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冶金工程專業(yè)實驗教學
冶金工程專業(yè)實驗教學
摘要：結(jié)合西安建筑科技大學的辦學實際情況，提出了一系列冶金工程專業(yè)本科實驗教學人才培養(yǎng)模式改革的理念、特色、設(shè)想和工作重點及方向，包括實驗教學定位及規(guī)劃、實驗教學特色、實驗教學質(zhì)量評估體系、實驗教學、科研及社會服務(wù)管理與學術(shù)梯隊，逐步建立多元化開放的冶金工程實驗室，為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)造能力、創(chuàng)業(yè)能力，提高學生的綜合素質(zhì)，使之成為適應(yīng)社會發(fā)展需要的高素質(zhì)復(fù)合型專業(yè)人才進行了一定的理論探索。
關(guān)鍵詞：實驗教學;人才培養(yǎng);開放實驗
西安建筑科技大學(原西安冶金建筑學院)是國家1956年院系調(diào)整在西北布點的唯一設(shè)有冶金工程學科點的院校。
1994年經(jīng)國家教委批準，更名為西安建筑科技大學，當時隸屬于國家冶金工業(yè)部，是部直屬重點院校。
冶金工程專業(yè)現(xiàn)為陜西省名牌專業(yè)和校級名牌專業(yè)，是從1958年建立的煉鐵、煉鋼、有色冶金等專業(yè)逐步發(fā)展起來的。
冶金工程作為西北地區(qū)辦學最早的該類專業(yè)，一直保持著自己的特色和優(yōu)勢，其中冶金物理化學為省級重點學科。
冶金工程實驗室是西安建筑科技大學創(chuàng)建較早的實驗室之一，其前身是1958年成立的鋼鐵實驗室、有色冶金實驗室和冶金爐實驗室。
1999年9月，為適應(yīng)學科發(fā)展和專業(yè)調(diào)整的需要，在原鋼鐵實驗室的基礎(chǔ)上成立冶金工程實驗室。
現(xiàn)開設(shè)有鋼鐵冶金學、冶金原理、有色冶金學、冶金傳輸原理、特種冶金、鋼鐵冶金原料處理與工藝、冶金實驗技術(shù)等課程的本科生專業(yè)基礎(chǔ)實驗和專業(yè)實驗12項，其中綜合性實驗11項、設(shè)計、綜合性實驗1項，同時承擔本科生、研究生創(chuàng)新及實驗室開放項目。
一、冶金工程實驗教學理念與特色
西安建筑科技大學冶金工程專業(yè)現(xiàn)有在校本科生、研究生600余人，如何系統(tǒng)全面地做好實驗教學和實驗研究工作是一項復(fù)雜而嚴謹?shù)恼n題。
冶金工程實驗室為此配備了必要的專職實驗技術(shù)人員，組織精干高效的教學研究隊伍，冶金工程教研室編制實驗教學計劃，承擔實驗教學任務(wù)，完善實驗教材，根據(jù)自身特色和現(xiàn)有儀器設(shè)備，結(jié)合兄弟重點院校精心撰寫了15萬余字的實驗指導(dǎo)書等教學資料，安排實驗指導(dǎo)人員保證完成實驗教學任務(wù)。
同時積極開展實驗教學研究，改革教學方法，更新實驗內(nèi)容，努力提高實驗教學質(zhì)量。
在保證完成教學任務(wù)的前提下，積極開展技術(shù)開發(fā)，開展學術(shù)、技術(shù)交流活動。
做好實驗室的工作任務(wù)、人員、物資、環(huán)境狀態(tài)等基本信息的記錄、統(tǒng)計和分析，及時為學校或上級主管部門提供準確原始數(shù)據(jù)。
冶金工程學院實驗室工作委員會依據(jù)實驗室建設(shè)規(guī)劃和《實驗教學任務(wù)書》進行評估，每學年學院與學校實驗室管理科、國資處和教務(wù)處進行檢查。
冶金工程實驗室在省級名牌專業(yè)實驗室的標準建設(shè)過程中，明確實驗課教師的崗位職責，構(gòu)成規(guī)范化管理工作的重要組成部分。
