论文部分内容阅读
摘 要 冶金工艺专业课教学仍存在一些不足。本文归纳出冶金工艺中“生成相”与“相分离”两大根本任务，围绕这两大根本任务提出了冶金工艺专业课教学新模式，并在教学实践中取得了较好的效果。
关键词 冶金工艺专业课 教学改革 生成相 相分离
中图分类号：G642 文献标识码：A
冶金学科可分为冶金基础类学科与冶金技术类学科两大类。冶金物理化学、冶金传输原理、金属学等属于基础类学科。技术类学科是指以问题或者任务为导向的学科，比如炼铁学、铝电解学等。本文所谈的冶金工艺专业课是指冶金技术类学科中以金属元素提取为目的的工艺设计类专业课。从目前的教学现状看，学生对冶金工艺类课程的学习兴趣不大，很容易出现教师单纯讲述知识点而学生盲目背诵知识点的不良状况，不利于引导学生独立思考与创新能力的培养。①②本文作者认为，冶金工艺设计是围绕金属元素的生成及金属元素与杂质分离两个根本任务展开的，即冶金工艺知识体系是围绕解决“生成相”与“相分离”两大根本任务形成的，所以专业课的教学也应该从这个角度出发。
1 技术类学科的“问题意识”
学科体系中有一类叫技术类学科。什么是技术？核心就是解决问题的办法，比如一套操作程序、一些具体参数等。科学理论总是追求逻辑的严谨性，而技术不追求这个标准。技术的根本判别标准是是否能有效解决问题。以大自然普遍存在的石头为例。同样是面对一堆石头，化学家琢磨石头的化学组成与各类性质等；物理学家可从力、热、光、电等各个角度研究石头的特性；在搞技术的工程师眼中，石头具有较强的硬度可用来做房子地基。化学家研究发现了碳酸钙类石头加热分解后可得到石灰，于是工程师们开始研究石灰窑造石灰的各类技术问题。工程师看世界的视角都是从问题入手的，即有什么用？能做什么？如果把这个世界的知识不严格分为是什么（what）、为什么（why）和怎么办（how），科学家不断地在世界的各个尺度上琢磨是什么和为什么，而工程师则不断地解决怎么办或者怎么用，也就是我们常说的“科学家研究已有的世界，工程师创造还没有的世界”。③
2 冶金工艺的两大任务 ——“生成相”与“相分离”
冶金技术类学科的根本任务就是将各种矿石变成有用的金属材料，这是冶金学科要解决的根本问题。围绕这些问题，采用物理、化学、生物、力学等各类学科提供的手段进行冶炼，形成了以冶炼方法命名的物理冶金、化学冶金、生物冶金、力学冶金、真空冶金等学科。围绕具体冶炼工艺问题，介绍工艺操作方法，形成了炼铁学、炼钢学、铁合金冶炼学等学科。
通过对冶金工艺进一步归纳，我们把冶金工艺设计的根本任务总结为“生成相”与“相分离”两大根本任务。由于金属在自然界多以氧化物或硫化物形式存在，冶金工艺设计首先要通过化学反应实现金属相的生成，即完成“生成相”的任务。
解决“生成相”这个问题，主要是利用化学提供的理论，尤其是物理化学的知识来进行。即通过温度、压力、气氛等因素的控制不断构造条件去形成“生成相”。解决“相分离”这个问题，主要利用物理学科提供的知识进行。好比淘米时依据米粒与石头的密度不同把两者分开。相与相要分开，也得利用相之间的某些不同性质来展开。冶金工艺中的“相分离”所依据的性质有密度（气液分离与渣金分离）、界面张力、粘度等。“相分离”体现最明显的是在矿物预处理工艺中，即常说的选矿。选矿工艺的本质就是“相分离”的过程，按照分离依据的不同性质可以分为重力选矿、浮选、磁选等。
3 问题导向的冶金工艺专业课教学新模式
冶金工艺专业课教材在讲述某一种金属的冶炼工艺时，一般的思路是先宏观介绍原料及产品、冶炼工艺与设备，然后针对具体的操作环节详细介绍其操作方法。在开展专业课教学时，授课思路也是按照教材进行平铺直叙，给学生的感觉是知识量非常大，记忆性的知识点角度，学起来比较枯燥无味。尤其是当学生没有对应的工程实践时，不管怎样背诵和记忆，都容易停留在似懂非懂的状态。
