科研成果转化实验对创新能力培养的探索

谢广元， 张文军， 彭耀丽， 李延锋， 陈增强， 吴 玲

(中国矿业大学 化工学院，江苏 徐州 221116)



科研成果转化实验对创新能力培养的探索

谢广元， 张文军， 彭耀丽， 李延锋， 陈增强， 吴 玲

(中国矿业大学 化工学院，江苏 徐州 221116)

为培养大学生创新能力、组织管理能力、分析及解决问题的能力，提高学生工程化素质、工作责任心和团结协作精神，利用国家“211”工程和985工程矿物加工优势学科创新平台等学科建设，建立了学科教师科研成果转化实验室半工业研究系统，为本科生开设专题试验，使学生了解学科前沿发展动态，将实验内容与解决实际问题相结合，提高了学生分析问题解决实际问题的能力，提升了单元实验的功能与实际应用效果，使学生所学专业知识更加系统化，丰富了学生的实践经验，提高了学生的动手能力、 组织管理及团队协作意识，同时也为高校学科建设的优势资源和科研成果转化为大学生的实践教学资源，并发挥在本科人才培养中的作用提供了示范。

创新能力； 矿物加工； 科研成果； 专题实验

0 引 言

目前，我国正在全面实施“可持续发展”和“科教兴国”战略，建立国家创新体系。高等教育更加注重创新人才素质的培养和创新人才培养质量的提高[1-2]。鉴于实验教学的重要性[3], 各大高校分别就个性化实验室建设[ 4-6]、多层次实验体系建设[7-8]、实验教师队伍建设[9]等作了深入广泛的实践研究。培养学生具有比较扎实的专业基础知识、较强的研究及工程实践能力，同时具有较强的工作责任心和团结协作精神，高校学科建设的优势资源和科研成果转化为大学生的实践教学资源是培养上述能力的重要途径[10-16]。结合中国矿业大学矿物加工工程专业核心课程“矿物加工试验研究方法”的改革，把“学而优则用、学而优则创”的中国矿业大学办学理念贯彻和渗透到本科教学实践中。利用矿物加工优势学科资源和科研成果转化专题实验进行了积极的探索与实践，对学生研究创新能力、工程化训练、组织管理等综合素质的培养，取得了较好的效果。

1 本科生创新能力培养的改革思路

校内实验与校外实习教学，是提高学生实践能力和创造力的重要教学环节。为此我们以实践能力培养为切入点，强调以加强学生的创新能力为重点，以培养创新人才为核心目标，构建了矿物加工工程专业校内实验教学、校外产学研实践教学、校内大学生科技训练第二课堂活动三个层面的实验和实践创新人才培养教学体系，全面培养学生的动手能力和创新能力。

通过第一课堂知识传授与第二课堂活动相结合、科技实践活动与有专业特色的科研成果转化创新实践相结合，校内大学生课外科技活动教育与校外社会实践教育相结合，培养学生的创新能力。坚持以“挑战杯”课外学术科技作品竞赛为龙头，以大学生创新行动计划和大学生科研训练计划为抓手，以“知行杯”大学生学术科技文化节、大学生科技创新实践基地、学生科技社团为载体，搭建大学生素质教育和创新创业教育平台，营造了深郁的科技文化氛围，培养学生的科技素养和科学精神。提高学生获取知识的能力、综合运用知识解决问题的能力以及发明创造的能力，培养高水平的创新人才。

2 实验教学体系的构建

实验教学打破传统的按理论课程设置安排实验的方式，将部分课程实验教学内容从课堂理论教学中剥离开单独设置，如“矿物加工学” 课程独立设置了配套的“矿物加工实验技术”实验课程。重组实验课程，突出实验内容的基础性、实用性、综合性和系统性。 具体构建了以下三个层次的实验教学体系:

(1) 基础理论方法实验。根据教学计划，各门课程均设有基础原理试验，这些试验进一步验证课堂讲授中遇到的一些抽象理论、假说模型等，加深对基础理论理解，深化教学内容，提高课堂学习效果。

