產(chǎn)學(xué)研結(jié)合應(yīng)用于研究生課程的改革與實踐

杜永勝 陳華 歐陽順利 鄧?yán)诓?/p>

摘 ?要：為提高玻璃析晶科學(xué)、固體廢棄物資源化利用技術(shù)等研究生課程的實際授課效果，本研究從企業(yè)實際生產(chǎn)出發(fā)，調(diào)研相關(guān)產(chǎn)品的各種性能要求及應(yīng)用領(lǐng)域以及企業(yè)生產(chǎn)中面臨的問題，通過調(diào)整玻璃析晶科學(xué)、固體廢棄物資源化利用技術(shù)等課程教學(xué)內(nèi)容，將理論內(nèi)容與實際生產(chǎn)進(jìn)行有效銜接。鼓勵學(xué)生參與相關(guān)科學(xué)研究，加強(qiáng)實踐動手能力及對理論知識的深入理解。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)學(xué)研結(jié)合;研究生課程;礦渣微晶玻璃

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2020）21-0129-03

Abstract： In order to improve the actual teaching effect of postgraduate courses such as glass crystallization science， solid waste resource utilization technology， etc.， this research starts from the actual production of the enterprise and investigates various performance requirements and application fields of related products and the problems faced by the enterprise in production. By adjusting the teaching content of glass crystallization science， solid waste resource utilization technology and other courses， the theoretical content and actual production are effectively connected， encouraging students to participate in relevant scientific research， strengthen practical hands-on ability and in-depth understanding of theoretical knowledge.

Keywords： combination of production， teaching and research; postgraduate courses; slag glass-ceramics

引言

作為內(nèi)蒙古科技大學(xué)物理學(xué)一級學(xué)科碩士學(xué)位點的一個重要研究方向，固體廢棄物資源綜合利用依托白云鄂博共伴生礦廢棄物資源綜合利用國家地方聯(lián)合工程研究中心，提出利用各類固體廢棄物制備耐磨、耐腐蝕、耐高溫特種微晶玻璃材料，并真正實現(xiàn)了微晶玻璃的實驗室研究、中試生產(chǎn)以及企業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)間的相互融合貫通，并實現(xiàn)了固體廢棄物的清潔、高質(zhì)及高效利用[1]。本研究方向的專業(yè)課程包括玻璃析晶科學(xué)、固體廢棄物資源化利用技術(shù)等。然而，目前這些課程的教學(xué)方式還主要以教師課堂講授為主，學(xué)生對于如何從實際出發(fā)，設(shè)計研發(fā)滿足實際需要的礦渣微晶玻璃材料缺乏現(xiàn)場認(rèn)識。這種教學(xué)方式使理論與實踐脫節(jié)，尤其是對于應(yīng)用性很強(qiáng)的本研究方向。因此，通過選取企業(yè)實際生產(chǎn)中遇到的具體問題，把課堂理論知識具體化，同時鼓勵學(xué)生參與實際的科研開發(fā)工作，并將理論知識應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，從而實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研的有機(jī)結(jié)合，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

一、課程簡介

（一）玻璃析晶科學(xué)

本課程要求學(xué)生掌握玻璃形成方法，理解各種氧化物在玻璃熔體中的作用，理解玻璃的類型及結(jié)構(gòu)學(xué)說，掌握玻璃的生成規(guī)律及玻璃成分、結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，領(lǐng)會玻璃的生成規(guī)律。了解玻璃的密度、粘度、表面張力等參數(shù)。掌握玻璃的光學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、化學(xué)性質(zhì)。掌握玻璃的熔制過程，了解玻璃溶質(zhì)的影響因素，了解玻璃的熔窯類型，掌握玻璃熔制溫度制度及玻璃熔制強(qiáng)制均勻方法。了解玻璃的分相，掌握分相機(jī)理，了解微晶玻璃的制備工藝方法，掌握玻璃析晶及析晶缺陷，熟悉微晶玻璃及其制備工藝。通過對本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握玻璃析晶科學(xué)的基本概念、基本理論、基本方法，培養(yǎng)學(xué)生具有一定分析問題、解決問題的能力，為進(jìn)一步深造、從事專業(yè)技術(shù)工作，擴(kuò)大新知識和進(jìn)行科學(xué)研究打下必要的基礎(chǔ)。

（二）固體廢棄物資源化利用技術(shù)

本課程的學(xué)習(xí)目的在于使學(xué)生掌握固體廢物處理處置的基本概念及主要的工業(yè)固體廢物的資源化技術(shù)。要求學(xué)生在牢固掌握固體廢物處理處置基本概念的基礎(chǔ)上，加深對固體廢棄物資源綜合利用的理解，理解常見工業(yè)固體廢棄物資源綜合利用技術(shù)。掌握固體廢物處理和資源化利用技術(shù)的一般原理、方法和設(shè)備;從固體廢棄物資源化綜合利用的角度出發(fā)，學(xué)習(xí)、掌握利用固體廢物制備礦渣微晶玻璃的技術(shù)和方法，熟練掌握礦渣微晶玻璃材料的制備工藝，如配方設(shè)計、成型技術(shù)、熱處理工藝等基礎(chǔ)上，能夠熟悉相關(guān)實驗儀器和設(shè)備的工作原理和使用方法。培養(yǎng)學(xué)生在固體廢物污染控制及資源化領(lǐng)域中解決實際問題的能力。