學校以有效提高學生能力與素質(zhì)為實驗教學目標制定了建立高水平、高素質(zhì)教學隊伍的規(guī)劃，要求校學術(shù)學科帶頭人、教學骨干教師參加實驗教學、管理和改革，制定了鼓勵實驗開發(fā)立項、實驗教學改革立項和評獎等制度及相關(guān)政策。
冶金工程實驗教學采取專業(yè)基礎(chǔ)實驗和專業(yè)技術(shù)實驗并重的舉措，利用“開放實驗室”增加學生接觸儀器的機會、解決對照儀器預(yù)習實驗的問題。
創(chuàng)造條件積極增加設(shè)計性、綜合性實驗課題以提高學生的綜合能力。
實驗內(nèi)容注重專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課內(nèi)容的協(xié)調(diào)，利用多種手段增加學生實驗興趣，拓寬學生的知識面，取得了良好的效果。
1.實驗教學定位及規(guī)劃
科學研究是經(jīng)濟建設(shè)中極其重要的一環(huán)，在校學生必須打好實驗研究基礎(chǔ)。
冶金工程專業(yè)是一門理論和實踐(生產(chǎn)+實驗)緊密結(jié)合的學科，良好的實驗?zāi)芰υ诤艽蟪潭壬蠜Q定了學習者的綜合科研素養(yǎng)。
因此，提高實驗教學質(zhì)量是冶金技術(shù)實驗室的主要工作。
冶金工程實驗的目的在于培養(yǎng)學生掌握基本操作、技能和方法的同時，培養(yǎng)獨立思考及獨立工作的能力，培養(yǎng)具有一定的綜合運用知識、進行分析問題和解決問題的能力、應(yīng)用開發(fā)研究能力以及科學研究的基本素質(zhì)，為今后其他課程的學習和進行科研工作打下基礎(chǔ);同時，培養(yǎng)實事求是的科學態(tài)度、良好的科學素養(yǎng)、科學的思維方法及綜合運用所學知識分析問題和解決問題的能力。
冶金工程實驗教學利用基礎(chǔ)實驗、設(shè)計性、綜合性專業(yè)實驗逐步提高、加強和鞏固學生的實驗基礎(chǔ)和技能，培養(yǎng)學生綜合運用實驗技能解決實際問題的能力、查閱文獻資料的能力;利用開放性實驗室培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維和科學創(chuàng)新精神。
通過重點投入、重點建設(shè)和強化管理，提高實驗室的基礎(chǔ)條件和綜合水平，建成一個能夠滿足冶金工程及相關(guān)專業(yè)教學需求，在全省高校及西北高校具有示范作用的實驗室體系，為培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才搭建一個開放的實驗教學平臺。
2.實驗教學特色
(1)實驗教學儀器與設(shè)備。
冶金工程實驗室現(xiàn)有實驗用房約500m2，鐵礦石燒結(jié)實驗車間200m2，儀器設(shè)備180余臺(套)，總值500萬余元，主要裝備的儀器設(shè)備有熔體物性綜合測定儀、鐵礦石高溫軟熔滴落測定儀、鐵礦石焦炭冶金性能測定儀、全自動爐渣熔點熔速測定儀、燒結(jié)杯系統(tǒng)(Ф200)、煤粉爆炸性測定儀、熱重/差熱同步分析儀、
煤粉燃燒爐試驗裝置、真空碳管電阻爐、多功能粉體物性測定儀、精密火花直讀光譜分析儀、計算熱力學軟件及數(shù)據(jù)庫、氧氮氫分析儀、磁選機、微波馬弗爐、綜合煙氣分析儀、高壓釜、煤氣發(fā)生爐、圓盤造球機，100kg感應(yīng)爐，25kg真空感應(yīng)爐、轉(zhuǎn)爐水力學模型等。
其中自行研制有爐渣熔點測定儀、鐵礦石還原度測定系統(tǒng)、鐵礦球團動態(tài)爆裂性能測定裝置等。
另有各類高溫電爐，可根據(jù)實驗和科研要求進行靈活組合與學院化工實驗室結(jié)合，具備從火法和濕法冶金的原料處理到各類提取冶金過程實驗和檢測所需的基礎(chǔ)條件，并形成了從鐵礦石燒結(jié)到鐵礦石和焦炭完整的鋼鐵冶金原料冶金性能檢測的特色。
(2)實驗教學內(nèi)容與要求。
