产学研结合应用于研究生课程的改革与实践

杜永胜 陈华 欧阳顺利 邓磊波

摘  要：为提高玻璃析晶科学、固体废弃物资源化利用技术等研究生课程的实际授课效果，本研究从企业实际生产出发，调研相关产品的各种性能要求及应用领域以及企业生产中面临的问题，通过调整玻璃析晶科学、固体废弃物资源化利用技术等课程教学内容，将理论内容与实际生产进行有效衔接。鼓励学生参与相关科学研究，加强实践动手能力及对理论知识的深入理解。

关键词：产学研结合;研究生课程;矿渣微晶玻璃

中图分类号：G642       文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2020）21-0129-03

Abstract： In order to improve the actual teaching effect of postgraduate courses such as glass crystallization science， solid waste resource utilization technology， etc.， this research starts from the actual production of the enterprise and investigates various performance requirements and application fields of related products and the problems faced by the enterprise in production. By adjusting the teaching content of glass crystallization science， solid waste resource utilization technology and other courses， the theoretical content and actual production are effectively connected， encouraging students to participate in relevant scientific research， strengthen practical hands-on ability and in-depth understanding of theoretical knowledge.

Keywords： combination of production， teaching and research; postgraduate courses; slag glass-ceramics

引言

作为内蒙古科技大学物理学一级学科硕士学位点的一个重要研究方向，固体废弃物资源综合利用依托白云鄂博共伴生矿废弃物资源综合利用国家地方联合工程研究中心，提出利用各类固体废弃物制备耐磨、耐腐蚀、耐高温特种微晶玻璃材料，并真正实现了微晶玻璃的实验室研究、中试生产以及企业大规模生产间的相互融合贯通，并实现了固体废弃物的清洁、高质及高效利用[1]。本研究方向的专业课程包括玻璃析晶科学、固体废弃物资源化利用技术等。然而，目前这些课程的教学方式还主要以教师课堂讲授为主，学生对于如何从实际出发，设计研发满足实际需要的矿渣微晶玻璃材料缺乏现场认识。这种教学方式使理论与实践脱节，尤其是对于应用性很强的本研究方向。因此，通过选取企业实际生产中遇到的具体问题，把课堂理论知识具体化，同时鼓励学生参与实际的科研开发工作，并将理论知识应用于实际生产中，从而实现产学研的有机结合，提高学生学习兴趣。

一、课程简介

（一）玻璃析晶科学

本课程要求学生掌握玻璃形成方法，理解各种氧化物在玻璃熔体中的作用，理解玻璃的类型及结构学说，掌握玻璃的生成规律及玻璃成分、结构和性能之间的关系，领会玻璃的生成规律。了解玻璃的密度、粘度、表面张力等参数。掌握玻璃的光学、力学、电学、热学、化学性质。掌握玻璃的熔制过程，了解玻璃溶质的影响因素，了解玻璃的熔窑类型，掌握玻璃熔制温度制度及玻璃熔制强制均匀方法。了解玻璃的分相，掌握分相机理，了解微晶玻璃的制备工艺方法，掌握玻璃析晶及析晶缺陷，熟悉微晶玻璃及其制备工艺。通过对本课程的学习，要求学生掌握玻璃析晶科学的基本概念、基本理论、基本方法，培养学生具有一定分析问题、解决问题的能力，为进一步深造、从事专业技术工作，扩大新知识和进行科学研究打下必要的基础。

（二）固体废弃物资源化利用技术

本课程的学习目的在于使学生掌握固体废物处理处置的基本概念及主要的工业固体废物的资源化技术。要求学生在牢固掌握固体废物处理处置基本概念的基础上，加深对固体废弃物资源综合利用的理解，理解常见工业固体废弃物资源综合利用技术。掌握固体废物处理和资源化利用技术的一般原理、方法和设备;从固体废弃物资源化综合利用的角度出发，学习、掌握利用固体废物制备矿渣微晶玻璃的技术和方法，熟练掌握矿渣微晶玻璃材料的制备工艺，如配方设计、成型技术、热处理工艺等基础上，能够熟悉相关实验仪器和设备的工作原理和使用方法。培养学生在固体废物污染控制及资源化领域中解决实际问题的能力。

