“水煤漿制備技術(shù)”教學(xué)過程設(shè)計(jì)與實(shí)踐

涂亞楠　王衛(wèi)東　孫美潔

摘要：本文主要分析了目前“水煤漿制備技術(shù)”相關(guān)專業(yè)資料中存在的問題和不足，針對本科生和研究生兩個(gè)培養(yǎng)層次，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了不同的教學(xué)方案和實(shí)施過程，以達(dá)到不同的教學(xué)目標(biāo)。實(shí)踐表明，設(shè)計(jì)針對性強(qiáng)的教學(xué)方案，有助于提高學(xué)生對水煤漿方向的科研興趣，增強(qiáng)思辨能力和科研實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：水煤漿；教學(xué)設(shè)計(jì)；本科生；研究生

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）38-0143-03

一、引言

中國礦業(yè)大學(xué)（北京）是國內(nèi)最早開展水煤漿制備技術(shù)研究的高校之一。經(jīng)過自“六五”計(jì)劃至今30多年的發(fā)展，該技術(shù)已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。據(jù)報(bào)道，我國2015年的水煤漿產(chǎn)能已達(dá)到兩億噸，其中1.5億噸為氣化型水煤漿。作為專業(yè)特色，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）為本科生和研究生均開設(shè)了相關(guān)課程專門介紹。

然而，作者在長期進(jìn)行相關(guān)研究和教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)：目前有關(guān)水煤漿技術(shù)的專門書籍存在研究進(jìn)展跟蹤不到位的問題，以及一些研究性文獻(xiàn)甚至存在部分基本認(rèn)識混亂的問題。這些問題反映到教學(xué)上，如果任課教師不能有效分辨和引導(dǎo)，則會對學(xué)生的認(rèn)識、將來的科研工作造成不利影響。此外，因本技術(shù)的課程教學(xué)面向本科生和碩士研究生兩個(gè)培養(yǎng)層次，因此需要針對性地設(shè)計(jì)不同的教學(xué)方案，從而提高教學(xué)效果。

本文旨在綜合分析作者多年來有關(guān)研究工作中發(fā)現(xiàn)的問題，并介紹相關(guān)教學(xué)實(shí)踐工作，以期為開設(shè)相關(guān)課程內(nèi)容的教師提供一些有價(jià)值的參考。

二、存在的問題與分析

“水煤漿制備技術(shù)”相關(guān)方面的一些資料，主要存在以下三個(gè)問題。

一是“水煤漿”的定義不符合研究現(xiàn)狀。有關(guān)水煤漿技術(shù)的資料，通常使用類似這樣的定義（摘自課程選用的教材《潔凈煤技術(shù)》）：水煤漿是由60%—70%的煤、29%—39%的水及少量添加劑經(jīng)過磨碎和強(qiáng)力攪拌而成的兩相流漿體。需要指出的是：在水煤漿技術(shù)發(fā)展早期，因?yàn)獒槍Φ拿悍N成漿性均比較好，煤的質(zhì)量比例確實(shí)是在60%—70%。然而，目前主要研究的煤種很難達(dá)到上述范圍。如褐煤在不經(jīng)過提質(zhì)加工處理的條件下，制漿濃度僅為50%左右，但也是水煤漿。作者在教學(xué)實(shí)踐采用了如下定義：水煤漿是一種由煤、水和少量添加劑通過磨制、攪拌等工序制備的具有高表觀體積濃度的勻散化兩相流漿體。此定義主要凸顯出水煤漿的兩個(gè)特點(diǎn)：（1）不再列示煤、水質(zhì)量比例，而使用“高表觀體積濃度”，不僅適應(yīng)研究現(xiàn)狀，更符合水煤漿體系的特征；（2）突出“勻散化”，明示與煤泥水本質(zhì)上的區(qū)分。

二是對“成漿性”概念的誤解。成漿性指的是煤制備成高濃度水煤漿的難易程度，確實(shí)涵蓋了有關(guān)水煤漿質(zhì)量濃度的問題，但絕不能等同于試驗(yàn)中獲得的濃度測量值。原因在于：成漿性反映的是“煤”本身的特性，與其測試條件是不相關(guān)的。但有很多學(xué)術(shù)論文中卻把因工藝、添加劑不同等造成的制漿濃度或流變粘度的變化聲明為成漿性的變化（如文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]），這顯然是誤解了基本概念。