二、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合應(yīng)用于課程情況

（一）產(chǎn)業(yè)化研發(fā)中遇到的問題

內(nèi)蒙古科技大學(xué)依托白云鄂博共伴生礦廢棄物資源綜合利用國家地方聯(lián)合工程研究中心，通過利用自主知識產(chǎn)權(quán)和自主創(chuàng)新能力進(jìn)行生產(chǎn)建設(shè)，主要通過自行研制的添加劑，消化高爐渣、鉻渣、金礦渣等各類冶金渣和粉煤灰、建材廢料、煤矸石等各類大宗工業(yè)固體廢棄物，先后經(jīng)實驗室研究、中試試驗，成功采用熔鑄工藝生產(chǎn)出晶粒尺寸70-200nm、抗折強(qiáng)度196MPa、壓縮強(qiáng)度1341MPa、莫氏硬度9級、磨耗量0.04g/cm2的礦渣微晶玻璃系列產(chǎn)品，如圖1所示[2]。由于其具有硬度高、機(jī)械強(qiáng)度大、耐腐蝕、耐磨損等優(yōu)點，可作為電力、煤炭、化工、冶金、建材行業(yè)等防腐防磨設(shè)備內(nèi)襯材料，其市場潛在價值極大。以尾礦或廢渣為主要原料制備得到的礦渣微晶玻璃一方面消耗了大量的工業(yè)固體廢棄物，其具有的優(yōu)越力學(xué)特性又可作為建筑裝飾或工業(yè)用新型結(jié)構(gòu)材料，從而現(xiàn)實了固體廢棄物的清潔、高值、高效利用[3-5]。產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)過程中，微晶玻璃產(chǎn)品有可能會出現(xiàn)各種缺陷，包括變形、炸裂、氣孔、裂紋、成分偏析、分層等。產(chǎn)生這些現(xiàn)象的因素可能與玻璃液粘度、熔料溫度及熔料時間、加料方式、成型方式、配合料的成分等因素相關(guān)，對這些實際生產(chǎn)中遇到的問題的正確解決可極大地促進(jìn)生產(chǎn)企業(yè)成品率的提高，帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

（二）產(chǎn)學(xué)研結(jié)合教學(xué)模式的實施方式

玻璃析晶科學(xué)、固體廢棄物資源化利用技術(shù)等課程應(yīng)用性背景極強(qiáng)，如能將理論內(nèi)容與實際生產(chǎn)進(jìn)行有效銜接，必然將極大地提高授課效果。就本研究方向的專業(yè)技術(shù)課程而言，從企業(yè)實際出發(fā)，了解產(chǎn)品開發(fā)所需材料的各種性能要求及應(yīng)用領(lǐng)域，如應(yīng)用于礦山及冶金等領(lǐng)域用作耐磨材料時對耐磨性能有極高要求、作為輸送腐蝕性液體管道時對腐蝕特性有具體要求、作為絕緣材料應(yīng)用時對介電特性有一定要求。企業(yè)提出所需材料的具體功能要求后，課堂教學(xué)中以此為例，探討所需材料的結(jié)構(gòu)、微觀形貌的設(shè)計要求，然后提出設(shè)計路線、實驗方法等，獲得理論知識的綜合提煉，最終帶著設(shè)計方案進(jìn)行研究與開發(fā)。此教學(xué)方法可將理論與實踐統(tǒng)一起來，對于培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)人才及創(chuàng)新型科研人才具有重要的實踐意義。例如，企業(yè)生產(chǎn)中如遇到微晶玻璃產(chǎn)品存在變形或炸裂問題，該如何解決？我們首先要求學(xué)生思考這些實際問題與玻璃析晶科學(xué)及固體廢棄物資源化利用技術(shù)這兩門課程間的關(guān)系，如何利用課程中的相關(guān)理論來進(jìn)行解釋，能否給企業(yè)提供具體的參數(shù)來避免微晶玻璃變形或炸裂的發(fā)生。由于是具體的實際問題，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性可以很快被調(diào)動起來，通過查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)變形或炸裂問題與微晶玻璃中玻璃相與晶相之間熱膨脹系數(shù)的不匹配有關(guān)，實現(xiàn)對礦渣微晶玻璃結(jié)構(gòu)、制備工藝和熱膨脹系數(shù)可控是解決變形和炸裂的重要途徑。學(xué)生對這些問題更深入的研究和討論同時也加深了對玻璃析晶科學(xué)、固體廢棄物資源化利用技術(shù)課程內(nèi)容的掌握和理解。