(2) 标准化、规范化试验。利用现行国家标准规定，进行学生实际操作技能训练和试验方法标准化、规范化训练，强化学生的标准化意识和规范化操作实践训练，为培养科学、严谨的学术作风打下坚实的基础。

(3) 科研成果转化半工业性试验研究系统专题实验。矿物加工工程学科具有硕士点、博士点授予权，并设有博士后流动站，是国家特色专业建设点、首批“长江学者奖励计划”学科、国家级重点学科、211工程、985工程优势学科创新平台重点建设学科之一，学科实力强， 教师承担了大量的高水平科研课题。利用不同科研方向教师科研的转化成果及“211”工程和`985工程优势学科创新平台和重点学科建设经费的大力支持，在中国矿业大学院内的矿业科学中心先后建成了“高硫煤脱硫降灰试验研究系统”、 “干法选煤试验研究系统”、 “粗颗粒煤炭重介旋流器半工业性分选实验研究系统”、“微细矿物高效分选试验研究系统”、 “跳汰过程参数测试与模拟优化试验系统”、 “压滤机脱水试验研究系统”、 “摩擦电选试验研究系统”等国内独有或领先的半工业性实验研究系统。

如何结合矿物加工专业实验教学、充分发挥这些学科资源和科研成果转化的先进的半工业系统的优势，将这些设施从研究生培养拓展到本科生培养，将本科生研究能力培养、工程素质训练、组织管理能力锻炼、团结协作精神等有机地结合起来，培养学生的综合能力与素质，是一个值得研究的课题。

我们利用“矿物加工试验研究方法”课程的改革，开展学科资源和科研成果转化专题实验。 组织学科不同科研方向科研转化成果教师团队担任指导教师，让学生从试验方案设计、试验准备、设备操作、试验结果数据处理到最后编写研究报告全过程进行系统训练，充分调动学生自主学习的积极性，使学生的科学研究能力与创新能力得到了强化训练。

3 科研成果转化专题实验实践案例

3.1 专题实验项目名称及实验具体内容

实验改革的指导思想是：拓展已有实验系统的功能，通过系统训练培养学生的研究、创新素质、提升学生专业知识水平、训练组织协调能力、培养科学态度和团结协作精神。

基于上述的指导思想，经过反复论证后，我们利用学科已建成的国内独有或领先的半工业性实验研究系统，设计了7组科研成果转化专题实验。限于篇幅，本文仅就 “高硫煤脱硫降灰研究成果”转化中具有代表性的的一部分内容“粗颗粒煤炭重介旋流器半工业性分选实验研究”举例说明，详细见表1。“高硫煤脱硫降灰研究”是矿物加工工程学科研究的热点和难点，其中“粗颗粒煤炭重介旋流器分选设备和工艺”研究成果在我国选煤厂获得大面积推广和应用，曾获得国家科技进步二等奖。

表1 重介旋流器系统分选专题实验表

3.2 专题实验教学过程的组织

利用院内的矿业科学中心建成的“粗颗粒煤炭重介旋流器半工业性分选实验研究系统”上开展“粗颗粒煤炭重介旋流器半工业分选实验研究”专题实验项目，整个实验的组织、实施过程如下：

(1) 布置实验任务。明确实验目的、实验内容及要求；

(2) 进行安全教育。培养安全意识、保证实验过程的操作和设备运行安全；

(3) 介绍实验系统。让学生了解大倾角运输机、重介旋流器、脱介筛、介质桶、磁选机、渣浆泵、浓缩旋流器、密度测控系统等单机的工作原理及作用；介绍工业系统调试与运转的基本过程；绘制系统设备联系图，讨论、制定系统起停车流程，对系统组成及逻辑关系建立明确的认识，通过技术培训和集体讨论让学生熟悉整个实验系统；