將冶金工程專業(yè)實驗由原來的分配在各門相關(guān)專業(yè)課程中提取出來，單獨設(shè)立了一門“冶金工程專業(yè)實驗”課程，開設(shè)了一些綜合性、設(shè)計性實驗。
1)鐵礦石還原實驗：通過實驗了解溫度、礦石粒度、還原氣體流量對鐵礦石還原度的影響，以便能合理充分利用。
2)鐵礦石低溫還原粉化實驗：通過實驗了解鐵礦石進入高爐爐身上部在500℃～600℃區(qū)間，由于受氣流沖擊及鐵礦石還原Fe2O3→Fe3O4→FeO過程發(fā)生的晶形變化而導(dǎo)致的塊狀含鐵礦物的粉化，直接影響爐內(nèi)氣流分布和爐料順行。
低溫還原粉化性的測定，就是模擬高爐上部條件進行的，是評價鐵礦石冶金性能的重要指標。
3)鐵礦石軟化溫度實驗：了解軟化溫度的測量方法以及影響測定數(shù)據(jù)的因素;通過對不同含鐵礦物軟化溫度的測定，了解不同堿度的燒結(jié)礦軟化性狀的變化規(guī)律、天然礦與燒結(jié)礦軟化性狀規(guī)律。
綜合運用已學的知識，或有關(guān)文獻中介紹的礦石軟化溫度，結(jié)合所測數(shù)據(jù)評價礦石的冶金性能。
4)冶金爐渣熔化溫度的測定實驗(冶金熔體性能測定)：通過測定爐渣熔化溫度，并結(jié)合其他物理化學性質(zhì)(如粘度、表面張力等)的測定和分析選擇合理的渣系。
5)冶金(爐渣)粘度的測定實驗(冶金熔體性能測定)：了解冶金爐渣的粘度在鋼鐵生產(chǎn)過程中所起的化學平衡等作用。
6)金屬提取冶金綜合實驗：在對礦物采用濕法冶金或火法冶金之前，根據(jù)原料成分、工藝流程等決定焙燒除去礦中的部分或全部硫。
焙燒的實質(zhì)是硫化物的氧化，產(chǎn)物是金屬的氧化物或硫酸鹽。
經(jīng)焙燒的焙砂再經(jīng)濕法或火法的過程進行金屬的分離和提取;浸出是選擇適當?shù)娜軇�，使礦石或半成品中的有價成分有選擇的溶出。
電解在冶金過程主要用在分離和提純金屬，電解是利用金屬或金屬離子在一定電壓作用下可以氧化或者還原來分離或富集金屬。
7)鋼坯(錠)凝固過程冷態(tài)模擬：講解鋼液的結(jié)晶原理，講述二者模擬的物理相似性，熟悉實驗裝置和操作過程。
8)流體流速和流量的測量方法：使用畢托管測量全壓力和靜壓力。
9)流體能量的轉(zhuǎn)換及貝努力方程的應(yīng)用實驗：通過測量一個截面逐漸收縮的錐體，截面不變的喉管和截面逐漸擴大的錐體的試驗段，動壓力和靜壓力因截面不同的變化及相互轉(zhuǎn)換的關(guān)系，深入理解能量轉(zhuǎn)換定律。
10)高溫爐設(shè)計及分析：通過對高溫爐(以電阻爐為例)的設(shè)計與計算正確選擇電熱元件、爐管、耐火材料、保溫材料、熱電偶及控制系統(tǒng)等。
11)鋼鐵原料物性測定實驗(焦碳反應(yīng)性、鐵礦燒結(jié))：焦碳是高爐的主要爐料，它在高爐冶煉過程中除供熱及還原劑外，而且是保持爐內(nèi)料柱具有良好透氣性的骨架。
反應(yīng)性是評價焦碳形狀的重要指標之一。
焦碳與CO2或水蒸汽的反應(yīng)速率稱為焦碳的反應(yīng)性，通常用反應(yīng)后氣體中的CO和CO2百分濃度的函數(shù)R、CO生成速率Vco、碳或CO2的反應(yīng)速率Vc、VCO2以及反應(yīng)一定時間后焦碳消耗量占原試樣量的百分比。
鐵礦粉的燒結(jié)：確定燒結(jié)方法和流程;研究影響過程的因子;查明各因子對過程進行的主次地位及相互關(guān)系，以確定最佳工藝條件，提出最終的燒結(jié)技術(shù)經(jīng)濟指標。
12)感應(yīng)爐熔煉實驗：小型中頻無芯感應(yīng)爐可熔煉高級合金鋼，特殊性能的合金鋼以及利用液體金屬進行某些實驗和研究，結(jié)合有關(guān)知識，還可掌握感應(yīng)爐熔煉過程中的一些實驗技能。
