礦物加工工程本科教學(xué)實驗室建設(shè)與管理

邢寶林 程敢 張傳祥 房朝軍 張會菊 路陽

[摘 要] 以河南理工大學(xué)礦物加工工程專業(yè)為例，詳細闡述了專業(yè)實驗課程及具體實驗內(nèi)容，深入探討了專業(yè)實驗課程的改革與實踐措施，基本闡明了專業(yè)實驗課程改革實踐過程中存在的主要問題。近年來，通過對專業(yè)實驗課程的改革，豐富了實驗課程內(nèi)容，完善了現(xiàn)有的實踐教學(xué)及專業(yè)實驗課程設(shè)計，提高了學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力、綜合素養(yǎng)和參與專業(yè)實踐的熱情，為培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才奠定了堅實的基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞] 高校;實驗室;建設(shè);管理

[基金項目] 2019年度河南省高等教育教學(xué)改革研究與實踐項目“基于立德樹人理念的《大學(xué)化學(xué)》課程思政教育教學(xué)改革探索與實踐”（2019SJGLX233）;2018年度河南理工大學(xué)研究生案例庫課程建設(shè)項目“碳材料工程”（2018YAL04）

[作者簡介] 邢寶林（1982—），男，湖北黃岡人，博士，教授，研究方向為礦物加工和資源綜合利用;程 敢（1985—），男，山西呂梁人，博士，副教授（通信作者），研究方向為礦物加工和潔凈煤技術(shù)。

[中圖分類號] G642.423? ? [文獻標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）35-0382-04? ? [收稿日期] 2020-05-12

一、引言

實踐教學(xué)與理論教學(xué)密切相關(guān)、相輔相成，是高校本科教學(xué)的重要環(huán)節(jié)[1]，有助于學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力、協(xié)作能力、安全意識培養(yǎng)[2]。礦物加工工程是實踐性很強的專業(yè)，除校外企業(yè)實習(xí)之外，實驗教學(xué)是本科實踐教學(xué)的重要手段[3-4]。實驗室的合理規(guī)劃及實驗教學(xué)的有效開展對促進學(xué)生綜合素質(zhì)提升，以及涉及工程知識、問題分析、開發(fā)解決方案、使用現(xiàn)代技術(shù)手段、團隊協(xié)作能力、職業(yè)規(guī)范、項目管理、終身學(xué)習(xí)等畢業(yè)要求能力的達成起著非常重要的作用。

河南理工大學(xué)礦物加工工程專業(yè)（方向）設(shè)立于1994年，是國家級特色專業(yè)、教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”試點專業(yè)、全國工程教育認證專業(yè)、校重點建設(shè)優(yōu)勢專業(yè)[5]。近年來，隨著國家和河南省“雙一流”建設(shè)的不斷推進，專業(yè)貫徹“以學(xué)生為中心、以成果為導(dǎo)向”的育人理念，不斷調(diào)整人才培養(yǎng)方案，優(yōu)化實驗教學(xué)體系，以期培養(yǎng)具備礦物加工基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識與應(yīng)用能力，能在工業(yè)生產(chǎn)第一線從事礦物加工工程領(lǐng)域內(nèi)的工藝設(shè)計、科技開發(fā)、應(yīng)用研究、運行管理和經(jīng)營銷售等方面工作，具有較高的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力、團隊精神和專業(yè)技術(shù)能力的應(yīng)用型工程技術(shù)人才。