再例如，實際生產(chǎn)中如果想制備高絕緣性的微晶玻璃材料，理論上需要從哪些方面入手？這一問題涉及的理論同樣與這兩門課程內(nèi)容息息相關(guān)。首先，高絕緣性的微晶玻璃材料必須具有相對介電常數(shù)小、介電損耗低、熱膨脹系數(shù)可調(diào)及化學(xué)穩(wěn)定性好、力學(xué)性能優(yōu)異等特點。學(xué)生通過查閱資料可知，MgO-Al2O3-SiO2（MAS）系微晶玻璃堿金屬離子極低，具有優(yōu)異的電學(xué)性能（如低介電損耗、高電阻率）。而且通過調(diào)整基礎(chǔ)玻璃組分可制備出含有假藍(lán)寶石、頑輝石、堇青石等晶相的性能優(yōu)異的微晶玻璃。但利用固體廢棄物制備高絕緣性的微晶玻璃材料時，由于尾礦中含有一定量的堿金屬、堿土金屬氧化物及氧化鐵，這些氧化物的存在可能會降低樣品的電阻率，從而惡化其絕緣性能。另外，絕緣性能也與析晶程度有關(guān)，當(dāng)晶體缺陷增多時，由此產(chǎn)生的缺陷離子在電場作用下產(chǎn)生漏導(dǎo)電流。同時玻璃相含量增多使得雜質(zhì)離子（Na+、K+、Ca2+等）能夠在結(jié)構(gòu)疏松的玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中快速遷移，從而降低絕緣性能。學(xué)生通過兩門課程的學(xué)習(xí)，提出的解決方案是強(qiáng)化微晶玻璃的析晶，減少缺陷離子的產(chǎn)生。其次是將晶體形態(tài)由粒狀晶轉(zhuǎn)為枝狀晶，減少晶界相降低雜質(zhì)離子Na+、K+、Ca2+等的遷移通道。實驗中發(fā)現(xiàn)當(dāng)晶體形態(tài)由粒狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)橹罹r，微晶玻璃的體積電阻率呈現(xiàn)快速增加的趨勢，這與理論分析的結(jié)果相一致。學(xué)生通過理論與實際相結(jié)合的教學(xué)模式的學(xué)習(xí)，可以很快進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)并獲得一定的學(xué)習(xí)成就感，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

三、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合教學(xué)模式的研究意義

產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的教學(xué)模式對提高教學(xué)效果有重要作用[6-8]。因為大學(xué)與企業(yè)合作實際上是實現(xiàn)各自的資源優(yōu)勢互補(bǔ)，產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的教學(xué)模式可將高校與企業(yè)優(yōu)勢融會貫通，有助于企業(yè)解決實際問題、有助于高校提高授課效果。因此，在課程教學(xué)過程中嘗試進(jìn)行“產(chǎn)學(xué)研”結(jié)合的教學(xué)模式有著重要的實際意義。需要注意，“產(chǎn)”是指企業(yè)生產(chǎn)中遇到的問題，“學(xué)”是根據(jù)“產(chǎn)”遇到的問題進(jìn)行課堂教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計與提煉，“研”是鼓勵學(xué)生就課堂理論知識進(jìn)入實驗室進(jìn)行實驗研究。但很多情況下，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的教學(xué)模式實施困難較大，校企間的合作質(zhì)量直接決定了實施的效果。而常規(guī)的認(rèn)識性實習(xí)或生產(chǎn)實習(xí)由于并不真正參與實際的生產(chǎn)性工作，因而無法滿足理論與實際的有效結(jié)合。對于本研究方向而言，玻璃析晶科學(xué)、固體廢棄物資源化利用技術(shù)等課程應(yīng)用性背景極強(qiáng)，如能將理論內(nèi)容與實際生產(chǎn)進(jìn)行有效銜接，必然將極大地提高授課效果。固體廢棄物資源綜合利用研究方向?qū)崿F(xiàn)了微晶玻璃的實驗室研究、中試生產(chǎn)以及企業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)間的相互融合貫通，具備了開展產(chǎn)學(xué)研結(jié)合應(yīng)用于專業(yè)課程的必備條件，而玻璃析晶科學(xué)、固體廢棄物資源化利用技術(shù)等課程應(yīng)用性背景極強(qiáng)，將理論內(nèi)容與實際生產(chǎn)進(jìn)行有效銜接，必然將極大地提高授課效果，同時為企業(yè)生產(chǎn)提供一定的理論指導(dǎo)。

四、結(jié)束語

我們通過改變玻璃析晶科學(xué)、固體廢棄物資源化利用技術(shù)等課程單一的教師授課方式，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行資料查閱以及現(xiàn)場參觀，鼓勵學(xué)生就課堂理論知識參與企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)及開發(fā)工作，提高實踐動手能力。選取企業(yè)實際生產(chǎn)中遇到的具體問題，把課堂理論知識具體化，讓學(xué)生參與實際的科研開發(fā)工作。通過解決實際問題，加強(qiáng)學(xué)生實踐動手能力及對理論知識的進(jìn)一步理解。

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