冶金工藝專業(yè)課教學(xué)新模式探討

陳麗愛 唐英利

摘 要：冶金過程是一個復(fù)雜的工業(yè)過程，設(shè)備龐大，工藝程序多，且危險因素較多。學(xué)生在實習(xí)過程中無法觀察設(shè)備全貌，也難以理解內(nèi)部過程。本文歸納出冶金工藝中“生成相”與“相分離”兩大根本任務(wù)，圍繞這兩大根本任務(wù)提出了冶金工藝專業(yè)課教學(xué)新模式，并在教學(xué)實踐中取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：冶金工藝；教學(xué)改革；新模式

冶金學(xué)科可分為冶金基礎(chǔ)類學(xué)科與冶金技術(shù)類學(xué)科兩大類。冶金物理化學(xué)、冶金傳輸原理、金屬學(xué)等屬于基礎(chǔ)類學(xué)科。技術(shù)類學(xué)科是指以問題或者任務(wù)為導(dǎo)向的學(xué)科，比如煉鐵學(xué)、鋁電解學(xué)等。本文所談的冶金工藝專業(yè)課是指冶金技術(shù)類學(xué)科中以金屬元素提取為目的的工藝設(shè)計類專業(yè)課。從目前的教學(xué)現(xiàn)狀看，學(xué)生對冶金工藝類課程的學(xué)習(xí)興趣不大，很容易出現(xiàn)教師單純講述知識點而學(xué)生盲目背誦知識點的不良狀況，不利于引導(dǎo)學(xué)生獨立思考與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。本文作者認為，冶金工藝設(shè)計是圍繞金屬元素的生成及金屬元素與雜質(zhì)分離兩個根本任務(wù)展開的，即冶金工藝知識體系是圍繞解決“生成相”與“相分離”兩大根本任務(wù)形成的，所以專業(yè)課的教學(xué)也應(yīng)該從這個角度出發(fā)。

一、技術(shù)類學(xué)科的“問題意識”

學(xué)科體系中有一類叫技術(shù)類學(xué)科。什么是技術(shù)？核心就是解決問題的辦法，比如一套操作程序、一些具體參數(shù)等?？茖W(xué)理論總是追求邏輯的嚴謹性，而技術(shù)不追求這個標準。技術(shù)的根本判別標準是是否能有效解決問題。以大自然普遍存在的石頭為例。同樣是面對一堆石頭，化學(xué)家琢磨石頭的化學(xué)組成與各類性質(zhì)等；物理學(xué)家可從力、熱、光、電等各個角度研究石頭的特性；在搞技術(shù)的工程師眼中，石頭具有較強的硬度可用來做房子地基?；瘜W(xué)家研究發(fā)現(xiàn)了碳酸鈣類石頭加熱分解后可得到石灰，于是工程師們開始研究石灰窯造石灰的各類技術(shù)問題。工程師看世界的視角都是從問題入手的，即有什么用？能做什么？如果把這個世界的知識不嚴格分為是什么（what）、為什么（why）和怎么辦（how），科學(xué)家不斷地在世界的各個尺度上琢磨是什么和為什么，而工程師則不斷地解決怎么辦或者怎么用，也就是我們常說的“科學(xué)家研究已有的世界，工程師創(chuàng)造還沒有的世界”。

二、冶金工藝的兩大任務(wù) ――“生成相”與“相分離”

冶金技術(shù)類學(xué)科的根本任務(wù)就是將各種礦石變成有用的金屬材料，這是冶金學(xué)科要解決的根本問題。圍繞這些問題，采用物理、化學(xué)、生物、力學(xué)等各類學(xué)科提供的手段進行冶煉，形成了以冶煉方法命名的物理冶金、化學(xué)冶金、生物冶金、力學(xué)冶金、真空冶金等學(xué)科。圍繞具體冶煉工藝問題，介紹工藝操作方法，形成了煉鐵學(xué)、煉鋼學(xué)、鐵合金冶煉學(xué)等學(xué)科。

通過對冶金工藝進一步歸納，我們把冶金工藝設(shè)計的根本任務(wù)總結(jié)為“生成相”與“相分離”兩大根本任務(wù)。由于金屬在自然界多以氧化物或硫化物形式存在，冶金工藝設(shè)計首先要通過化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)金屬相的生成，即完成“生成相”的任務(wù)。