二、礦物加工工程專業(yè)實驗教學(xué)過程中存在的問題

（一）實驗室安全是實驗教學(xué)工作順利開展的保障[6]。礦物加工實驗室擁有大型機械設(shè)備（如破碎機、磨機、泵等）、高溫設(shè)備（如馬弗爐、烘箱等）、化學(xué)藥品（部分有毒、腐蝕性強）等威脅學(xué)生實驗教學(xué)安全的設(shè)施和物品。其中，大型機械設(shè)備在使用和運行過程中，由于安全防護設(shè)施不完善容易發(fā)生機械傷人、斷電漏電等事故;高溫設(shè)備在操作不當(dāng)時具有燒傷和燙傷風(fēng)險;許多化學(xué)藥品具有易燃、易爆、易揮發(fā)、易腐蝕特性，若使用管理不慎，易發(fā)生中毒、失火、爆炸、腐蝕等事故。同時，部分貴重儀器設(shè)備實驗條件要求較高，且伴有高溫、高壓、強磁等危險環(huán)境，在實驗過程中稍有疏忽或操作不慎就會造成實驗儀器損壞、爆炸、腐蝕等事故[7]。此外，由于實驗過程中學(xué)生人數(shù)眾多，好奇心強，在進行實驗教學(xué)時隨意走動、注意力不集中，更易發(fā)生安全事故。

（二）地方高校實驗經(jīng)費緊張，造成實驗室面積不足、實驗設(shè)備欠缺、設(shè)備更新不及時、學(xué)生實驗教學(xué)時間不能保障等系列問題，導(dǎo)致學(xué)生動手操作意識不強、實驗環(huán)節(jié)培養(yǎng)欠缺，阻礙了學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維的發(fā)揮。部分實驗操作危險系數(shù)較高，學(xué)生難以直接獨立進行實驗操作，只能通過演示來進行實驗教學(xué)，達不到實驗教學(xué)預(yù)期效果。部分實驗無法將抽象的理論直觀化、形象化，致使學(xué)生無法完全透徹理解。另外，由于實驗教學(xué)人數(shù)較多，儀器設(shè)備需要經(jīng)常拆裝，完好率較差。

（三）受實驗教師教學(xué)考核、職稱晉升等因素的限制，實驗室專職教師人數(shù)不足，導(dǎo)致開設(shè)的實驗內(nèi)容陳舊單一，驗證性實驗偏多、綜合性實驗偏少，且不同課程的實驗存在重復(fù)現(xiàn)象，限制了實驗教學(xué)水平的提高。此外，由于實驗教學(xué)條件限制，學(xué)生實驗教學(xué)常采用分組制，導(dǎo)致學(xué)生個人考核困難。

二、采取的措施

（一）改革實驗教學(xué)管理體系，逐步完善復(fù)合型工科人才培養(yǎng)體系

學(xué)校十分重視本科實驗教學(xué)工作，不斷加大投入，確立了實驗室建設(shè)和實驗教學(xué)在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的重要地位，持續(xù)加強實驗教學(xué)的管理和改革。專門成立了實驗室建設(shè)與設(shè)備管理處，負責(zé)全校實驗室規(guī)章制度制定、安全教育與管理、實驗設(shè)備管理維護等工作。礦物加工工程系在學(xué)校、學(xué)院的指導(dǎo)下，堅定實驗教學(xué)質(zhì)量是工科專業(yè)發(fā)展生命線的理念，堅持以學(xué)生為本，以培養(yǎng)高素質(zhì)人才為目的，專門成立了由學(xué)科帶頭人、系主任、實驗室主任、企業(yè)導(dǎo)師等組成的實驗教學(xué)指導(dǎo)委員會，負責(zé)研究制定專業(yè)實驗教學(xué)及實驗室發(fā)展規(guī)劃;審定實驗教學(xué)計劃、教學(xué)大綱、實驗教材和管理條例;定期組織相關(guān)人員對實驗室進行檢查評估，并提出改進意見和措施。專業(yè)實驗教學(xué)指導(dǎo)委員會下設(shè)實驗督導(dǎo)小組，督導(dǎo)人員在事先不通知專業(yè)實驗任課老師和學(xué)生的情況下進入實驗室聽課，認真記錄實驗內(nèi)容，并填寫督導(dǎo)情況記錄表，專業(yè)實驗指導(dǎo)教師要根據(jù)提出的意見和建議進行整改和反饋。