结合冶金工艺中“生成相”与“相分离”两大根本任务，我们提出了冶金工艺专业课教学新模式。这种新模式主要分以下三大步骤授课。
3.1 介绍金属产品冶炼的原料与产品
原料和产品好比起始点与终点，冶炼工艺好比中间的路线和过程。金属在自然界的存在形态和最终产品的化学组成是工艺设计的基础。本步骤教学中一定要强化“不同原料特点有不同的冶炼工艺”思想，引起学生对矿物原料的重视。比如，由于四氧化三锰具有磁性，在冶炼工艺设计时，就提出了“磁化焙烧”这个富集工艺。由于碳化铁具有磁性，对于低品位铁矿石，可以设计“气固还原生产碳化铁—磁选—电炉熔炼”的工艺路线，不同冶炼方式对原料的要求也不同。
3.2 围绕“生成相”与“相分离”两大任务进行生产工艺教学
明确了起点和终点，授课教师开始对于已有的工艺路线进行详细介绍。授课的思路是以“生成相”与“相分离”为目的展开。某种金属的冶炼工艺不是一个工序就能完成了，比如常规的钢铁冶炼工艺包括了“矿石预处理—高炉炼铁—铁水预处理—炼钢（含精炼）—连铸”等多个工序。该工序中矿石预处理与连铸不属于冶金工艺类技术问题，不用按照“生成相”与“相分离”展开介绍，对于高炉炼铁等其它三个工序，则均有“生成相”与“相分离”两大任务。对于高炉冶炼工序而言，“生成相”是铁水，“相分离”主要是铁水与气相和炉渣相的分离。高炉冶炼工序首先要构造“生成相”，围绕“生成相”可详细介绍在温度，压力，配料等各方面采取的工艺措施。同样，围绕相分离也可对大量操作工艺进行展开介绍。
成熟的成体系金属冶炼工艺涉及知识点多，内容很具体，授课时容易让学生觉得杂乱无章。但不管多么复杂的知识体系都有一个从简单到复杂，从发生、发展到成熟的过程。冶金工艺的开发过程一般可分为“工艺设想——实验室试验——产品生产”三个阶段。“工艺设想”阶段主要考虑原理上“生成相”与“相分离”的可行。由于原料与化学反应的复杂性，很难直接从理论出发设计最佳工艺参数，必须进行“实验室试验”，进一步确定该工艺的可行性并优化工艺参数。“产品生产”则要进一步考虑各类因素的影响，尤其要结合冶炼设备提供的边界条件进行具体传质、传热条件等对“生成相”与“相分离”两大任务的影响。
3.3 围绕“生成相”与“相分离”开展研究性新工艺设计
前两个教学阶段均以老师讲述为主，本阶段的教学则以学生为主，进行研究性教学。授课教师要熟悉成熟工艺之外的冶炼新工艺，尽管这些工艺仍停留在理论分析研究阶段。本阶段授课时不要直接介绍新工艺，而要进行引导性教学，让学生参与交流讨论自行得出结论。
以上三阶段是问题导向下教学新模式的主要授课方式，在针对具体某门专业课的教学过程中，教师可灵活选择安排课堂教学，只要整个授课思路能够围绕“生成相”与“相分离”两大根本任务展开即可。
4 结语
冶金工艺专业课教学已有近100年的历史，随着冶金工艺研究的深入，其授课内容一直在完善，但是其授课方法仍存在一些问题。本文围绕冶金工艺的“生成相”与“相分离”两大根本任务，提出了专业课的授课新模式，希望能给同行一些启发和借鉴，提高我国冶金工艺专业课的授课水平，为我国冶金行业培养更多优秀的冶金技术人才。
注释
① 唐道文，王海峰.深化冶金工程专業教学改革的探索与思考.贵州工业大学学报（社会科学版），2000.2（3）：54-55.
② 卢惠民，薛庆国，王新华，杨小玉.关于21世纪冶金工程专业人才培养方案的探索与实践.中国冶金教育，2002（4）：14-17.