本課程為實踐性環(huán)節(jié)，通過本環(huán)節(jié)的學習，使學生在完成冶金原理、冶金學、煉鋼廠設(shè)計、煉鐵廠設(shè)計等課程后，鞏固所學的冶金理論知識和冶金工藝流程，培養(yǎng)動手能力、科學思維和工程意識，掌握冶金工程的基本實驗研究技能，以培養(yǎng)和提高學生進行生產(chǎn)實踐及科學研究的綜合素質(zhì)為根本目的。
掌握實驗步驟，懂得實驗數(shù)據(jù)的取得和處理方法，能夠按要求完成實驗報告，對于設(shè)計性和綜合性實驗應(yīng)能在教師指導(dǎo)下自行查閱資料，擬訂實驗方案和步驟，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。
“冶金工程專業(yè)實驗”的開設(shè)有助于學生理論聯(lián)系實際，為培養(yǎng)學生的科學實驗?zāi)芰Φ於肆己玫幕A(chǔ)，有效避免了實驗進程擴大、分散的弊端，便于學生對實踐知識的積累和掌握。
采取單獨考核、單獨記學分的措施體現(xiàn)了對實驗教學的高度重視。
同時也提高了實驗室的儀器設(shè)備集中利用率和完好率，便于合理安排其他開放性實驗和科研工作。
(3)實驗教學過程與考核。
實驗教學過程包括理論講授、實驗操作和實驗報告三部分，是一門理論與實踐結(jié)合性較強的課程。
要求學生重點掌握冶金實驗室常用儀器、設(shè)備的名稱、結(jié)構(gòu)、工作原理、使用方法、維護等;掌握冶金實驗研究中常用的分析研究方法的原理、操作等。
了解生產(chǎn)工藝過程中的實驗研究技術(shù)實驗前由指導(dǎo)教師結(jié)合所學相關(guān)專業(yè)課程，講授實驗的性質(zhì)、原理、任務(wù)、要求、實驗守則及實驗室安全制度等。
學生根據(jù)各個實驗的任務(wù)，10人一個實驗小組，5人一套實驗裝置，在規(guī)定時間內(nèi)獨立完成實驗測定、數(shù)據(jù)處理，并撰寫實驗報告。
實驗前，學生必須認真閱讀實驗指導(dǎo)書，理解和掌握實驗的目的和原理。
教師需對學生的預(yù)習情況進行檢查，合格后學生才能開始做實驗。
實驗過程中，要求學生勤于動手，敏銳觀察，細心操作，開動腦筋，分析鉆研問題，準確記錄原始數(shù)據(jù)，經(jīng)教師檢查并簽名，實驗及其原始數(shù)據(jù)記錄才有效。
任課教師認真上好每一次實驗課，實驗前教師要親自檢查儀器設(shè)備情況，清點學生人數(shù);實驗過程中，要向?qū)W生提問，引導(dǎo)學生深入思考與實驗現(xiàn)象有關(guān)的一些問題，著力培養(yǎng)學生觀察實驗、綜合考慮問題的能力，使學生學會分析和研究問題的方法。
本課程的考核以實驗預(yù)習報告和實驗結(jié)果報告為依據(jù)。
實驗完畢后，要求學生對實驗各環(huán)節(jié)認真分析、處理實驗數(shù)據(jù)，并與教師共同討論實驗結(jié)果，最后以實驗報告的形式寫出報告。
每個實驗實行百分制，總分平均后綜合考查實行“五級制”(優(yōu)、良、中、及格、不及格)。
對能在實驗過程中提出合理化建議和改進措施的學生酌情給予加分獎勵。
二、實驗教學改革思路及方案
1.實驗教學的改革內(nèi)容
學生通過實驗研究可以使已學過的概念掌握得更為牢固，可以培養(yǎng)洞察力和迅速抓住事物本質(zhì)的能力，可以培養(yǎng)從事科學實驗的嚴肅態(tài)度和嚴密的作風，可以學會從事科學研究的本領(lǐng)，養(yǎng)成用實驗方法研究科學問題的習慣。
為了進一步提高學生的實驗研究能力，結(jié)合本校實際情況，對實驗教學進行了逐步改革。
(1)逐步增加設(shè)計性、綜合性和創(chuàng)新性實驗教學內(nèi)容。
全面進行分層次教學。
教學內(nèi)容分基礎(chǔ)部分、設(shè)計部分、綜合部分、研究部分。
承擔各類本科生(一本、三本)、研究生的各類科學研究與實驗教學、畢業(yè)設(shè)計等。
(2)實驗室進一步加大對學生開放，鼓勵學生課余時間進入實驗室開展科技創(chuàng)新項目。