(4) 定职、定岗。确定试验组长，由组长对组员做安全教育、分配任务、明确岗位职责；

(5) 单机调试及空载联动。让学生熟悉每台设备的基本操作、进一步明确与前后设备的工艺逻辑关系；操练系统起、停车逻辑关系；

(6) 清水试验及加介运转。检查过流设备、管道、阀门等状态；练习系统水平衡的调节；练习稳定运行操作和工况调整(介质密度、入料压力、喷水量等)；

(7) 带料分选及产品采样。以旋流器分选效果为例，由学生组织加入煤样、记录运行工况、产品采样计量等；

(8) 系统停车。清理、检查；

(9) 分选实验结束后产品化验分析及评价。进行产品筛分、浮沉、制样、化验及数据处理；绘制入料原煤可选性曲线及分配曲线，确定实际分选指标；

(10) 编制实验研究报告。通过该专题实验，完成粗颗粒煤炭重介分选系统调试运转报告。

3.3 专题实验实践效果分析

贯穿上述实验过程，对学生的动手能力、实验研究能力、解决实际问题的能力、工业过程组织管理的能力及团队协作精神等具有全面的锻炼，从学生的角度看，取得了比较好的效果。

(1) 提升了单元实验的功能与实际应用效果。在实验过程中，把以往独立的规范实验单元贯穿起来，形成有序的整体。如专题实验需要对入料分析、旋流器的分选效果、磁选机的磁选效果评价等，必然涉及旋流器、磁选机入料、产品性质的分析，包括采样、筛分、浮沉、制样、磁选、过滤、化验分析等多个单元实验的基本训练过程。使单元实验以解决实际问题为线索开展，从而揭示系统实际运行的效果，实验目的性强，进一步让学生明确了单元实验的功能与实际应用。

(2) 使所学专业知识系统化。单机调试丰富了学生的机电知识，可以加深学生对系统设备工作原理及结构的认识。同时对构成总系统的各个分系统(环节)的作用、实现方式及内在联系建立明确的认识，形成系统化的工艺概念。在充分认识实验系统的基础上，绘制系统工艺、流程图及设备联系图，从系统的内在规律出发，指导学生讨论、制定系统的起停车逻辑关系，通过这一系列的专业训练，使学生对所学的技术基础、专业基础及专业知识更加系统化，巩固和提升了学生专业知识水平。

(3) 使学生对工业生产过程有了比较全面认识。通过安全培训、技术培训、单机调试、空载联动、清水试验、加介运行、带料运转、生产检查与评价等过程，使学生有了相对比较完整的系统调试、运转训练。使学生对工业生产过程调试、运转的一般规律和组织过程有了比较全面的认识。有了这样的锻炼，学生无论是到生产企业还是设计单位，都能大大缩短见实习期，很快或直接进入角色。

(4) 锻炼了学生解决实际问题的能力。除开始的技术培训外，后续过程都是由指导老师技术指导，由学生独立组织完成。即确定一名学生担任组长，由其根据需要安排人员、布置任务、组织调度整个运转过程。每完成一次后，更换岗位。可以通过过程运转情况及效果评价比较各自的管理和操作水平。

实现过程的动态平衡是实现高效分选的重要条件。脱介、磁选、密度检测、入料压力、分流控制等任何一个环节出现问题，都会造成连锁反应、影响整个系统的稳定运行。因此要求学生(特别是当值负责人)必须密切关注系统的工况变化、分析原因、提出解决措施并及时调整，培养学生对实际生产运行过程中的问题诊断与及时解决问题的应变能力。

(5) 培养了学生科学态度和严谨学风。对入料、产品等的结果进行实验分析，是科学评价和指导后续生产的重要途径；采样过程的代表性、实验过程的准确度、实验数据处理的科学性等直接影响实验数据作为评价和决策依据的可靠度。要求学生对所涉及的采样、制样、化验等操作规范熟练掌握并正确操作，熟练掌握数据处理和分析的理论与技术，并客观的给出评价结论和建议。此过程既培养学生学习实验操作规范、练习基本实验技能、撰写研究报告等技术文件的能力，同时也培养其科学的工作态度和严谨的学术作风。