三是對“級配”或“粒度分布”重視不足。粒度分布對水煤漿具有極為重要的作用。通過合理的級配（或粒度控制），可以在一定程度上提高顆粒的堆積效率，進(jìn)而提高既定條件下的制漿濃度，而不需要其他復(fù)雜和高能耗的操作。通過試驗(yàn)結(jié)果來對比兩種煤的成漿效果時(shí)，樣品的粒度分布是必須給出的。尤其是在兩種煤的成漿性相近的情況下進(jìn)行比較時(shí)，對比結(jié)果是否科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹匾獥l件之一，是兩者的堆積效率是否相近。原因在于：同一種煤采取相同藥劑和相同處理方式進(jìn)行制漿時(shí)，粒度分布造成的濃度變化甚至可以達(dá)到2%以上。然而，很多有關(guān)水煤漿研究的文獻(xiàn)，卻未能給出相應(yīng)的粒度分布值，或者給出的值不能準(zhǔn)確描述整體的分布特征（如文獻(xiàn)[5]和文獻(xiàn)[6]）。這使得研究結(jié)果的科研價(jià)值降低，甚至無法與其他學(xué)者的成果進(jìn)行橫向比較。

上述三個(gè)問題，如若教師自身理解出現(xiàn)偏差或未在教學(xué)過程中有效且明確地加以闡釋和強(qiáng)調(diào)，對本科生而言會造成認(rèn)知錯(cuò)誤，而對研究生而言則將影響科研工作。因此，在作者的教學(xué)實(shí)踐中，對上述三個(gè)問題均進(jìn)行了額外強(qiáng)調(diào)。

三、教學(xué)實(shí)踐

中國礦業(yè)大學(xué)（北京）共開設(shè)了兩門有關(guān)水煤漿技術(shù)的課程，分別是針對本科生教學(xué)的《煤炭的潔凈利用》，以及針對研究生教學(xué)的《水煤漿制漿技術(shù)與工程》。由于培養(yǎng)層次不同，相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)、大綱和方法均有所區(qū)別。

1.針對本科生的水煤漿技術(shù)教學(xué)實(shí)踐。水煤漿及其相關(guān)技術(shù)是礦物加工工程學(xué)（專業(yè)）下煤炭方面的細(xì)化研究方向之一。相對于本科礦物加工工程專業(yè)的主體教學(xué)內(nèi)容如選礦廠設(shè)計(jì)、原理等而言，水煤漿技術(shù)主要是需要本科生了解的擴(kuò)展性內(nèi)容。因此，無論從教學(xué)目標(biāo)還是教學(xué)方法上，均注重概念、原理、工藝和設(shè)備等基本知識的理解和認(rèn)知，以及科研興趣的培養(yǎng)。在這種情況下，本文所列示的前兩個(gè)問題（水煤漿的基本概念、成漿性的內(nèi)涵），顯得格外重要。此外，該部分的教學(xué)課時(shí)僅設(shè)置了2學(xué)時(shí)，因此需要充分凝練和篩選相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容。在實(shí)踐教學(xué)中，我們設(shè)計(jì)了如圖1所示的教學(xué)流程主線和相應(yīng)手段，以在有限的時(shí)間內(nèi)提高教學(xué)效果。

圖1展示的流程對所選用教材[2]的知識羅列順序進(jìn)行了優(yōu)化，更加符合教學(xué)邏輯，并且將作者的相關(guān)科研經(jīng)歷等融合到教學(xué)中，同時(shí)展示出一些專業(yè)內(nèi)容，更能激發(fā)學(xué)生的科研興趣。在展示的水煤漿視頻中，煤這種固體呈現(xiàn)出的與石油相似流體現(xiàn)象，顛覆了學(xué)生的常規(guī)認(rèn)知，進(jìn)而達(dá)到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的目的。通過漫談PPT的方式，展示水煤漿技術(shù)發(fā)展背景（圖2），輔以生動、幽默的講解，更加貼合當(dāng)代大學(xué)生接收信息的特點(diǎn)，可以有效地將枯燥生硬的文字內(nèi)容生動活潑地介紹給學(xué)生，進(jìn)而加深印象。后續(xù)主要內(nèi)容的講解過程中，不僅可以有效銜接已學(xué)習(xí)的專業(yè)知識，也同樣使用了生動的素材和關(guān)鍵現(xiàn)象視頻，并在后置的礦物加工專業(yè)實(shí)驗(yàn)課中增設(shè)了操作性實(shí)驗(yàn)科目，以加深學(xué)生的理解。

實(shí)踐表明，采用這種教學(xué)流程和手段后，不僅在課程考試中確保有關(guān)水煤漿方面的題目正確率更高，學(xué)生的認(rèn)識也會更加深刻，激發(fā)他們水煤漿相關(guān)科研興趣，如參與“全國大學(xué)生節(jié)能減排社會實(shí)踐與科技競賽”。endprint

