冶金工艺案例库建设与教学的原则和方法

肖赛君 赵卓 樊友其 韩召

摘 要 案例教学在工程技术专业教学中的应用越来越广泛。对于冶金工程专业教学，结合冶金工艺案例开展教学活动有利于促进冶金工艺理论与生产实际的结合。本文首先对有色冶金与黑色冶金工艺共同特性进行分析研究，在此基础上提出了案例库建设的基本原则和方法，最后，总结了有效开展案例库教学的三条基本原则。

关键词 冶金工艺 案例库 案例教学

中图分类号：G642文献标识码：A

Principles and Methods of Construction and Teaching

of Metallurgical Processes Case Database

XIAO Saijun， ZHAO Zhuo， FAN Youqi， HAN Zhao

（School of Metallurgical Engineering， Anhui University of Technology， Maanshan， Anhui 243002）

Abstract Case teaching is used more and more widely in Engineering Technology Teaching. For metallurgical engineering teaching， combined with metallurgical processes case to carry out teaching activities can promote the production of metallurgical processes theory and practical combination. This article first non-ferrous metallurgy and metallurgical processes common characteristic black analysis， on the basis of the basic principles and methods presented case base construction， finally， the establishment of three basic principles for effective teaching in the case base.

Key words metallurgical process; case database; case teaching

0 前言

案例教學法自1910年在美国哈佛大学法学院正式引入课堂教学以来，日益受到高等教育界的重视和欢迎。①上世纪八十年代开始，案例教学开始全面引入我国，主要用于法学、管理学等人文社会科学，散见于工程技术类专业教学。②近几年，为解决工程技术专业教育中出现的新问题，案例教学法开始系统的引入工程技术类专业教学中。2007年麻省理工学院发起一项工科本科生教改项目：“Gordon工程领导力计划”，③校友伯纳德·戈登为这个项目捐赠了2000万美元，使它成为麻省理工学院有史以来投入最大的一个本科生课程改革计划。该计划培养方案中一个最重要的思想就是在完成基础课教学之后，专业课学习全部以案例和项目的形式展开。

我国工科类院校近几年也开始重视案例教学在工程技术专业教学中的应用。④2010年，重庆科技学院出台《实施案例教学提高课堂教学质量的暂行办法》，重点建设与石油、冶金行业紧密结合的案例库。⑤2011年下半年开始，北京科技大学冶金与生态工程学院开始尝试建立钢铁冶金专业教学案例库，该项目实施的一个特色是聘请钢铁企业技术人员来校进行案例教学。⑥虽然我国引入案例教学法时间较早，在国内也被越来越多的人所接受，并列入了各高校的教学改革计划，但总体来说，当前国内的冶金工艺案例教学还处于一个起步阶段，其中一个重要原因是对冶金工艺案例库建设的原则和方法不明确，无法与现有专业教材中的工艺区别开来并进行有效的案例教学。案例教学过程也不是简单地进行案例堆积讲解，更多的是从各类案例中提取出共性的思想与方法，使得学生对冶金工艺有一个更好的把握。本文首先对冶金工艺的共性特点进行研究，在此基础上提出了冶金工艺案例库建设的基本原则与方法，最后，分析了如何有效进行案例库教学。

1 冶金工艺共性分析

金属矿产资源、金属种类以及冶炼原理与方法的多样性决定了冶金工艺的多样性。传统冶金工艺讲解均是按照冶炼对象，即特定金属来分类介绍，比如钢铁冶金学、铅冶金学、铝冶金学。针对某种特定的金属产品，分别按照原料、产品、工艺、设备这四个方面进行讲解。案例库建设与教学不能简单对各种产品冶炼工艺进行简单的堆积和分类讲解，必须考虑冶金工艺的共性特点，在弄懂每种金属具体冶炼工艺的前提下，寻找工艺设计的原则与通用方法，使得学生了解冶金工艺设计的思想，在进行各类工艺的对比分析和综合提炼时，可进一步提高学生对冶金工艺的宏观认识，同时也有助于进行冶炼工艺创新。

冶金工艺共性可以从三个角度分析，即冶金工艺目标的共性，冶金工艺原理的共性与冶金工艺手段方法的共性。

1.1 冶金工艺目标的共性

任何金属的冶炼工艺都是从矿石到金属，这就决定了冶金工艺目标是存在总的共性的，即去除矿石中无用的脉石成分，将有用的金属提取出来并进行必要的精炼。要完成这一总任务，必须依靠具有不同热力学条件的单元工序来完成，比如钢铁冶炼过程长流程的工序组合是：原料处理（烧结，球团）—高炉炼铁—转炉炼钢—炉外精炼。具体到每一个单元工序，也存在其目标，即实现生成相与相分离的两个目标。每个单元工序都有其流入的原料与冶炼的产品，产品就是该工序的生成相，比如高炉冶炼铁水单元工序，在实现了生成相铁水的同时，还需要将生成相铁水与其它相炉渣和烟气分离开来。每个冶炼工序都有其自身的生成相与相分离工序。

1.2 冶金工艺原理的共性

冶金工艺以化学反应为主，同时为了实现化学反应过程还需要引入不同的物理手段，比如温度、压强、气氛的控制等，这就注定不同冶炼工艺会拥有共同的原理。从现有的冶金工程专业教学安排可知，《物理化学》与《冶金传输原理》是冶金工艺所依赖的基本原理。在讲解特定金属冶炼工艺的时候，需要结合原理来讲授工艺选择的科学性，在进行案例教学时，可以从基本原理出发，讲解该原理如何应用到各种冶炼工艺中。这样可使学生进一步掌握如何应用原理进行工艺设计。

