基于卓越人才培养的矿物加工创新实验设计与实践

夏文成 谢广元 彭耀丽 沙杰

摘要：创新型人才的培养是卓越工程师人才培养的重点，而创新型人才培养就必须要对传统的培养模式进行改革，然而实验教学模式和方法的改革却并未能受到很好的重视。对于工科而言，实验教学对学生的学习、毕业工作、继续深造等具有深远的影响。针对矿物加工工程卓越工程师人才培养的目标和特色，进行实验教学改革，开展创新型实验的设计和实践，重点开展能够反映矿物加工基础理论知识培养与学习的实验单元，增进实验教学服务于学生专业基础理论知识学习的效果。

关键词：卓越计划;创新实验;矿物加工;基础理论

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）06-0244-02

引言：

卓越工程师计划是为促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才而设立的[1-3]。中国矿业大学矿业工程学科矿物加工工程专业结合本校专业的优势和特色，以及社会对该专业人才的需求分析，组织制定了《矿物加工工程专业2012版本科培养方案（卓越工程师计划）》（以下简称“卓越计划”），确定以“培养适应社会主义现代化建设需要的德、智、体、美全面发展，具有良好的思想品质与职业道德，具备较强的社会适应能力、工程实践能力、组织领导能力、创新创业能力和国际竞争能力，富有进取精神和人文精神的创新型高水平工程师人才”为目标[4]，对原有培养方案进行优化，尤其是对实践教学环节重点强化、优化，进一步科学规划课程体系，合理设置理论教学课时和工程实践课时，形成了符合卓越工程师培养需求，又有中国矿业大学矿物加工工程专业特色。

一、学校的实验教学现状及不足

教师积极推进科研成果向课堂教学和实验教学的转化。将专利、论文、著作、科技开发及重大研究项目等成果及时转化实验教学仪器、演示教学设备、综合性实验系统、教材、教学讲义、学生毕业设计及教学软件等。教师以科研项目和研究方向为依托，建立选矿新技术的试验研究系统，大力开发以科研为主的实验项目，促进了实验课程体系的改革。充分调动学生自主学习的积极性，强化训练学生的科研能力与创新能力。目前，本专业拥有高硫煤脱硫降灰试验研究装置与系统、跳汰分选与自动测控试验装置与系统、干法分选试验研究装置与系统、粗煤泥干扰床分选系统、柱式梯级柱分选系统等10余套创新实验平台。2014年度，受益的本科生人数达150多人。

虽然本专业拥有了一定的创新试验平台，但是很少涉及能够反映矿物加工基础理论知识的实验平台;已有的《矿物加工实验技术》教材中也很少涉及能够让学生切身感受矿物加工基础理论知识方面的实验，这对于本科生的创新能力培养存在着一定的局限性。

根据中国矿业大学现代仪器与分析计算中心资料，该中心现有大型高尖端分析测试仪器设备如下：透射电子显微镜（TEM），扫描电子显微镜（SEM），原子力显微镜（AFM），X射线光电子能谱（XPS），超导核磁共振谱仪（NMR），真空显微红外光谱（FT-TR），激光共焦拉曼（RAMAN），X射线衍射仪（XRD），X射线荧光光谱仪（XRF）以及高性能计算集群（HPC）。这些高尖端设备大都可用于矿物加工工程领域，如将这些高尖端设备与矿物加工卓越工程师人才培养的创新实验平台建设相结合，即可实现本科生的创新人才培养。

除此之外，本专业还有高速动态、激光粒度分析仪、Zeta电位测定仪、粘度仪、表面张力仪、润湿热测定仪等基础研究设备，通过这些基础研究设备，开展针对本科生的、能够反映矿物加工基础理论知识的创新实验，可强化本科生对矿物加工基础理论知识的领悟，增强本科生的研究热情，实现研究与教学的统一。

二、国外该专业的实验教学现状

国外高校对于矿物加工人才的培养，在教学、科研、人才培养等方面领先的国外高校主要有美国弗吉尼亚理工大学、加拿大阿尔伯塔大学、澳大利亚昆士兰大学、哈尔科夫矿业学院、莫斯科矿业学院等等。

国际一流的矿物加工工程专业学校均非常重视科学研究，以科研促进教学，所开设的实验课，包括传统的工程实践性质的实践教学，还包括能够反映学科基础理论知识的实验教学。强化本科生对高尖端分析测试仪器的使用，有利于学生对矿物加工基础理论知识的领悟;鼓励本科生自由探索与发现矿物加工基础理论知识，促进本科生的科研产出，强化创新人才培养。

本专业相比国外同类高校的实验平台建设，在矿物加工基础理论知识的训练和强化方面略显不足，而卓越工程师人才的培养除了重视工程实践能力的锻炼，还包括对矿物加工基础理论知识的领悟与强化。卓越工程师人才只有在掌握了专业的基础理论知识，才能够体现其创新人才特色和优势。通过对矿物加工基础理论实验平台的建设，可提升卓越工程师人才的矿物加工基础理论知识涵养，鼓励本科生自由探索与发现矿物加工的基础理论，有利于本科生的科研成果产出，培养本科生的科研兴趣，为卓越工程师人才的后续深造奠定基础。

