传统工艺性专业实验室建设探索

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  [摘要]冶金工程专业实验室属于传统的工艺性专业实验室,在实验室的建设过程中不可能对复杂的工艺过程进行简单的复制和模拟,因此必须根据工艺过程构建科学的实验教学体系,该体系不仅能满足理论教学的需要,同时能为培养应用型人才提供良好的实践平台。重庆科技学院在冶金工程专业实验室的建设过程中,以资源—冶炼—环境为轴线进行了完整的布局,建成的冶金工程实验室在人才培养和科学研究中发挥了良好作用。
  [关键词]工艺性专业 实验室建设 实验室功能 实验资源
  [作者简介]万新(1964- ),男,四川达州人,重庆科技学院副教授,硕士,主要从事炼铁工艺研究;任正德(1964- ),男,四川苍溪人,重庆科技学院冶金学院副院长,副教授,硕士,主要从事炼钢工艺研究;张明远(1971- ),男,甘肃白银人,重庆科技学院,高级工程师,主要从事冶金实验研究。(重庆400050)
  [中图分类号]G718 [文献标识码]A[文章编号]1004-3985(2009)03-0171-03
  
  冶金工程专业是传统的工艺性专业,在当前产业结构调整、社会人才需求发生变化的大前提下,传统工艺性专业的人才培养面临着诸多问题。所谓传统工艺性专业多指源于过去的国民经济发展的基础工业,其特点是技术成熟、规模巨大,如石油、化工、冶金等。在传统工艺性专业人才的培养过程中,实践教学环节的作用尤其突出,完整的实践教学体系是培养应用型人才的基本保障。实验室作为实践能力培养的重要基地,其建设思路和水平直接决定着办学的水平。
  冶金工程专业实验室的建设始于1995年,但是直到2000年其整个构成情况都比较简陋,除了一个投资100万元的铁矿石性能检测实验室比较成体系外,其他包括一台25kg真空感应炉、几台高温炉及一些基础的物理化学实验设备都仅仅服务于课程而不能对整个学科实验教学构成完整的支持。但2005年冶金工程专业获得中央地方共建专业基础实验室建设资金120余万元,对整个冶金工程基础实验室完成了一次整体升级后,到2008年为止实际投入冶金工程实验室的建设经费约650万元,加上原有的实验室设备投入,到2008年底冶金工程实验室的总资产逾800万元。在近几年的实验室建设中,基本思路是实验室要服务优势特色学科的建设、覆盖冶金工程工艺、适当拓宽专
  业领域、平衡教学科研服务功能。
  