2.針對研究生的水煤漿技術(shù)教學(xué)實(shí)踐。與本科培養(yǎng)層次不同的是，教學(xué)對象針對的是已經(jīng)具備相當(dāng)專業(yè)知識和實(shí)踐能力的研究生，甚至部分學(xué)生的畢業(yè)課題就是水煤漿技術(shù)相關(guān)研究。因此，教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)成果考核均要比本科生教學(xué)要求高得多，需要達(dá)到“能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)水煤漿相關(guān)方向科研試驗(yàn)”等更高要求的教學(xué)目標(biāo)，因此相應(yīng)的教學(xué)課時(shí)也達(dá)到了32學(xué)時(shí)。在這樣的要求下，本文所分析的三個(gè)問題，均需要教師在教學(xué)過程中明確且細(xì)致地加以闡釋和探討。雖然如此，圖1所列示的基本流程實(shí)際上仍然適用于研究生課堂教學(xué)，但內(nèi)容要求更多，專業(yè)深度要求更深，有關(guān)的科研成果要求更豐富、更前沿，教學(xué)過程中的表述和課件設(shè)計(jì)需要更加注重科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性。因此，我們進(jìn)行了如下的擴(kuò)展：

（1）不僅講解相應(yīng)的背景，更加突出水煤漿技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀及趨勢，分析內(nèi)在原因，從而強(qiáng)化學(xué)生對課題意義的認(rèn)知。

（2）不僅對基本概念進(jìn)行講解，更加重視概念的形成緣由和適應(yīng)條件的科學(xué)分析，強(qiáng)化學(xué)生的思辨能力。

（3）不僅對基本原理進(jìn)行描述，更加突出原理的內(nèi)在因素、構(gòu)成機(jī)制和適用性的分析探討，培養(yǎng)辨識關(guān)鍵機(jī)制和應(yīng)用原理解釋現(xiàn)象的能力。

（4）不僅對工藝和設(shè)備進(jìn)行科普性介紹，更加注重工藝和設(shè)備的合理性評價(jià)能力培養(yǎng)。

（5）不僅進(jìn)行已知水煤漿知識的介紹，更加注重前沿研究成果的介紹、跨專業(yè)領(lǐng)域的拓展以及難點(diǎn)問題的分析探討，從而輔助提升學(xué)生畢業(yè)選題的前沿性和科研價(jià)值。

（6）不僅要求學(xué)生能夠在實(shí)驗(yàn)室制備水煤漿，更加注重提高學(xué)生設(shè)計(jì)試驗(yàn)任務(wù)、分析試驗(yàn)結(jié)果和總結(jié)科學(xué)問題的能力。

（7）學(xué)習(xí)成果的考核方式由知識點(diǎn)的考核轉(zhuǎn)變?yōu)槲墨I(xiàn)資料綜合能力以及試驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)施和分析能力的開放式考核。

實(shí)踐表明，通過上述的教學(xué)設(shè)計(jì)，不僅能夠使學(xué)生快速接受和充分了解水煤漿領(lǐng)域的知識體系，還有助于提高畢業(yè)選題的專業(yè)性、創(chuàng)新性和前沿性，也有助于提升撰寫科研論文的能力。

四、總結(jié)

作為礦物加工工程專業(yè)的特色研究方向，水煤漿技術(shù)的教學(xué)效果和人才培養(yǎng)情況，將極大地影響中國礦業(yè)大學(xué)（北京）在此領(lǐng)域的聲譽(yù)、學(xué)術(shù)地位和科研能力。因此，在基本教育學(xué)理論的指導(dǎo)下，依據(jù)培養(yǎng)層次調(diào)整教學(xué)目標(biāo)，與時(shí)俱進(jìn)地優(yōu)化教學(xué)方案和相應(yīng)手段，進(jìn)而針對性地提升教學(xué)效果以提高專業(yè)人才培養(yǎng)成果，對提高高等教育的社會服務(wù)能力、人才的人文素養(yǎng)和相關(guān)專業(yè)的科學(xué)發(fā)展等，均具有重要意義。在水煤漿技術(shù)的發(fā)展過程中，相應(yīng)的專業(yè)教學(xué)技術(shù)亦在不斷優(yōu)化。本文介紹的相關(guān)教學(xué)實(shí)踐，也是在幾十年水煤漿技術(shù)研究工作者和教師在教學(xué)和科研過程中，通過不斷探討、總結(jié)和發(fā)展而來的。作者期頤本文不僅能夠?yàn)樗簼{技術(shù)教學(xué)提供一定的借鑒，也能夠?yàn)槠渌麑W(xué)科專業(yè)的教學(xué)提供一定的參考價(jià)值。

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