③ George C. Beakley， Donovan L. Evans， Deloss. Careers in Engineering and Technology， Macmillasn Publishing Co.， Inc.， 1979.
关键词 冶金工艺专业课 教学改革 生成相 相分离
中图分类号：G642 文献标识码：A
冶金学科可分为冶金基础类学科与冶金技术类学科两大类。冶金物理化学、冶金传输原理、金属学等属于基础类学科。技术类学科是指以问题或者任务为导向的学科，比如炼铁学、铝电解学等。本文所谈的冶金工艺专业课是指冶金技术类学科中以金属元素提取为目的的工艺设计类专业课。从目前的教学现状看，学生对冶金工艺类课程的学习兴趣不大，很容易出现教师单纯讲述知识点而学生盲目背诵知识点的不良状况，不利于引导学生独立思考与创新能力的培养。①②本文作者认为，冶金工艺设计是围绕金属元素的生成及金属元素与杂质分离两个根本任务展开的，即冶金工艺知识体系是围绕解决“生成相”与“相分离”两大根本任务形成的，所以专业课的教学也应该从这个角度出发。
1 技术类学科的“问题意识”
学科体系中有一类叫技术类学科。什么是技术？核心就是解决问题的办法，比如一套操作程序、一些具体参数等。科学理论总是追求逻辑的严谨性，而技术不追求这个标准。技术的根本判别标准是是否能有效解决问题。以大自然普遍存在的石头为例。同样是面对一堆石头，化学家琢磨石头的化学组成与各类性质等；物理学家可从力、热、光、电等各个角度研究石头的特性；在搞技术的工程师眼中，石头具有较强的硬度可用来做房子地基。化学家研究发现了碳酸钙类石头加热分解后可得到石灰，于是工程师们开始研究石灰窑造石灰的各类技术问题。工程师看世界的视角都是从问题入手的，即有什么用？能做什么？如果把这个世界的知识不严格分为是什么（what）、为什么（why）和怎么办（how），科学家不断地在世界的各个尺度上琢磨是什么和为什么，而工程师则不断地解决怎么办或者怎么用，也就是我们常说的“科学家研究已有的世界，工程师创造还没有的世界”。③
2 冶金工艺的两大任务 ——“生成相”与“相分离”
冶金技术类学科的根本任务就是将各种矿石变成有用的金属材料，这是冶金学科要解决的根本问题。围绕这些问题，采用物理、化学、生物、力学等各类学科提供的手段进行冶炼，形成了以冶炼方法命名的物理冶金、化学冶金、生物冶金、力学冶金、真空冶金等学科。围绕具体冶炼工艺问题，介绍工艺操作方法，形成了炼铁学、炼钢学、铁合金冶炼学等学科。
通过对冶金工艺进一步归纳，我们把冶金工艺设计的根本任务总结为“生成相”与“相分离”两大根本任务。由于金属在自然界多以氧化物或硫化物形式存在，冶金工艺设计首先要通过化学反应实现金属相的生成，即完成“生成相”的任务。
解决“生成相”这个问题，主要是利用化学提供的理论，尤其是物理化学的知识来进行。即通过温度、压力、气氛等因素的控制不断构造条件去形成“生成相”。解决“相分离”这个问题，主要利用物理学科提供的知识进行。好比淘米时依据米粒与石头的密度不同把两者分开。相与相要分开，也得利用相之间的某些不同性质来展开。冶金工艺中的“相分离”所依据的性质有密度（气液分离与渣金分离）、界面张力、粘度等。“相分离”体现最明显的是在矿物预处理工艺中，即常说的选矿。选矿工艺的本质就是“相分离”的过程，按照分离依据的不同性质可以分为重力选矿、浮选、磁选等。
3 问题导向的冶金工艺专业课教学新模式
冶金工艺专业课教材在讲述某一种金属的冶炼工艺时，一般的思路是先宏观介绍原料及产品、冶炼工艺与设备，然后针对具体的操作环节详细介绍其操作方法。在开展专业课教学时，授课思路也是按照教材进行平铺直叙，给学生的感觉是知识量非常大，记忆性的知识点角度，学起来比较枯燥无味。尤其是当学生没有对应的工程实践时，不管怎样背诵和记忆，都容易停留在似懂非懂的状态。