  一、冶金专业实验室建设的基本情况
  
  冶金工程专业培养的学生主要面向冶金企业,作为应用型本科人才的培养必须重视人才的实践能力。我们知道,我国的冶金工业仅近20年发展迅速,这主要取决于我国改革开放的经济发展战略。但这种进步多属于技术层面,在科学层面来看,冶金工业的基础理论没有太多本质上的变化。因此,工艺流程成熟、技术集成丰富、环节多、规模大构成了冶金工程的基本特点。如果要在专业实验室对冶金工程的环节进行完整模拟,基本上是不可能的,因此必须要对实验室的建设进行整体的构思和规划。
  1.以资源—冶炼—环境为轴线进行冶金工程实验室整体布局。在过去的教学过程中和人才培养上,比较倾向于对冶炼工艺过程的掌握,在实验室建设上并没有将资源综合利用和环境保护放在教学重点上。但冶金工业作为资源加工型企业,综合高效利用有限的自然资源、减少环境污染,是行业发展的主流方向。因此,2005年冶金工程实验室建设获得第一笔资金的时候,就构思了一个逐步建设思路,即在保证冶炼实验室建设的同时,向两端延伸,工艺的前端增加资源综合利用实验室,后端增设环境保护实验室。在2007年申报中央地方共建实验室的时候,将该思路整理在方案中,不过将资源综合利用实验室与环境保护实验室合并成资源环境实验室,但其功能覆盖冶金工程工艺环节的前端和后端,这样不仅使人才培养更符合当前冶金工业发展的趋势,也拓宽了实验室的专业服务领域。
  2.明确传统工艺—冶炼实验室的建设框架。作为冶金工程的专业实验室,必须要满足专业人才培养的需要。换句话说,就是实验室能够完全服务于专业课程的教学并能为专业能力培养提供开放的学习环境。因此,根据五十余年办学的积淀、当前冶金工业发展的新形势以及我们的办学特点,将冶金实验室的建设重点放在高温冶炼的节能降耗上,这样实验室的建设就与办学的定位—应用型本科相适应,协调学科建设的思路。
  在确定了这个冶炼实验室建设的基本框架后,关于实验项目的设计、实验设备的选择和配套就依靠各个教师,根据其研究方向和学术兴趣分别提出建设方案,然后教研室统筹规划并进行方案论证,形成完整的分步实施计划。
  3.实验室教学功能的保证。作为传统工艺性专业应用型人才培养,其区别于研究型大学人才的重要方面就包括实践环节和专业技能培训。在这一方面,过去的专业教学改革也有过成功的经验可以借鉴,即可以将冶金工程实验室基本上建设成为冶金工程专业的实训基地。为了保证实验室在教学过程中能够充分发挥其教学功能,实验室建设的同时考虑以下几个方面工作的推进:
  首先,在制订专业培养计划时,要协调实验室的建设或者将实验室建设的规划提前体现在人才培养计划中,当然这需要对短期可实现的投入具有准确可信的判断。其次,编写切实可行的专业实验大纲,使实验室能够具有充分教学功能保障。在大纲编写之前,对国内的几所高等院校的冶金工程专业实验的计划进行调研,对满足专业教学的基本实验进行归纳。完整的实验指导书,可为满足教学、充分发挥实验室的教学功能提供保障。最后,围绕短期实验室建设规划和人才培养计划,提出实验室建设的长期规划,为将来实现更高层次的教学需要和发展实验室研究功能打下基础。
  4.科研功能平衡发展。作为高等院校建设传统工艺性专业实验室,由于有着强大的工业生产背景,其在科学和技术两个方面更倾向于技术人才的培养。实验室在保证教学的同时为广大教师提供研究平台至关重要,实验室的科研功能为提高教师队伍的素质促进人才培养奠定了物质基础。
  5.实训基地建设的构思。实验室建设的过程中,我们一直在思考如何建设一个完整的校内实训基地,因为作为传统工艺性专业生产现场的实习一直是一个非常重要的环节。目前来看,我们的实习一直是严格按照培养计划严格实施,可是实际面临着一些问题:首先是当前的实习在生产现场大都是以参观学习为主,企业保生产是绝不允许学生上岗操作的;二是目前各项交通费用增加,学生实习负担过重。因此建设校内实习基地,弥补生产实习不能动手的不足并减少学生负担,对传统工艺性专业显得尤其必要。为此我们计划在校内建设一条冶金工艺生产线,这条生产线包括烧结—炼铁—炼钢—轧钢,即冶金工艺的主线过程,学生的生产实习在该线建成后可以分为校内和校外两部分完成,使得学生的实习过程更加有实效。
  
  二、冶金工程专业实验室的构成框架及特点
  
  冶金工程实验室经过不断地规划、调整,形成了目前的一个初步框架,如下图所示。该框架充分体现了我们对传统工艺性专业的理解,即工艺流程清晰、基础理论深厚、技术支持丰富。
  


  1.实验室的建设以工艺流程为轴线。在冶金工程专业实验室建设中,紧扣人才培养目标,根据实际的生产环节即工艺环节建设相应的实验室。在框架中资源环境室对应采矿和铁矿石造块工艺过程,炼铁室围绕高炉炼铁工艺,炼钢室模拟炼钢工艺过程。
  资源环境室是新建的一个实验室,其主体设备基本上覆盖矿石的前处理、废金属综合利用、钢铁厂尘泥的循环、烟气处理等。实践证明,资源环境室不仅拓宽了实验室的研究方向,同时为2009年开始招收有色方向的学生奠定了基础条件。炼铁室是3个工艺实验室基础条件最好的实验室,到目前为止也是为教学服务最久、为企业服务最多的一个实验室。因此,炼铁室的建设基本上是本着改造、扩建的思路进行的。从目前的进度来看,炼铁室的设备换代已经完成,扩建丰富的工作还在持续进行。炼钢室的建设最为复杂,因为炼钢过程所涉及的辅助工序最多,因此希望通过实验开设培养学生工程技术能力还有许多工作要做。目前冶炼设备还是比较完备的,冷态模拟和质量检测成为该室的一个薄弱环节。
  2.建设完备的基础实验室。冶金工程专业的三大支柱是金属学、冶金原理、传输原理,除了金属学实验放在材料教研室外,冶金原理和传输原理作为冶金基础实验均放在冶金教研室。目前的冶金原理室和传输原理室已经完成了初步建设,尤其是中央地方共建基础实验室项目完成后,这两个实验室的装备水平和教学实验开设情况都非常好。目前,冶金原理室开设培养计划规定的实验11个,传输原理室开设培养计划规定的实验14个。
  3.尽量体现对工艺过程的技术支持。冶金工业生产流程非常复杂,其所需要的技术支持也相当丰富,在技术飞速发展的今天,很多新的技术和装备都能迅速在冶金工业生产中找到用武之地。作为人才培养的高等院校,必须要适应这一情况。在构建的试验室框架中,围绕工艺主线设置这些技术相关的实验室。比如高炉喷吹煤粉作为高效利用资源的措施被广泛利用,为此建了煤粉检测室;数学模拟为研究冶炼过程提供了高效率手段,建了数模室。这些专业实验室的建设极大丰富了冶金工程实验室的工作内容,为学生全面掌握现代冶金技术的状况提供了学习环境,为教师从事广泛的科学技术研究建设了较高的平台。
  4.体现综合工艺过程的实训生产线。当前工艺性专业人才的培养中,实习环节是一个瓶颈。建设校内实训基地,与现场的岗位实习相互支持,应该是工艺性专业技能培养的一种理想模式。我校在2005年建设了一条磁钢生产线,实践证明在学生的工艺实训方面发挥了良好的作用。在该生产线上学生可以完成配料计算、不定型MgO质坩埚的打结实验、感应炉烘炉和洗炉实验、浇注成型实验、感应炉熔炼实验和高温炉坼装实验等一系列的工艺试验,而且可以为学生提供一个可以互动的工艺实训环境。
  
