基于卓越人才培養(yǎng)的礦物加工創(chuàng)新實驗設(shè)計與實踐

夏文成 謝廣元 彭耀麗 沙杰

摘要：創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)是卓越工程師人才培養(yǎng)的重點，而創(chuàng)新型人才培養(yǎng)就必須要對傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式進行改革，然而實驗教學(xué)模式和方法的改革卻并未能受到很好的重視。對于工科而言，實驗教學(xué)對學(xué)生的學(xué)習(xí)、畢業(yè)工作、繼續(xù)深造等具有深遠的影響。針對礦物加工工程卓越工程師人才培養(yǎng)的目標和特色，進行實驗教學(xué)改革，開展創(chuàng)新型實驗的設(shè)計和實踐，重點開展能夠反映礦物加工基礎(chǔ)理論知識培養(yǎng)與學(xué)習(xí)的實驗單元，增進實驗教學(xué)服務(wù)于學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)理論知識學(xué)習(xí)的效果。

關(guān)鍵詞：卓越計劃;創(chuàng)新實驗;礦物加工;基礎(chǔ)理論

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）06-0244-02

引言：

卓越工程師計劃是為促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才而設(shè)立的[1-3]。中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)科礦物加工工程專業(yè)結(jié)合本校專業(yè)的優(yōu)勢和特色，以及社會對該專業(yè)人才的需求分析，組織制定了《礦物加工工程專業(yè)2012版本科培養(yǎng)方案（卓越工程師計劃）》（以下簡稱“卓越計劃”），確定以“培養(yǎng)適應(yīng)社會主義現(xiàn)代化建設(shè)需要的德、智、體、美全面發(fā)展，具有良好的思想品質(zhì)與職業(yè)道德，具備較強的社會適應(yīng)能力、工程實踐能力、組織領(lǐng)導(dǎo)能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和國際競爭能力，富有進取精神和人文精神的創(chuàng)新型高水平工程師人才”為目標[4]，對原有培養(yǎng)方案進行優(yōu)化，尤其是對實踐教學(xué)環(huán)節(jié)重點強化、優(yōu)化，進一步科學(xué)規(guī)劃課程體系，合理設(shè)置理論教學(xué)課時和工程實踐課時，形成了符合卓越工程師培養(yǎng)需求，又有中國礦業(yè)大學(xué)礦物加工工程專業(yè)特色。

一、學(xué)校的實驗教學(xué)現(xiàn)狀及不足

教師積極推進科研成果向課堂教學(xué)和實驗教學(xué)的轉(zhuǎn)化。將專利、論文、著作、科技開發(fā)及重大研究項目等成果及時轉(zhuǎn)化實驗教學(xué)儀器、演示教學(xué)設(shè)備、綜合性實驗系統(tǒng)、教材、教學(xué)講義、學(xué)生畢業(yè)設(shè)計及教學(xué)軟件等。教師以科研項目和研究方向為依托，建立選礦新技術(shù)的試驗研究系統(tǒng)，大力開發(fā)以科研為主的實驗項目，促進了實驗課程體系的改革。充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，強化訓(xùn)練學(xué)生的科研能力與創(chuàng)新能力。目前，本專業(yè)擁有高硫煤脫硫降灰試驗研究裝置與系統(tǒng)、跳汰分選與自動測控試驗裝置與系統(tǒng)、干法分選試驗研究裝置與系統(tǒng)、粗煤泥干擾床分選系統(tǒng)、柱式梯級柱分選系統(tǒng)等10余套創(chuàng)新實驗平臺。2014年度，受益的本科生人數(shù)達150多人。

雖然本專業(yè)擁有了一定的創(chuàng)新試驗平臺，但是很少涉及能夠反映礦物加工基礎(chǔ)理論知識的實驗平臺;已有的《礦物加工實驗技術(shù)》教材中也很少涉及能夠讓學(xué)生切身感受礦物加工基礎(chǔ)理論知識方面的實驗，這對于本科生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)存在著一定的局限性。

根據(jù)中國礦業(yè)大學(xué)現(xiàn)代儀器與分析計算中心資料，該中心現(xiàn)有大型高尖端分析測試儀器設(shè)備如下：透射電子顯微鏡（TEM），掃描電子顯微鏡（SEM），原子力顯微鏡（AFM），X射線光電子能譜（XPS），超導(dǎo)核磁共振譜儀（NMR），真空顯微紅外光譜（FT-TR），激光共焦拉曼（RAMAN），X射線衍射儀（XRD），X射線熒光光譜儀（XRF）以及高性能計算集群（HPC）。這些高尖端設(shè)備大都可用于礦物加工工程領(lǐng)域，如將這些高尖端設(shè)備與礦物加工卓越工程師人才培養(yǎng)的創(chuàng)新實驗平臺建設(shè)相結(jié)合，即可實現(xiàn)本科生的創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

