《選礦廠設計》課程教學改革與實踐

熊堃　左可勝　鄭貴山

【摘要】選礦廠設計是一門工程設計類課程，要求設計方案能夠體現國內外選礦廠的發展趨勢，但目前存在教學內容更新速度慢、設備配置中缺乏三維空間的立體展示、學生的系統化設計能力欠缺等問題。為提高選礦廠設計的教學效果，通過強化工程教育理念，引三維設計于課堂教學，注重講解理論結合生產實踐的案例，為選礦廠設計教學改革提出自己的思路。

【關鍵詞】礦物加工工程? 選礦廠設計? 教學改革? 三維設計

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）19-0228-02

前言

選礦廠設計是根據礦石特性，選礦實驗結果，國內外選礦生產實踐經驗及選礦技術發展趨勢，制定先進可靠的工藝流程，選擇高效節能的工藝設備，進行科學合理的廠房布置及設備配置，系統集成輔助設施及相關專業先進技術，并對綜合回收、節能降耗、環境保護、安全衛生等方面進行精心設計。《選礦廠設計》屬礦物加工工程專業的核心課程之一，開設在第七學期，與畢業設計主體工作時間前后交叉。該專業本科畢業設計中工程設計類題目都是圍繞大、中、小型金屬礦山選礦廠設計而制定的，畢業設計質量的好壞直接反映出學校現有的教育教學水平和長遠的人才培養規劃，同時，學生的工程實踐能力是用人單位較為注重的能力[1]。選礦廠設計課程的教學質量影響著礦物加工工程專業本科畢業生的專業水平，而教學質量的提高不僅依賴于教師的教學和學生的學習，還取決于對選礦廠設計課程的建設力度。本文結合選礦廠設計的發展趨勢，分析當前課程教學中存在的一些問題，研究課程的教學改革，提出選礦廠設計教學改革的新思路。

1.選礦廠設計的教學現狀

1.1 教學內容更新緩慢

傳統教學遵循課本，教學注重知識的傳授，以不變的課程知識來應對發展中礦物加工行業，不能緊跟國內外選礦廠設計的現狀和發展趨勢。根據礦產資源的貧細雜問題，建設現代化選礦廠是選礦廠設計面臨的新任務，即：設備能量低耗化，設備規格大型化，生產過程自動化和設計過程電腦化。選礦廠設計的教學中安排專題針對以上四個方面的發展趨勢進行詳細講解，但從畢業設計反饋回來的信息可以看出，設備大型化和生產過程自動化兩方面幾乎沒有在畢業設計中得到體現，而是采用傳統的方案進行選礦廠設計，設計內容陳舊，缺乏新穎性。如何結合國內外選礦廠設計的現狀和發展趨勢，將先進的裝備與技術，現代的設計理念，應用到選礦廠設計的課程設計和畢業設計中，使設計方案能夠緊跟時代要求，是工程設計類課程教學的任務之一。

1.2設備配置講解中缺乏三維空間展示

廠房設備配置是選礦廠設計教學中的重點內容之一，目前選礦廠設計教材中給出的設備配置圖都為CAD二維平面圖。與學生互動教學過程中發現，學生學習二維平面圖時感到抽象，缺乏空間想象能力，難以形成選礦廠整體空間的構形，學習興趣和熱情大大受挫。雖然學生在為期一個月的認識實習和生產實習中對現場實際的礦石性質、生產工藝流程、設備等有感性認識，但只限于對實習地點的選礦廠流程和配置比較熟悉。但是，選礦廠設計涵蓋內容較多，主要包括流程選擇、設備選擇、設備配置以及配置圖的繪制，其中設備配置的方案靈活多樣，學生很難將理論知識點與實際配置方案聯系起來，從而產生厭學情緒，影響學生對專業知識學習的主動性和積極性。導致他們在繪制廠房設備配置圖時出現模仿和照搬教材中配置方案的現象，選礦廠設計的作品缺乏創新性，難以用自己的觀點說明廠房設備配置圖中合理或不合理的理由。

將動態、直觀的三維造型技術滲透到選礦廠設計理論教學中，通過三維動畫設計，全方位立體展示選礦廠的工藝流程和設備配置，彌補學生整體化空間構思不足的短板，加強學生對選礦廠設計課程學習的積極性，是當前選礦廠設計教學改革的重要方向。