结合冶金工艺中“生成相”与“相分离”两大根本任务，我们提出了冶金工艺专业课教学新模式。这种新模式主要分以下三大步骤授课。
3.1 介绍金属产品冶炼的原料与产品
原料和产品好比起始点与终点，冶炼工艺好比中间的路线和过程。金属在自然界的存在形态和最终产品的化学组成是工艺设计的基础。本步骤教学中一定要强化“不同原料特点有不同的冶炼工艺”思想，引起学生对矿物原料的重视。比如，由于四氧化三锰具有磁性，在冶炼工艺设计时，就提出了“磁化焙烧”这个富集工艺。由于碳化铁具有磁性，对于低品位铁矿石，可以设计“气固还原生产碳化铁—磁选—电炉熔炼”的工艺路线，不同冶炼方式对原料的要求也不同。
3.2 围绕“生成相”与“相分离”两大任务进行生产工艺教学
明确了起点和终点，授课教师开始对于已有的工艺路线进行详细介绍。授课的思路是以“生成相”与“相分离”为目的展开。某种金属的冶炼工艺不是一个工序就能完成了，比如常规的钢铁冶炼工艺包括了“矿石预处理—高炉炼铁—铁水预处理—炼钢（含精炼）—连铸”等多个工序。该工序中矿石预处理与连铸不属于冶金工艺类技术问题，不用按照“生成相”与“相分离”展开介绍，对于高炉炼铁等其它三个工序，则均有“生成相”与“相分离”两大任务。对于高炉冶炼工序而言，“生成相”是铁水，“相分离”主要是铁水与气相和炉渣相的分离。高炉冶炼工序首先要构造“生成相”，围绕“生成相”可详细介绍在温度，压力，配料等各方面采取的工艺措施。同样，围绕相分离也可对大量操作工艺进行展开介绍。
成熟的成体系金属冶炼工艺涉及知识点多，内容很具体，授课时容易让学生觉得杂乱无章。但不管多么复杂的知识体系都有一个从简单到复杂，从发生、发展到成熟的过程。冶金工艺的开发过程一般可分为“工艺设想——实验室试验——产品生产”三个阶段。“工艺设想”阶段主要考虑原理上“生成相”与“相分离”的可行。由于原料与化学反应的复杂性，很难直接从理论出发设计最佳工艺参数，必须进行“实验室试验”，进一步确定该工艺的可行性并优化工艺参数。“产品生产”则要进一步考虑各类因素的影响，尤其要结合冶炼设备提供的边界条件进行具体传质、传热条件等对“生成相”与“相分离”两大任务的影响。
3.3 围绕“生成相”与“相分离”开展研究性新工艺设计
前两个教学阶段均以老师讲述为主，本阶段的教学则以学生为主，进行研究性教学。授课教师要熟悉成熟工艺之外的冶炼新工艺，尽管这些工艺仍停留在理论分析研究阶段。本阶段授课时不要直接介绍新工艺，而要进行引导性教学，让学生参与交流讨论自行得出结论。
以上三阶段是问题导向下教学新模式的主要授课方式，在针对具体某门专业课的教学过程中，教师可灵活选择安排课堂教学，只要整个授课思路能够围绕“生成相”与“相分离”两大根本任务展开即可。
4 结语
冶金工艺专业课教学已有近100年的历史，随着冶金工艺研究的深入，其授课内容一直在完善，但是其授课方法仍存在一些问题。本文围绕冶金工艺的“生成相”与“相分离”两大根本任务，提出了专业课的授课新模式，希望能给同行一些启发和借鉴，提高我国冶金工艺专业课的授课水平，为我国冶金行业培养更多优秀的冶金技术人才。
注释
① 唐道文，王海峰.深化冶金工程专業教学改革的探索与思考.贵州工业大学学报（社会科学版），2000.2（3）：54-55.
② 卢惠民，薛庆国，王新华，杨小玉.关于21世纪冶金工程专业人才培养方案的探索与实践.中国冶金教育，2002（4）：14-17.
③ George C. Beakley， Donovan L. Evans， Deloss. Careers in Engineering and Technology， Macmillasn Publishing Co.， Inc.， 1979.