(6) 学生的责任心、团队协作意识得到锻炼。整个系统的稳定运行学生自己组织，分工协作。单个岗位的稳定运行是整个系统稳定运行的基础，哪一个岗位出现问题，都会影响整个系统的稳定运行导致实验失败，从而浪费人力物力和时间，因此，定岗、定责对培养学生的责任心具有积极的作用，同时也培养了学生共同完成既定任务的团队协作精神。

(7) 利用科研转化试验研究平台开展第二课堂活动。为拓宽学生知识面、培养学生动手能力和创新能力，我们利用科研转化试验研究平台，实施了“大学生科研训练计划”、“大学生创新训练计划”和导师制,大力开展本科生参与科研的第二课堂活动，鼓励学生做创造性的工作，为他们提供独立研究、独立动手所需要的时间和空间。充分调动学生自主学习的积极性，积极创造各种机会鼓励本科生参加科研训练，形成了学以致用，创新争先的观念和风气。近三年，学生申请获得的“大学生科研训练计划”、“大学生创新训练计划”项目27项，其中国家级4项、省级2项、校级21项；参与指导大学生科技训练计划的矿物加工专业教师达到27人次，参加科技训练计划的在校生达到208人。

3.4 专题实验存在的问题与建议

专题实验实施的效果虽然比较明显，但也存在以下几个值得注意和重视的问题：

(1) 由于是半工业系统，如同企业工业厂房，机电设备带电运行，钢平台、楼梯及栏杆等需小心谨慎，运行过程的人机安全等责任较大，前期必须进行系统、全面的检查；学生经验少安全意识差，实验全过程中始终必须重视安全工作。

(2) 由于涉及系统调试、运转、采、制、化等环节较多，特别是分析、化验占用的时间较多，因此实验学时需求较多，以重介旋流器分选系统为例，完成上述所有过程实际需要学时在25个学时左右；由于总学时限制及实验内容涉及的面较宽，应进一步提高实验效率、缩减学时、改善效果的探索。

(3) 由于系统较小及考虑实验周期、人机安全、实验效果等因素，每次实验的人数不宜太多，8～10人比较合适，即以选修或第二课堂的方式开课比较适宜。

(4) 实验指导人员必须对实验系统熟练掌握，并具有处理机、电、控制等问题的能力。

4 结 语

利用教师科研的转化成果、“211”工程和985工程矿物加工优势学科创新平台等学科建设，建立学科优势资源和前沿科研成果转化实验室研究平台，使其纳入本科生实践教育培养体系，为本科生开展系统性的专题试验和实施大学生科技训练计划，开展第二课堂活动，培养了学生利用实验手段科学评价运行效果、优化系统运行的科学态度和严谨学风，对工业生产过程的调试、运转的组织过程及规律有了比较明确的认识，使大学生所学知识更加系统化，丰富了学生的实践经验，提升了学生的专业知识水平，对学生动手能力、科学研究能力、组织管理能力、工程化素质、分析问题并解决问题的能力及团队协作意识的培养均具有非常积极的作用。近3年参加系统性的专题试验在校生达到450人，参加科技训练计划的在校生208人，获全国各类大赛奖励24项；获奖人次24人次。其中获得全国大学生数学建模竞赛国家一等奖3项、国家二等奖3项、国家三等奖1项、省级一等奖1项、省级二等奖3项、省级三等奖4项，取得了显著的成效。同时也拓展了高校“211”工程和985工程优势学科创新平台等学科建设资源在高素质本科人才培养中的作用。

[1] 乔海曙, 李远航. 大学生创新能力培养研究综述[J]. 大学教育科学，2008(1):20-23.

[2] 任建军，刘悦萍，杨爱珍,等. 以学生为主体的开放式实验教学探索与创新能力培养[J]. 产业与科技论坛，2014,13(11):124-125.

[3] 李国臣,耿彦峰,杨纪红. 立足实践教学环节 加强本科生创新能力培养[J]. 中国大学教育，2009(6):69-71.