二、产学研结合应用于课程情况

（一）产业化研发中遇到的问题

内蒙古科技大学依托白云鄂博共伴生矿废弃物资源综合利用国家地方联合工程研究中心，通过利用自主知识产权和自主创新能力进行生产建设，主要通过自行研制的添加剂，消化高炉渣、铬渣、金矿渣等各类冶金渣和粉煤灰、建材废料、煤矸石等各类大宗工业固体废弃物，先后经实验室研究、中试试验，成功采用熔铸工艺生产出晶粒尺寸70-200nm、抗折强度196MPa、压缩强度1341MPa、莫氏硬度9级、磨耗量0.04g/cm2的矿渣微晶玻璃系列产品，如图1所示[2]。由于其具有硬度高、机械强度大、耐腐蚀、耐磨损等优点，可作为电力、煤炭、化工、冶金、建材行业等防腐防磨设备内衬材料，其市场潜在价值极大。以尾矿或废渣为主要原料制备得到的矿渣微晶玻璃一方面消耗了大量的工业固体废弃物，其具有的优越力学特性又可作为建筑装饰或工业用新型结构材料，从而现实了固体废弃物的清洁、高值、高效利用[3-5]。产业化生产过程中，微晶玻璃产品有可能会出现各种缺陷，包括变形、炸裂、氣孔、裂纹、成分偏析、分层等。产生这些现象的因素可能与玻璃液粘度、熔料温度及熔料时间、加料方式、成型方式、配合料的成分等因素相关，对这些实际生产中遇到的问题的正确解决可极大地促进生产企业成品率的提高，带来明显的经济效益。

（二）产学研结合教学模式的实施方式

玻璃析晶科学、固体废弃物资源化利用技术等课程应用性背景极强，如能将理论内容与实际生产进行有效衔接，必然将极大地提高授课效果。就本研究方向的专业技术课程而言，从企业实际出发，了解产品开发所需材料的各种性能要求及应用领域，如应用于矿山及冶金等领域用作耐磨材料时对耐磨性能有极高要求、作为输送腐蚀性液体管道时对腐蚀特性有具体要求、作为绝缘材料应用时对介电特性有一定要求。企业提出所需材料的具体功能要求后，课堂教学中以此为例，探讨所需材料的结构、微观形貌的设计要求，然后提出设计路线、实验方法等，获得理论知识的综合提炼，最终带着设计方案进行研究与开发。此教学方法可将理论与实践统一起来，对于培养应用型技术人才及创新型科研人才具有重要的实践意义。例如，企业生产中如遇到微晶玻璃产品存在变形或炸裂问题，该如何解决？我们首先要求学生思考这些实际问题与玻璃析晶科学及固体废弃物资源化利用技术这两门课程间的关系，如何利用课程中的相关理论来进行解释，能否给企业提供具体的参数来避免微晶玻璃变形或炸裂的发生。由于是具体的实际问题，学生的学习积极性可以很快被调动起来，通过查阅相关资料发现变形或炸裂问题与微晶玻璃中玻璃相与晶相之间热膨胀系数的不匹配有关，实现对矿渣微晶玻璃结构、制备工艺和热膨胀系数可控是解决变形和炸裂的重要途径。学生对这些问题更深入的研究和讨论同时也加深了对玻璃析晶科学、固体废弃物资源化利用技术课程内容的掌握和理解。