解決“生成相”這個問題，主要是利用化學(xué)提供的理論，尤其是物理化學(xué)的知識來進行。即通過溫度、壓力、氣氛等因素的控制不斷構(gòu)造條件去形成“生成相”。解決“相分離”這個問題，主要利用物理學(xué)科提供的知識進行。好比淘米時依據(jù)米粒與石頭的密度不同把兩者分開。相與相要分開，也得利用相之間的某些不同性質(zhì)來展開。冶金工藝中的“相分離”所依據(jù)的性質(zhì)有密度（氣液分離與渣金分離）、界面張力、粘度等?！跋喾蛛x”體現(xiàn)最明顯的是在礦物預(yù)處理工藝中，即常說的選礦。選礦工藝的本質(zhì)就是“相分離”的過程，按照分離依據(jù)的不同性質(zhì)可以分為重力選礦、浮選、磁選等。

三、問題導(dǎo)向的冶金工藝專業(yè)課教學(xué)新模式

結(jié)合冶金工藝中“生成相”與“相分離”兩大根本任務(wù)，我們提出了冶金工藝專業(yè)課教學(xué)新模式。這種新模式主要分以下三大步驟授課。

1.介紹金屬產(chǎn)品冶煉的原料與產(chǎn)品

原料和產(chǎn)品好比起始點與終點，冶煉工藝好比中間的路線和過程。金屬在自然界的存在形態(tài)和最終產(chǎn)品的化學(xué)組成是工藝設(shè)計的基礎(chǔ)。本步驟教學(xué)中一定要強化“不同原料特點有不同的冶煉工藝”思想，引起學(xué)生對礦物原料的重視。比如，由于四氧化三錳具有磁性，在冶煉工藝設(shè)計時，就提出了“磁化焙燒”這個富集工藝。由于碳化鐵具有磁性，對于低品位鐵礦石，可以設(shè)計“氣固還原生產(chǎn)碳化鐵―磁選―電爐熔煉”的工藝路線，不同冶煉方式對原料的要求也不同。

2.圍繞“生成相”與“相分離”兩大任務(wù)進行生產(chǎn)工藝教學(xué)

明確了起點和終點，授課教師開始對于已有的工藝路線進行詳細介紹。授課的思路是以“生成相”與“相分離”為目的展開。某種金屬的冶煉工藝不是一個工序就能完成了，比如常規(guī)的鋼鐵冶煉工藝包括了“礦石預(yù)處理―高爐煉鐵―鐵水預(yù)處理―煉鋼（含精煉）―連鑄”等多個工序。該工序中礦石預(yù)處理與連鑄不屬于冶金工藝類技術(shù)問題，不用按照“生成相”與“相分離”展開介紹，對于高爐煉鐵等其它三個工序，則均有“生成相”與“相分離”兩大任務(wù)。對于高爐冶煉工序而言，“生成相”是鐵水，“相分離”主要是鐵水與氣相和爐渣相的分離。高爐冶煉工序首先要構(gòu)造“生成相”，圍繞“生成相”可詳細介紹在溫度，壓力，配料等各方面采取的工藝措施。同樣，圍繞相分離也可對大量操作工藝進行展開介紹。

3. 圍繞“生成相”與“相分離”開展研究性新工藝設(shè)計

前兩個教學(xué)階段均以老師講述為主，本階段的教學(xué)則以學(xué)生為主，進行研究性教學(xué)。授課教師要熟悉成熟工藝之外的冶煉新工藝，盡管這些工藝仍停留在理論分析研究階段。本階段授課時不要直接介紹新工藝，而要進行引導(dǎo)性教學(xué)，讓學(xué)生參與交流討論自行得出結(jié)論。

以上三階段是問題導(dǎo)向下教學(xué)新模式的主要授課方式，在針對具體某門專業(yè)課的教學(xué)過程中，教師可靈活選擇安排課堂教學(xué)，只要整個授課思路能夠圍繞“生成相”與“相分離”兩大根本任務(wù)展開即可。

冶金工藝專業(yè)課教學(xué)已有近100年的歷史，隨著冶金工藝研究的深入，其授課內(nèi)容一直在完善，但是其授課方法仍存在一些問題。本文圍繞冶金工藝的“生成相”與“相分離”兩大根本任務(wù)，提出了專業(yè)課的授課新模式，希望能給同行一些啟發(fā)和借鑒，提高我國冶金工藝專業(yè)課的授課水平，為我國冶金行業(yè)培養(yǎng)更多優(yōu)秀的冶金技術(shù)人才。

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