在時間上、內(nèi)容上全面開放實驗室，大大增加開出實驗課題數(shù)目，接納做實驗的學生數(shù)量。
(3)不斷完善實驗教學質(zhì)量監(jiān)控和教學評價體系。
2.保障措施
為達到上述實驗教學改革目的，將在未來五年內(nèi)采取下列措施。
(1)集中優(yōu)勢資源逐步更新、完善實驗教學內(nèi)容。
加強現(xiàn)代化教學手段。
促進“計算機模擬實驗”和“網(wǎng)絡(luò)模擬煉鋼”系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，有力提升和加強學生對冶金工程實驗教學的興趣、愛好，同時節(jié)約了大量實驗教學經(jīng)費，使得“動手”與“動腦”過程達到有機完整的結(jié)合。
(2)逐步建立多元化開放冶金工程實驗室。
多元化的含義包括形式上的多元化和內(nèi)容上的多元化。
培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)造能力、創(chuàng)業(yè)能力，提高學生的綜合化學素質(zhì)，使之成為適應(yīng)社會發(fā)展需要的高素質(zhì)復(fù)合型專業(yè)人才。
利用“多元化開放實驗室”增加學生的實驗興趣，為學生自主學習、個性發(fā)展、培養(yǎng)創(chuàng)新能力提供充裕的時間和空間，是深化教學改革、由被動教育到主動教育、由應(yīng)試教育到素質(zhì)教育、全面提高實驗教學質(zhì)量的有效方法。
(3)完善實驗教學質(zhì)量評估體系。
冶金工程實驗室在未來五年的發(fā)展目標是提高在保證基本實驗開出率的前提下，不斷提高實驗教學質(zhì)量，使實驗課的內(nèi)容緊跟時代，更多地將現(xiàn)有的、老化的、驗證性實驗以現(xiàn)代實驗、設(shè)計性、開發(fā)性實驗、綜合性研究實驗取代。
逐步實現(xiàn)實驗教學個性化、層次化教育，逐步建立多平臺實驗教學體系以及逐步開放實驗室等管理體制，使學生不僅掌握實驗的基本操作和基本技能，為后續(xù)畢業(yè)設(shè)計和畢業(yè)課題研究工作提供扎實的實驗技能和數(shù)據(jù)處理、報告撰寫能力，而且使學生具有綜合分析、設(shè)計和開展研究的能力，充分發(fā)揮其創(chuàng)造性。
(4)加強實驗教學梯隊建設(shè)與管理。
在實驗教學、科研及社會服務(wù)管理等方面，由院長主管，專人負責，明確分工，任務(wù)落實到人;其次，有以博士生導(dǎo)師、年富力強的教授、副教授、博士、碩士、高級工程師等為骨干組成的結(jié)構(gòu)合理、學術(shù)水平高的教學科研梯隊為技術(shù)支撐。
教師與技術(shù)人員經(jīng)常參加陜西、西北地區(qū)及全國性教學、科研研討會，經(jīng)常與兄弟院校交流，將我們在實驗技術(shù)研究、清潔生產(chǎn)理論研究等方面取得的成果與兄弟院校進行介紹、交流相互取長補短，也吸取了在實驗教學、實驗管理方面的經(jīng)驗。
三、結(jié)束語
50年來，經(jīng)過幾代教師和實驗技術(shù)人員的共同努力，西安建筑科技大學冶金工程實驗室為我校冶金工程專業(yè)成為陜西省和西安建筑科技大學名牌專業(yè)奠定了堅實的基礎(chǔ)，冶金工程實驗室為以其無可替代的特色為該專業(yè)的本科生、碩士生和博士生的培養(yǎng)以及教師的科研工作提供了有力的實驗教學和實驗研究條件，已為國家冶金工業(yè)戰(zhàn)線培養(yǎng)各類畢業(yè)生1800余人。
今后，將繼續(xù)為培養(yǎng)更多優(yōu)秀的具有較強工程實踐能力和高素質(zhì)的創(chuàng)新應(yīng)用人才而努力奮斗。
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