學(xué)內(nèi)容的交叉融合與整體優(yōu)化是完成礦物加工工程專業(yè)認(rèn)證的要求，適應(yīng)新時代卓越工程師培養(yǎng)的要求，也能發(fā)揮兩個方向的優(yōu)勢，更好地服務(wù)于“雙一流”建設(shè)。

二? 課程內(nèi)容改革

對接資源加工行業(yè)新一輪的科技和產(chǎn)業(yè)革命，加強專業(yè)內(nèi)涵建設(shè)，按照“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強實踐、重創(chuàng)新”的人才要求，構(gòu)筑貫通“資源-冶金-材料-環(huán)境”主線的學(xué)科交叉知識體系[11]，對照《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》畢業(yè)要求指標(biāo)點[12]，制訂了資源加工研究方法教學(xué)大綱，形成了與新時代卓越工程師培養(yǎng)相適應(yīng)的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源。

資源加工研究方法課程目標(biāo)是在掌握礦物加工和鋼鐵冶金相關(guān)理論知識的基礎(chǔ)上，通過本課程的學(xué)習(xí)能開展相關(guān)的科學(xué)研究，包括選取研究課題、制定研究方案、確定研究方法、開展試驗研究、試驗數(shù)據(jù)有效處理和編寫研究報告等，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識分析和解決實際科學(xué)問題的能力，為從事資源加工及相關(guān)行業(yè)的研究開發(fā)工作奠定基礎(chǔ)。課程目標(biāo)具體可分解為七點，分別支撐《工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》畢業(yè)要求中的工程知識、問題分析、研究和使用現(xiàn)代工具四個指標(biāo)點（表1）。

資源加工研究方法教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置包括研究試樣的采取和制備、工藝礦物學(xué)研究、工藝性質(zhì)測定、選礦（重選、磁選、浮選、化學(xué)選礦）和選礦產(chǎn)品深加工（粉料造塊、高溫加工）等資源加工全鏈條的試驗方案設(shè)計及規(guī)范開展試驗研究。具體課程內(nèi)容設(shè)置見表2，第1章介紹礦物加工和鋼鐵冶金學(xué)科的發(fā)展及研究方法創(chuàng)新、礦物加工和鋼鐵冶金研究工作的程序和階段；第2章介紹試驗設(shè)計、誤差分析、數(shù)據(jù)處理與評價及研究報告編寫；第3章介紹基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究試樣的采取和制備；第4章介紹試樣的工藝礦物學(xué)研究以及工藝性質(zhì)測定，根據(jù)資源加工物料的性質(zhì)提出并設(shè)計實驗方案；第5章介紹浮選、化學(xué)分選、固液分離的試驗內(nèi)容、設(shè)備和操作技術(shù)，工藝因素的考察和基本工藝參數(shù)的測定，以及中間試驗和工業(yè)試驗的內(nèi)容和程序；第6章介紹重選、磁選和電選的試驗內(nèi)容、設(shè)備和操作技術(shù)，以及物理分選工藝因素的考察；第7章介紹燒結(jié)球團(tuán)原料、試驗設(shè)備、試驗操作，試驗結(jié)果評價與分析；第8章介紹高爐爐料結(jié)構(gòu)、原料性能與高爐冶煉過程的關(guān)系。

三? 教學(xué)方法和評價體系的改革與創(chuàng)新

以科研大項目為依托，結(jié)合本科生的畢業(yè)論文要求，要求本科生早進(jìn)課題、早進(jìn)實驗室、早進(jìn)團(tuán)隊參與科研活動，促進(jìn)科研與教學(xué)互動。把科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，建設(shè)資源加工研究案例；以典型生產(chǎn)實踐為基礎(chǔ)建設(shè)工程設(shè)計案例，通過案例教學(xué)把資源加工研究方法課堂教學(xué)與實踐操作（科研活動或畢業(yè)論文）和綜合應(yīng)用（畢業(yè)設(shè)計）有機結(jié)合起來，促進(jìn)對學(xué)生知識獲取和應(yīng)用、工程能力與社會能力的培養(yǎng)和提高以及綜合素質(zhì)的培養(yǎng)和提升。針對兩個專業(yè)方向深度融合過程中課時壓縮問題，通過與優(yōu)質(zhì)慕課資源相結(jié)合，建設(shè)線上線下混合式教學(xué)模式。

課程考核遵循“重視基礎(chǔ)，挖掘深度，激發(fā)智慧”的原則，關(guān)注過程、嚴(yán)格要求，提高課程考核的難度。課程考核由期末考試、研討課表現(xiàn)、作業(yè)和出勤率等綜合評定；在試卷設(shè)計方面按照課程教學(xué)目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐情況，主要考察學(xué)生靈活運用基本概念和基本理論的能力，分析和解決問題的綜合能力以及創(chuàng)新思維能力；通過畢業(yè)論文和畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量反饋課堂教學(xué)效果。

四? 結(jié)束語

“研究方法”是礦物加工工程專業(yè)課程體系中的“上層建筑”，是綜合性及應(yīng)用性最強的課程。為了對接資源加工行業(yè)新一輪的科技和產(chǎn)業(yè)革命，按照“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強實踐、重創(chuàng)新”的人才培養(yǎng)要求，形成了“資源-冶金-材料-環(huán)境”多學(xué)科交叉融合的專業(yè)特色，構(gòu)筑資源加工研究方法學(xué)科交叉知識新體系，能夠讓學(xué)生掌握資源行業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的研究方法，更符合新工科背景下對礦物加工專業(yè)人才培養(yǎng)的新要求。此外，通過案例教學(xué)把資源加工研究方法課堂教學(xué)與實踐操作（科研活動或畢業(yè)論文）和綜合應(yīng)用（畢業(yè)設(shè)計）有機結(jié)合起來，并通過畢業(yè)論文和畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量反饋課堂教學(xué)效果。

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