（二）優(yōu)化實驗室布局和實驗教學(xué)內(nèi)容，不斷提高學(xué)生實踐能力

隨著我國創(chuàng)新型社會建設(shè)的不斷推進，對學(xué)生的創(chuàng)新能力要求越來越高。礦物加工工程專業(yè)在全國教育大會精神的指導(dǎo)下，以學(xué)校承擔(dān)的教育部首批“新工科”項目《基于“中國制造2025”行業(yè)高校新工科工程實踐教育創(chuàng)新體系與平臺構(gòu)建》建設(shè)為先導(dǎo)，進一步轉(zhuǎn)變理念，把“新工科”教育教學(xué)的“新理念”“新結(jié)構(gòu)”“新模式”“新質(zhì)量”和“新體系”具體落實到實驗教學(xué)體系建設(shè)中，以2018版培養(yǎng)方案修訂為契機，在人才培養(yǎng)、實驗?zāi)繕?biāo)、實驗項目結(jié)構(gòu)、實驗教學(xué)內(nèi)容等方面進行了優(yōu)化。

礦物加工工程專業(yè)依托“礦產(chǎn)資源綠色高效開采與綜合利用”和“煤炭綠色轉(zhuǎn)化”河南省重點實驗室、“煤炭節(jié)能減排材料與技術(shù)”河南省工程實驗室、“礦物加工與礦用材料”河南省高校工程技術(shù)中心等多個省級科研平臺，以新建綜合實驗樓為基礎(chǔ)，逐步優(yōu)化專業(yè)實驗教學(xué)條件。目前，礦物加工系主要設(shè)置了破碎篩分制樣室、重選實驗室、浮選實驗室、磁選實驗室、固液分離實驗室、化學(xué)與生物選礦實驗室、煤基碳材料實驗室、礦物深加工實驗室、分析測試室、礦物加工仿真與模型實驗室、礦物加工實訓(xùn)實驗室等多個功能分區(qū)的專業(yè)實驗教學(xué)實驗室，總面積約2500平方米，儀器設(shè)備總價值近1000萬元。根據(jù)優(yōu)化后的實驗教學(xué)規(guī)劃，礦物加工工程專業(yè)目前開設(shè)有煤化學(xué)實驗（20學(xué)時）、物理化學(xué)實驗（20學(xué)時）、破碎篩分實驗（4學(xué)時）、重力選礦實驗（20學(xué)時）、礦物材料加工技術(shù)實驗（8學(xué)時）、分析測試實驗（20學(xué)時）、金屬礦加工實驗（4學(xué)時）、非金屬礦加工實驗（4學(xué)時）、粉煤成型技術(shù)實驗（6學(xué)時）、礦物加工工藝參數(shù)檢測及設(shè)備自動化實驗（2學(xué)時）、磁電分選技術(shù)實驗（4學(xué)時）、浮游選礦實驗（10學(xué)時）、固液分離技術(shù)實驗（4學(xué)時）、礦物加工專業(yè)實驗（20學(xué)時）、稀土礦物加工實驗（4學(xué)時）、化學(xué)與生物選礦實驗（4學(xué)時）等，共計154學(xué)時。其他專業(yè)基礎(chǔ)實驗如無機與分析化學(xué)實驗（20學(xué)時）、有機化學(xué)實驗（10學(xué)時）、礦物巖石學(xué)實驗（20學(xué)時）、流體力學(xué)實驗（4學(xué)時）等利用校內(nèi)或院內(nèi)其他實驗室共享使用。

同時，科學(xué)規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容，建立由基礎(chǔ)驗證型、綜合設(shè)計型和研究創(chuàng)新型等不同層次的實驗教學(xué)內(nèi)容體系，滿足不同類型、不同階段、不同興趣愛好學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求。教學(xué)內(nèi)容結(jié)合實際，跟蹤學(xué)科前沿，更多地采用案例分析、課程項目等形式開展實驗教學(xué)。