再例如，实际生产中如果想制备高绝缘性的微晶玻璃材料，理论上需要从哪些方面入手？这一问题涉及的理论同样与这两门课程内容息息相关。首先，高绝缘性的微晶玻璃材料必须具有相对介电常数小、介电损耗低、热膨胀系数可调及化学稳定性好、力学性能优异等特点。学生通过查阅资料可知，MgO-Al2O3-SiO2（MAS）系微晶玻璃碱金属离子极低，具有优异的电学性能（如低介电损耗、高电阻率）。而且通过调整基础玻璃组分可制备出含有假蓝宝石、顽辉石、堇青石等晶相的性能优异的微晶玻璃。但利用固体废弃物制备高绝缘性的微晶玻璃材料时，由于尾矿中含有一定量的堿金属、碱土金属氧化物及氧化铁，这些氧化物的存在可能会降低样品的电阻率，从而恶化其绝缘性能。另外，绝缘性能也与析晶程度有关，当晶体缺陷增多时，由此产生的缺陷离子在电场作用下产生漏导电流。同时玻璃相含量增多使得杂质离子（Na+、K+、Ca2+等）能够在结构疏松的玻璃网络结构中快速迁移，从而降低绝缘性能。学生通过两门课程的学习，提出的解决方案是强化微晶玻璃的析晶，减少缺陷离子的产生。其次是将晶体形态由粒状晶转为枝状晶，减少晶界相降低杂质离子Na+、K+、Ca2+等的迁移通道。实验中发现当晶体形态由粒状晶转变为枝状晶时，微晶玻璃的体积电阻率呈现快速增加的趋势，这与理论分析的结果相一致。学生通过理论与实际相结合的教学模式的学习，可以很快进入学习状态并获得一定的学习成就感，提高学生学习兴趣。

三、产学研结合教学模式的研究意义

产学研结合的教学模式对提高教学效果有重要作用[6-8]。因为大学与企业合作实际上是实现各自的资源优势互补，产学研相结合的教学模式可将高校与企业优势融会贯通，有助于企业解决实际问题、有助于高校提高授课效果。因此，在课程教学过程中尝试进行“产学研”结合的教学模式有着重要的实际意义。需要注意，“产”是指企业生产中遇到的问题，“学”是根据“产”遇到的问题进行课堂教学内容的设计与提炼，“研”是鼓励学生就课堂理论知识进入实验室进行实验研究。但很多情况下，产学研结合的教学模式实施困难较大，校企间的合作质量直接决定了实施的效果。而常规的认识性实习或生产实习由于并不真正参与实际的生产性工作，因而无法满足理论与实际的有效结合。对于本研究方向而言，玻璃析晶科学、固体废弃物资源化利用技术等课程应用性背景极强，如能将理论内容与实际生产进行有效衔接，必然将极大地提高授课效果。固体废弃物资源综合利用研究方向实现了微晶玻璃的实验室研究、中试生产以及企业大规模生产间的相互融合贯通，具备了开展产学研结合应用于专业课程的必备条件，而玻璃析晶科学、固体废弃物资源化利用技术等课程应用性背景极强，将理论内容与实际生产进行有效衔接，必然将极大地提高授课效果，同时为企业生产提供一定的理论指导。

四、结束语

我们通过改变玻璃析晶科学、固体废弃物资源化利用技术等课程单一的教师授课方式，指导学生进行资料查阅以及现场参观，鼓励学生就课堂理论知识参与企业产品生产及开发工作，提高实践动手能力。选取企业实际生产中遇到的具体问题，把课堂理论知识具体化，让学生参与实际的科研开发工作。通过解决实际问题，加强学生实践动手能力及对理论知识的进一步理解。

参考文献：

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[3]杜永胜，张红霞，陈华，等.晶化温度对白云鄂博东尾矿微晶玻璃析晶及性能的影响[J].材料导报，2015，29：120-123.

[4]杜永胜，杨晓薇，张红霞，等.稀土La2O3对尾矿微晶玻璃显微结构和裂纹扩展行为的影响[J].材料研究学报，2018，32：97-104.

[5]Li B W， Du Y S， Zhang X F， et al. Effect of reducing agent on the crystallization characteristics and properties of Baiyunebo east mine tailing glass-ceramics[J]. J. Ceram. Process. Res.， 2014， 15：325-330.

[6]孙跃东，王张琦，罗尧成，等.产学研协同联合培养研究生的创新体系[J].学位与研究生教育，2013，8：29-33.

[7]张志红，潘紫微.全日制专业硕士：产学研合作培养模式的探索[J].高等工程教育研究，2011，4：132-136.

[8]高兴武，胡涌.北京市产学研联合培养研究生的现状、问题与对策[J].中国高教研究，2010，11：42-46.