1.3 冶金工艺方法手段的共性

冶金工艺有共同的目标和原理，在方法手段的实现上，也有共性。冶金工艺方法手段一般分类是火法冶金、湿法冶金与电冶金。或者分成火法冶金与湿法冶金，将电冶金按照温度的不同分别列入火法冶金与湿法冶金。另外，还有一种分类方法就是类比化工过程将冶金过程看成一连串单元操作和单元程序的协调配合，原料经此而转换成产品。⑦不管何种分类方法，都可以认为冶金工艺的共性方法手段包括如下：浮选、过滤浓缩、造球、干燥、焙烧（氧化、还原、磁化和烧结等）、还原（固体碳还原、气体还原、金属热还原、气态还原、有机化合物还原等）、火法精炼（熔析、氧化、硫化、萃取、真空）、电沉积和电解精炼（水溶液电解、熔盐电解、汞齐精炼等）;浸出（酸性浸出、碱性浸出、细菌浸出等）、净化（水解、置换、化学沉淀、结晶、熔剂萃取、离子交换等）、挥发与蒸馏（升华、氧化挥发、氯化挥发、精馏、真空蒸馏、还原蒸馏、气化沉积等）。对于以物理过程为主的单元操作，可以总结为，搅拌（机械搅拌、电磁搅拌和气体搅拌），加热（电热和化学热），减压操作（常压，减压，真空），渣处理与合金化。对这些共性的冶炼方法可以专门进行讲解，介绍其中的基本原理与实现方法。对冶金工艺手段的总结有助于学生掌握各种实现冶炼目标的手段，更有助于学生进行工艺创新设计。

2 冶金工艺案例库建设的原则与方法

2.1 冶金工艺共性研究案例库建设

不同冶炼工艺具有相同的冶金工艺的共性，即冶炼目标、基本原理与方法的共性。案例库建设时，重点按照基本原理和基本方法来建设。具体方法如下：从基本原理角度建立案例库，比如搅拌案例库，可分别讲解机械搅拌、气体搅拌、电磁搅拌以及其它搅拌四大案例库。再比如，温度控制是火法冶金工艺控制的关键因素，可建立加热案例库，分别整理外加燃料加热、自身化学反应加热、电加热等案例库。

2.2 冶金工艺发展历史案例库建设

对于某种具体的冶炼工艺，我们常常讲解现有的常用的经典方法，对于其发展历史介绍很少。在案例库建设中，必须重新整理各类金属冶炼工艺的发展历史，并进行对比分析，由此得出冶金工艺发展的基本原则、冶金落后工艺淘汰原因、未来新工艺发展的原则等。比如，炼钢工艺中主要为转炉和电弧炉炼钢，而平炉工艺已经淘汰，在案例库建设中，比如补充平炉冶炼工艺，并重点讲解为什么转炉工艺可以替代平炉工艺。

2.3 冶金工艺创新设计案例库建设

冶金工艺一直在发展当中，结合现有技术难题以及科研课题来建设案例库是十分重要的。只有引入新问题，将学生带入进冶金工艺的前沿领域，才能真正启发学生的兴趣，调动学习积极性，同时也才能真正掌握基本原理与方法解决具体问题，打通理论教学与实际应用的隔阂。比如，对于锰系铁合金的冶炼，考虑到我国现有氧化锰矿有将近60%需要进口，国内大量贫锰矿搁置没有开采使用，可专门建立“低品位锰矿综合利用案例库”，在讲解现有研究的基础上，鼓励学生提出自己的工艺路线。

3 冶金工艺案例库教学的原则与方法

3.1 专人负责与专家讲授原则

该课程必须由某位老师具体负责，但是讲解过程可由该领域的专家来讲解，专家不仅包括学校老师，同时还必须与企业技术人员结合起来，聘请他们来高校进行教学。专人负责可保证课程的统一性与协调性，专家讲授可保证案例教学的质量。

3.2 网络教学原则

可建立冶金工艺论坛网站，面向高校教师、企业技术人员和学生开放，把各类案例库资源放在网络上，有利于学生学习，同时也有利于教师和技术人员进行案例库的完善。另外，教师、技术人员和学生可跨越時空进行各类技术问题的交流，打破身份限制，在虚拟空间互为老师，互做学生。

3.3 师生互动原则

现有冶炼工艺授课时多采用传统的“传道、授业、解惑”的讲课模式，学生在大多数情况下处于被动接受的状态，因此积级性不高，影响听课效果。案例教学法，是从实际出发，通过一个具体教育情景的描述，引导学生通过阅读、思考和分析而提出问题、分析问题，并通过师生间的相互讨论和争辩来解决问题，它可以把枯燥、抽象的理论变为生动典型的例子，活跃课堂气氛，把理论与实践相结合，易懂易记、印象深刻，有利于提高教学效果。在师生的共同努力下使学生举一反三、理论联系实际、融会贯通、提高能力和水平。

4 结论

（1）各类金属产品的冶炼工艺存在目标、原理与方法上的三条共性原则;（2）案例库建设要从共性案例库、工艺历史案例库与工艺创新案例库三个角度建设;（3）案例库教学需要专门开设课程进行，且需要专人负责与专家讲授、网络教学及师生互动三条原则，才能有效进行案例库教学。

资助信息：安徽工业大学教学研究资助项目，项目编号：2014jg18

注释

① 李德林.案例教学.青岛出版社，2006.

② 梁周敏等.案例编写与案例教学.河南人民出版社，2007.

③ http：//web.mit.edu/gordonelp/

④ 谢志江等.案例教学法在工科教学中的应用.高等工程教育研究，2003（5）：75-77.

⑤ http：//jw.cqust.cn/data/2010/1029/announcement_1173.html

⑥ http：//metall.ustb.edu.cn/articledetail.asp cateID=2&ID=1617.

⑦ 李士琦.冶金系统工程.北京：冶金工业出版社，1992.