（三）加大實驗安全管控措施，切實保證實驗教學(xué)安全

為了提高實驗室管理的系統(tǒng)性和科學(xué)性[8]，礦物加工系制定了一系列嚴格、詳盡、高效的實驗室管理制度，包括《實驗室專職人員分工細則》《實驗管理制度》《實驗室安全制度》《學(xué)生實驗守則》《實驗安全守則》《實驗儀器設(shè)備管理制度》《化學(xué)危險品存放及發(fā)放制度》等。通過嚴格執(zhí)行實驗室管理制度，可以有效提高實驗室專業(yè)教師的管理能力和學(xué)生的安全防范意識，保障儀器設(shè)備的正常工作和各類化學(xué)藥品的合理存放，消除實驗教學(xué)安全隱患[9-10]。同時，為減少實驗教學(xué)安全隱患，應(yīng)對突發(fā)危險事故，學(xué)院每年組織《消防安全知識培訓(xùn)》，定期對實驗室進行安全檢查，對實驗儀器設(shè)備進行維護排查，并專門制定《安全事故突發(fā)應(yīng)急處理預(yù)案》。此外，在實驗室安裝門禁系統(tǒng)、監(jiān)控管理系統(tǒng)、智能排氣系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)等智能實驗室管理系統(tǒng)，通過完善智能硬件設(shè)施不斷提高實驗室安全管理水平。

針對大一年級新生，積極開學(xué)實驗室安全教育及實驗室現(xiàn)場參觀活動，及早培養(yǎng)學(xué)生實驗安全意識。礦物加工工程專業(yè)在培養(yǎng)方案中專門開設(shè)了學(xué)分1學(xué)分共16學(xué)時的《工業(yè)安全與環(huán)保概論》課程，通過對學(xué)生的安全教育，增強學(xué)生的安全意識，避免實驗教學(xué)危險的發(fā)生。學(xué)生真正進行實驗教學(xué)之前還會由實驗室負責(zé)人和指導(dǎo)教師進行安全教育，進一步強化安全意識，確保實驗教學(xué)安全。此外，河南理工大學(xué)大學(xué)生消防協(xié)會每年舉辦消防演習(xí)和安全知識競賽，讓實驗室安全意識更加深入學(xué)生心中。

（四）建設(shè)虛擬仿真實驗室，積極開展線上實驗教學(xué)

此次新冠肺炎疫情對學(xué)校的正常教學(xué)活動造成了一定影響，在此情況下，許多學(xué)校通過開展仿真實驗、云端實習(xí)來保障教學(xué)活動。礦物加工工程專業(yè)以疫情影響下的線上人才培養(yǎng)為契機，提出“開通線上實習(xí)通道、強化實習(xí)過程管理、培養(yǎng)新工科復(fù)合型人才”理念，充分利用遠程教育優(yōu)勢，結(jié)合礦物加工工程專業(yè)特點，通過“智能仿真模型實訓(xùn)、企業(yè)導(dǎo)師線上課堂、生產(chǎn)現(xiàn)場實況直播、實習(xí)成果嚴格考核”等多種方式積極探索疫情影響下的礦物加工工程專業(yè)線上實習(xí)新模式。