三、创新实验设计与实践

针对卓越工程师人才的培养，本专业已经开展了“矿物加工试验研究方法-创新试验专题”，主要有细粒煤离心重力分选试验研究、变径液固流化床分选试验研究、细煤泥柱浮选试验研究、粗煤泥重介分选试验研究、粗煤泥TBS干扰床分选试验研究等创新专题试验，突破了传统试验研究专题单一的格局，效果良好。然而，这些创新试验却很少涉及能够反映矿物加工基础知识理论方面的实验。针对矿物加工卓越工程师培养计划要求，结合矿物加工专业基础课的内容，利用矿物加工教师所取得的专利、论文、著作、科技开发及重大研究项目等成果，重点选取和设计能够反映矿物加工基础理论知识的创新实验，考察相关创新实验的可行性，而后对创新实验平台进行建设，让卓越工程师班学生投入创新实验训练。

本文以矿物加工实验中的煤泥浮选为例，进行创新性的设计，既能够满足实践教学的目的，培养学生的动手操作能力，又能够加深学生对矿物加工基础知识的领悟。创新性试实验主要包括以下3个部分：

1.煤泥表面性质研究。传统的煤泥浮选实验并不涉及煤泥表面性质分析研究。本文设计的创新实验在此部分主要包括：采用高尖端分析测试仪器，对煤泥进行表面表征，读取煤泥表面物理化学性质。采用红外光谱和X射线光电子能谱对煤表面的化学官能团，分析疏水性基团（C-C、C=C、C-H等）和亲水性基团（C-O、C=O、COOH等）的含量，采用亲疏水性指数评价煤泥自身表面的疏水性能力。采用接触角、Zeta电位等分析煤粒表面润湿性和电位性质，预测和评价其在水中的亲水能力。采用扫描电镜分析煤粒表面形貌特征，帮助学生加深煤粒与气泡的碰撞、粘附和脱附过程。通过高尖端仪器设备对煤粒表面性质进行微观表征，加深学生对煤粒表面物理化学性质的了解，结合专业课《煤化学》、《有机化学》中所学知识，为学生在后续浮选实验过程中所观察到的现象进行理论解释。

2.煤泥浮选过程的理论探讨。煤泥浮选过程是一个复杂的物理化学过程。传统的煤泥浮选实验仅是让学生操作浮选实验，收集浮选精煤和尾煤，仅得到一个宏观的结论分析。本文所设计的创新实验在此部分主要包括：采用颗粒在线分析仪和高速显微观察煤粒与气泡碰撞、粘附和脱附的过程，从机理上阐释煤泥难浮或易浮的原因。充分结合浮选溶液化学基础理论知识，将机理分析与浮选结果相结合，引导学生结合《选矿学》中的基础知识，加深学生对矿物加工基础知识的领悟。

3.实验结果分析与讨论。传统的实验结果处理是让学生撰写实验报告并上交指导教师审阅，在老师审阅过程中，发现了问题也难以和学生进行有效沟通。创新实验的设计考虑到了这个不足。在创新实验中，在撰写报告之前，让学生进行口头汇报，指导教师点评。指导教师参与到实验结果的分析与讨论中，有助于学生对知识的掌握。

四、开展创新实验的意义

通过创新实验可将科研成果转化为矿物加工卓越工程师人才培养的创新实验平台，并能够反映矿物加工基础理论知识;实行开放实验平台管理，营造创新环境，强化本科生对所学矿物加工基础理论知识的领悟，并鼓励本科生在此基础上开展创新实验和活动。同时，为学生的实验过程配备导师，构建以学生为主导的“教师—平台—技术成果”三位一体的创新场景，为本科生的创新科研活动提供优越的条件。通过引导本科生参与和发现矿物加工基础理论知识，促进高水平科研成果产出，提升本科生的实验教学质量和创新性人才培养目标。

五、结语

通过创新实验设计与实践，改革教学模式，将高尖端仪器设备资源与矿物加工卓越工程师人才培养相衔接，强化本科生对所学矿物加工基础理论知识的领悟，并鼓励本科生在此基础上开展创新实验和活动，促进本科生高水平科研成果产出，提升本科生的实验教学质量。

参考文献：

[1]崔永鸿，王文和，韩松.高校安全工程专业实践教学体系研究——基于卓越工程师培养理念[J].科教文汇，2013（10）：49-50.

[2]周洁，段海霞，叶寅.“卓越工程师教育培养计划”背景下高校思想政治工作的思考与探索[J].教育教学论坛，2011，（9）：11-12.

[3]林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制[J].高等工程教育研究，2010，（4）：21-29.

[4]赵韩强，赵树凯.高等工程教育培养创新人才若干问题的探讨[J].中国电子教育，2006，（3）：12-16.