除此之外，本專業(yè)還有高速動態(tài)、激光粒度分析儀、Zeta電位測定儀、粘度儀、表面張力儀、潤濕熱測定儀等基礎(chǔ)研究設(shè)備，通過這些基礎(chǔ)研究設(shè)備，開展針對本科生的、能夠反映礦物加工基礎(chǔ)理論知識的創(chuàng)新實驗，可強化本科生對礦物加工基礎(chǔ)理論知識的領(lǐng)悟，增強本科生的研究熱情，實現(xiàn)研究與教學(xué)的統(tǒng)一。

二、國外該專業(yè)的實驗教學(xué)現(xiàn)狀

國外高校對于礦物加工人才的培養(yǎng)，在教學(xué)、科研、人才培養(yǎng)等方面領(lǐng)先的國外高校主要有美國弗吉尼亞理工大學(xué)、加拿大阿爾伯塔大學(xué)、澳大利亞昆士蘭大學(xué)、哈爾科夫礦業(yè)學(xué)院、莫斯科礦業(yè)學(xué)院等等。

國際一流的礦物加工工程專業(yè)學(xué)校均非常重視科學(xué)研究，以科研促進教學(xué)，所開設(shè)的實驗課，包括傳統(tǒng)的工程實踐性質(zhì)的實踐教學(xué)，還包括能夠反映學(xué)科基礎(chǔ)理論知識的實驗教學(xué)。強化本科生對高尖端分析測試儀器的使用，有利于學(xué)生對礦物加工基礎(chǔ)理論知識的領(lǐng)悟;鼓勵本科生自由探索與發(fā)現(xiàn)礦物加工基礎(chǔ)理論知識，促進本科生的科研產(chǎn)出，強化創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

本專業(yè)相比國外同類高校的實驗平臺建設(shè)，在礦物加工基礎(chǔ)理論知識的訓(xùn)練和強化方面略顯不足，而卓越工程師人才的培養(yǎng)除了重視工程實踐能力的鍛煉，還包括對礦物加工基礎(chǔ)理論知識的領(lǐng)悟與強化。卓越工程師人才只有在掌握了專業(yè)的基礎(chǔ)理論知識，才能夠體現(xiàn)其創(chuàng)新人才特色和優(yōu)勢。通過對礦物加工基礎(chǔ)理論實驗平臺的建設(shè)，可提升卓越工程師人才的礦物加工基礎(chǔ)理論知識涵養(yǎng)，鼓勵本科生自由探索與發(fā)現(xiàn)礦物加工的基礎(chǔ)理論，有利于本科生的科研成果產(chǎn)出，培養(yǎng)本科生的科研興趣，為卓越工程師人才的后續(xù)深造奠定基礎(chǔ)。

三、創(chuàng)新實驗設(shè)計與實踐

針對卓越工程師人才的培養(yǎng)，本專業(yè)已經(jīng)開展了“礦物加工試驗研究方法-創(chuàng)新試驗專題”，主要有細粒煤離心重力分選試驗研究、變徑液固流化床分選試驗研究、細煤泥柱浮選試驗研究、粗煤泥重介分選試驗研究、粗煤泥TBS干擾床分選試驗研究等創(chuàng)新專題試驗，突破了傳統(tǒng)試驗研究專題單一的格局，效果良好。然而，這些創(chuàng)新試驗卻很少涉及能夠反映礦物加工基礎(chǔ)知識理論方面的實驗。針對礦物加工卓越工程師培養(yǎng)計劃要求，結(jié)合礦物加工專業(yè)基礎(chǔ)課的內(nèi)容，利用礦物加工教師所取得的專利、論文、著作、科技開發(fā)及重大研究項目等成果，重點選取和設(shè)計能夠反映礦物加工基礎(chǔ)理論知識的創(chuàng)新實驗，考察相關(guān)創(chuàng)新實驗的可行性，而后對創(chuàng)新實驗平臺進行建設(shè)，讓卓越工程師班學(xué)生投入創(chuàng)新實驗訓(xùn)練。

本文以礦物加工實驗中的煤泥浮選為例，進行創(chuàng)新性的設(shè)計，既能夠滿足實踐教學(xué)的目的，培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力，又能夠加深學(xué)生對礦物加工基礎(chǔ)知識的領(lǐng)悟。創(chuàng)新性試實驗主要包括以下3個部分：