  三、实验室教学科研功能的全面拓展
  
  到目前为止,初具规模的冶金工程实验室已经在教学和科研两方面体现出了学科优势,为冶金工程专业成为市(省)级品牌专业和学校的重点学科做出了贡献。
  1.在教学方面的工作。现在进入人才培养计划的实验项目51个,其中综合性实验12个,其他为验证性和演示性实验。在计划实验的开出率达到100%的情况下,积极推进开放实验室建设和协助学生的创新科技活动。开放实验室的建设主要依据专业教师的科技活动,指导学生在科研项目中积极介入,参与实验研究工作。创新科技活动借助学校的计划,鼓励学生积极申报相关的科技创新项目,获得资金支持后实验室为学生的科技创新活动提供了充分的保障。据2007~2008教学年度统计,开放的实验室教学工作量达到约3000人/时(实验开出学时乘以实验参与的人数)。
  2.在科研方面的进展。提高实验室的自身造血机能,是实验室持续服务教学的重要保证。在实验室建设和使用过程中,加强与兄弟院校和冶金企业的联系,积极开展实验室的对外服务和课题申请,这些工作的开展明显提高了实验设备的使用效率,解决了维护资金的困难,同时还使专业实验室真正成为学生的专业实训基地。
  对外服务和课题的经费解决了实验室经费不足的问题。近年来重庆大学、昆明理工大学、重庆钢铁集团公司和威远钢铁集团公司等单位的课题组或生产技术部门将一些研究项目或检测项目委托给本实验室来完成。作为一个工艺性专业实验室,以专业的实验水平和良好的服务得到了同行的尊重。同时,科研项目的开展有效提高了设备使用率,保证了实验设备随时能正常使用。
  鼓励专业教师深入实验室,将企业的问题带回到实验室来研究成为提高教师专业素质的重要手段。通过这些措施,教师队伍逐渐成熟起来,科研能力得到提高并逐渐被同行所认可,同时实验室的科研功能也逐渐体现出价值。
  
  四、专业实验室是传统工艺性专业人才培养的重要保障
  
  作为传统的工艺性专业,必须通过建设高水平的实验室来适应新形势的人才培养需要。第一,传统的工艺性专业具有工艺流程清晰、基础理论深厚、技术支持丰富的特点,因此要在实验室建设中规划一条以工艺为基础的轴线,明晰各个工艺环节的实验项目。第二,现代技术为传统工艺性专业的技术升级提供了丰富的手段,因此在实验室建设中需要对一些关键的支持技术建设辅助的实验室。第三,传统工艺性专业对生产实训的要求非常高,因此可考虑建设校内的实训基地,改善现场生产实习环节。第四,开放性的实验室建设对传统工艺性专业意义重大,因为只有开放性的试验室才能真正提供学生一个结合生产实际的开放学习环境。第五,加强校企合作,可以提供给学生一些创新的学习机会,同时也为提高教师队伍的专业素质创造条件。第六,实验室建设是一个持续性的工作,不断地进行教学研究和实验室建设规划修订是一个高水平实验室形成的保证。
  
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