下一步，礦物加工工程專業(yè)將加強虛擬仿真實驗室建設(shè)，為學(xué)生提供多元化的實踐學(xué)習(xí)途徑。仿真實驗室采用虛擬實驗儀器和化學(xué)藥品，一方面可以節(jié)約實驗教學(xué)經(jīng)費投入，另一方面可以消除實驗教學(xué)安全隱患。此外，仿真實驗室還具有學(xué)習(xí)時間自由、學(xué)習(xí)方式多樣等特點，可有效提高學(xué)生的實驗操作能力，達到熟悉實驗操作、掌握實驗步驟和要領(lǐng)的目的;避免了因操作不慎、設(shè)備老化或其他原因?qū)θ松戆踩斐赏{，提高了實驗安全系數(shù);可自由安排實驗時間，不再受實驗室條件的限制，解決了實驗室資源緊張的問題，保證了實驗教學(xué)有序進行;學(xué)生可通過電腦、手機、平板等各類終端進入仿真實驗室，借助虛擬實驗設(shè)計工具進行自主實驗學(xué)習(xí)，滿足不同層次學(xué)生的實驗需求[11]。專業(yè)開設(shè)的1.5學(xué)分的《礦物加工過程模擬與優(yōu)化》將優(yōu)先在此平臺上開展實驗。

（五）推行學(xué)業(yè)導(dǎo)師制與學(xué)習(xí)興趣小組制，不斷拓展多元化人才培養(yǎng)模式

為了拓寬學(xué)生的眼界和知識面、提高學(xué)生的動手操作能力和創(chuàng)新能力，專業(yè)長期堅持學(xué)業(yè)導(dǎo)師制，為每位學(xué)生在大一下學(xué)期配備學(xué)業(yè)導(dǎo)師，架起師生溝通橋梁，使得每位老師都結(jié)合自己的研究特色，做到日常管理、教育與專業(yè)知識傳授相結(jié)合，做學(xué)生的良師益友，培養(yǎng)“目標(biāo)遠大、博學(xué)多思、拼搏進取、全面發(fā)展”的學(xué)生，增強專業(yè)凝聚力，提高育人質(zhì)量。另外，專業(yè)在學(xué)生中開展了興趣小組，為學(xué)生提供第二課堂活動。這種實踐活動，不僅能鼓勵學(xué)生學(xué)習(xí)，還能給學(xué)生提供獨立的研究空間。教師不斷調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，讓學(xué)生參與科研訓(xùn)練，同時彌補了指導(dǎo)教師研究生數(shù)量不足的現(xiàn)狀。

（六）加強推進大學(xué)生開放實驗項目，努力提高實驗資源利用效率

大學(xué)生開放實驗項目對學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重要作用。學(xué)校專門開發(fā)了開放實驗項目管理系統(tǒng)，首先將《關(guān)于學(xué)生參加開放實驗的通知》等實驗室開放情況通知發(fā)布在相關(guān)網(wǎng)站，以學(xué)生預(yù)約和學(xué)生申請兩種方式開放專業(yè)實驗室，使學(xué)生有更多實驗的機會，充分發(fā)揮想象力和聰明才智，為學(xué)生個性發(fā)展創(chuàng)造條件，有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生獨立科學(xué)研究的能力。此外，學(xué)校每年根據(jù)學(xué)生申請情況，動態(tài)調(diào)整大學(xué)生開放實驗項目內(nèi)容和項目立項數(shù)量，努力提高現(xiàn)有實驗資源利用效率。通過專業(yè)實驗室的開放，給予了學(xué)生施展空間，增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，顯著提高了學(xué)生主動運用專業(yè)知識解決問題的能力和工程實踐能力，為將來從事專業(yè)工作奠定了堅實基礎(chǔ)。

三、結(jié)語

礦物加工工程專業(yè)實驗教學(xué)通過不斷推進實驗教學(xué)改革，改善了實驗教學(xué)條件、優(yōu)化了實驗教學(xué)體系、培養(yǎng)了學(xué)生參與科研的興趣，切實提高了學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。近年來，礦物加工工程專業(yè)學(xué)生在大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目、“創(chuàng)青春”全國大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽、挑戰(zhàn)杯大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽、全國大學(xué)生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽、全國高等學(xué)校礦物加工工程專業(yè)學(xué)生實踐作品大賽等比賽中屢獲佳績，此次實驗教學(xué)改革，為培養(yǎng)我國新工科背景下的復(fù)合型工程技術(shù)人才提供了有益的探索。

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