1.煤泥表面性質(zhì)研究。傳統(tǒng)的煤泥浮選實驗并不涉及煤泥表面性質(zhì)分析研究。本文設(shè)計的創(chuàng)新實驗在此部分主要包括：采用高尖端分析測試儀器，對煤泥進行表面表征，讀取煤泥表面物理化學(xué)性質(zhì)。采用紅外光譜和X射線光電子能譜對煤表面的化學(xué)官能團，分析疏水性基團（C-C、C=C、C-H等）和親水性基團（C-O、C=O、COOH等）的含量，采用親疏水性指數(shù)評價煤泥自身表面的疏水性能力。采用接觸角、Zeta電位等分析煤粒表面潤濕性和電位性質(zhì)，預(yù)測和評價其在水中的親水能力。采用掃描電鏡分析煤粒表面形貌特征，幫助學(xué)生加深煤粒與氣泡的碰撞、粘附和脫附過程。通過高尖端儀器設(shè)備對煤粒表面性質(zhì)進行微觀表征，加深學(xué)生對煤粒表面物理化學(xué)性質(zhì)的了解，結(jié)合專業(yè)課《煤化學(xué)》、《有機化學(xué)》中所學(xué)知識，為學(xué)生在后續(xù)浮選實驗過程中所觀察到的現(xiàn)象進行理論解釋。

2.煤泥浮選過程的理論探討。煤泥浮選過程是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程。傳統(tǒng)的煤泥浮選實驗僅是讓學(xué)生操作浮選實驗，收集浮選精煤和尾煤，僅得到一個宏觀的結(jié)論分析。本文所設(shè)計的創(chuàng)新實驗在此部分主要包括：采用顆粒在線分析儀和高速顯微觀察煤粒與氣泡碰撞、粘附和脫附的過程，從機理上闡釋煤泥難浮或易浮的原因。充分結(jié)合浮選溶液化學(xué)基礎(chǔ)理論知識，將機理分析與浮選結(jié)果相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合《選礦學(xué)》中的基礎(chǔ)知識，加深學(xué)生對礦物加工基礎(chǔ)知識的領(lǐng)悟。

3.實驗結(jié)果分析與討論。傳統(tǒng)的實驗結(jié)果處理是讓學(xué)生撰寫實驗報告并上交指導(dǎo)教師審閱，在老師審閱過程中，發(fā)現(xiàn)了問題也難以和學(xué)生進行有效溝通。創(chuàng)新實驗的設(shè)計考慮到了這個不足。在創(chuàng)新實驗中，在撰寫報告之前，讓學(xué)生進行口頭匯報，指導(dǎo)教師點評。指導(dǎo)教師參與到實驗結(jié)果的分析與討論中，有助于學(xué)生對知識的掌握。

四、開展創(chuàng)新實驗的意義

通過創(chuàng)新實驗可將科研成果轉(zhuǎn)化為礦物加工卓越工程師人才培養(yǎng)的創(chuàng)新實驗平臺，并能夠反映礦物加工基礎(chǔ)理論知識;實行開放實驗平臺管理，營造創(chuàng)新環(huán)境，強化本科生對所學(xué)礦物加工基礎(chǔ)理論知識的領(lǐng)悟，并鼓勵本科生在此基礎(chǔ)上開展創(chuàng)新實驗和活動。同時，為學(xué)生的實驗過程配備導(dǎo)師，構(gòu)建以學(xué)生為主導(dǎo)的“教師—平臺—技術(shù)成果”三位一體的創(chuàng)新場景，為本科生的創(chuàng)新科研活動提供優(yōu)越的條件。通過引導(dǎo)本科生參與和發(fā)現(xiàn)礦物加工基礎(chǔ)理論知識，促進高水平科研成果產(chǎn)出，提升本科生的實驗教學(xué)質(zhì)量和創(chuàng)新性人才培養(yǎng)目標。

五、結(jié)語

通過創(chuàng)新實驗設(shè)計與實踐，改革教學(xué)模式，將高尖端儀器設(shè)備資源與礦物加工卓越工程師人才培養(yǎng)相銜接，強化本科生對所學(xué)礦物加工基礎(chǔ)理論知識的領(lǐng)悟，并鼓勵本科生在此基礎(chǔ)上開展創(chuàng)新實驗和活動，促進本科生高水平科研成果產(chǎn)出，提升本科生的實驗教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻：

[1]崔永鴻，王文和，韓松.高校安全工程專業(yè)實踐教學(xué)體系研究——基于卓越工程師培養(yǎng)理念[J].科教文匯，2013（10）：49-50.

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[4]趙韓強，趙樹凱.高等工程教育培養(yǎng)創(chuàng)新人才若干問題的探討[J].中國電子教育，2006，（3）：12-16.