[4] 张文桂, 陈曾川, 杨 平,等. 建设个性化实验室, 加强大学生创新精神和工程实践能力培养[J]. 实验技术与管理, 2008,25(5):1-4.

[5] 肖泽龙，王 静，胡泰洋,等. 军工特色专业实验建设思考[J]. 实验室研究与探索，2011,30(10):190-211.

[6] 宋世军. 建设个性化实验室的实践与成效[J]. 实验科学与技术,2011,9(2):162-163.

[7] 王志林, 李育佳, 徐培珍,等. 三层次开放实验室,培养学生创新能力[J]. 实验技术与管理, 2002,19(4):1-3,23.

[8] 杨明山. 高分子材料与工程多层次实验教学体系的实践[J]. 高等化工教育，2010(1):25-28.

[9] 王 武. 实验教学队伍内涵建设与提升教学质量的研究与探索[J]. 实验技术与管理, 2012,29(12):122-124,132.

[10] 于兵川,吴洪特,童金强. 科研成果转化为实验项目初探[J]. 实验室研究与探索，2009,28(1):133-135.

[11] 于兵川,吴洪特. 实验教学与科研有机结合 培养学生创新意识和能力[J]. 实验室研究与探索，2010,29(2):76-77,87.

[12] 傅绪成，王小艳，吴 菊. 科研项目( 成果) 转化为创新实践教学资源的探索[J]. 广州化工，2014,42(7): 173-175.

[13] 王润孝, 张学良, 吴丁毅. 教学与研究相长的长效机制建立之思考[J]. 中国大学教学，2012(10):71-73.

[14] 冯根生，冯 婷，杜春荣. 基于学科特点的研究型实验教学模式建设[J]. 实验技术与管理,2012,29(3):239-241.

[15] 刘海隆，刘 兵. 依靠科研提升大学生创新能力的探讨[J]. 兵团教育学院学报，2012,22(6): 29-31,43.

[16] 易昆南, 于菲菲. 在综合性、设计性实验中培养学生的创新能力[J]. 实验技术与管理, 2007,24(8):8-9,14.

Exploration and Practice of the Cultivation of Innovative Ability by Experiments of Transferring Scientific Research Achievements

XIEGuang-yuan,ZHANGWen-jun,PENGYao-li,LIYan-feng,CHENZeng-qiang,WULing

(School of Chemical Engineering and Technology, China University of Mining & Technology, Xuzhou 221116, China)

A specific laboratory system for transferring scientific research achievements of faculties to experiment teaching was built by using program construction funding from the national “211 Project” and “985 Innovation Platform for Advantageous Disciplines”. This laboratory system aimed not only to foster innovative capability, management ability, and the skills of analyzing and solving problems of undergraduate students, but also to enhance their engineering qualities, sense of responsibility and teamwork spirit. Special topic experiments were established in this system, through which undergraduate students could know the frontier and development trends of their program. The integration of experimental contents with solving practical problems improved their skills of analyzing problem and solving real-world problems. It also enhanced the functionality and practical application effectiveness of unit experiment. Students had a more systematic understanding of their acquired knowledge. In addition, such integration enriched students’ practical experience, and improved their hands-on ability and sense of organizational management and teamwork. The established laboratory system demonstrated an approach to transferring advantageous resources and scientific research achievements into practical teaching resources in program construction at universities. It also set an excellent example on how to effectively utilize the advantageous resources and scientific research achievements in undergraduate talent cultivation.

creative ability; mineral processing program; scientific research production; project experiments

2015-07-15

2012年教育部“矿物加工工程专业综合改革试点”建设项目，2014年中国矿业大学课程建设与教学改革立项(2014CG04)

谢广元(1962-)，男，江苏泰兴人，博士，教授，博士生导师，化工学院院长、江苏省教学名师、国家精品课程负责人、江苏省矿物加工品牌专业负责人，主要研究方向：洁净煤技术及微细物料高效分选技术研究。

Tel.：0516-83591056,13805205320; E-mail:xgywl@163.com

G 642.0

A

1006-7167(2015)12-0174-05