1.3 系統化的工程設計能力不足

以工程設計為主線的選礦廠設計涵蓋知識點多，包括設計準備工作、工藝流程的選擇和計算、設備的選擇和計算、廠房設備配置以及設備配置圖的繪制，它是以計算機制圖為基礎、礦物加工基礎課程為框架、選礦廠設計為主線、畢業設計為目標的設計課程，重心不在于知識點的傳授，而在于實踐中培養學生的空間想象能力、動手能力與設計創新能力。教學中發現隨著課程的不斷深入，學生能夠掌握單個知識點，但對于前后知識點的關系缺乏理解，呈現出只見樹木，不見森林的思維方式。他們能夠肯定的指出每種設備的優缺點，可是針對某一特定礦石應該采用哪種設備卻含糊不清，給出的理由不足以支撐其論點。糾其原因在于，目前選礦廠設計的教學體系側重于理論知識，缺乏工程設計能力的系統培養，來源于教材的生產實踐案例的數量有限，理論教學與實踐工程出現脫節。等到畢業設計任務下達，面臨需要設計一個選礦廠時，不知所措，照搬案例，最后才發現不合理的設計方案比比皆是。為此，教學過程要以某個知識點為支點做講解，擴散到整個知識面，將流程選擇、設備選擇和設備配置各知識點串聯起來，再結合生產實踐進行講解，是選礦廠設計教學改革的一個方向。

2.選礦廠設計的教學改革思路

2.1融工程教育理念于課程體系

工程設計是一個要求整體最優化的系統工程，它不同于常規的數學問題，是一個多目標的優化問題[2]。工程設計中不僅僅只有唯一正確的答案，往往要在各種互相矛盾的因素中作出判斷和選擇，要在允許的時間和空間范圍內選擇一個兼顧各方面要求的方案，滿足技術、經濟和環境保護等的要求。選礦廠設計教學過程中應引入多類別的典型工程設計方案，對各方案進行對比、分析、討論，強調正確的思維方式和設計方法。目前，選礦廠設計的教學內容主要是圍繞工藝流程計算、設備選型和設備配置三部分展開的，如何將其前后關聯是教學中需要思考的問題。通過實際工程設計方案的比較，相關知識串聯、前后呼應，使分散、零碎的知識點形成完整有機的一體，有利于學生對選礦廠設計內容的整體把握，不僅能突出工程設計的系統性、實用性，還能有效的將教學重點和難點進行剖析，強化學生對重點的掌握，對難點的理解。工程設計是圍繞工程項目注重培養學生分析和解決工程實踐問題的能力，注重工程系統的思維訓練;強化學生動手動腦訓練，鼓勵學生充分發揮想象力和創造力，展示學生的聰明才智;工程設計教學要與企業需求和行業規范接軌，縮短學生進企業后的磨合期。

2.2融三維設計于課堂教學

當今貫穿于現代化工程設計全過程的是產品的計算機三維模型，它標志著設計、生產進入了一個全新時代，緊跟國外形勢的發展，國內先進的工程設計也進入到“三維設計”時代[3]。二維設計阻礙了學生的形象思維和設計表達能力，不再適應選礦廠設計發展的需要，與平面圖形相比較，三維圖形學生意識中從平面到立體的建模過程，能夠清楚地顯示。教學中突出三維設計的地位與作用，用三維立體圖來展示選礦廠的廠房布置和設備配置，有利于提升學生的形象思維能力。用計算機三維實體造型來表達設計思維，這種新的教學體系與教學方式具有時代特征，學生學習本課程，不僅能掌握一種三維設計軟件的操作，更重要的是建立三維設計的思路，了解軟件操作的內涵，進而觸類旁通，對其他三維軟件的應用也能很快上手。選礦廠設計與三維立體設計融為一體的教學方法，有助于培養學生的現代設計意識，提升學生的核心競爭力。

課堂上傳授知識和技能的時間十分有限，因此在教學方法設計上，要鼓勵學生主動學習，采用案例教學法，而不是逐個命令、界面的介紹，加強學生的三維設計理念與基本技能訓練。學生通過本課程的學習，不僅能完成單個設備的三維設計，還能應用三維軟件進行廠房布置和設備配置，以動態的三維效果展示選礦廠設計的最終成果。在我國，計算機三維設計與工程制圖課程體系的教改也如火如荼，創建以設計為主線，以三維為核心的現代工程設計圖學的新教學體系[4]。這種新體系更適應當前工程設計發展的需要，有益于培養學生的空間思維能力，更好的滿足科技、社會發展和企業單位對畢業生的需要。

2.3注重理論結合實踐的案例教學

深入國內先進的選礦廠進行現場調研，拍攝大量的圖片和視頻資料，尤其是大量的現場生產視頻資料，加深學生對選礦廠設計的感性認識;同時，精選出典型的、有代表性的案例，在教學中將教材的知識點和國內先進的選礦工藝流程相關聯，將復雜的工程設計問題用具體生動的案例進行詮釋，促進學生充分、理性認識選礦廠設計中實際工程的復雜性，檢驗他們對基礎理論知識的理解，培養學生的實際應用能力。選礦廠設計是以流程的選擇和計算，設備的選擇和計算，以及設備配置為中心任務，是將理論知識轉化為實踐應用的一門課程，只用通過典型的選礦廠設計案例教學才能讓學生更好的掌握選礦廠設計的核心內容。

不斷完善課程理論教學—新技術及工程講座—實踐性教學課程體系，將理論教學與工程設計有機的結合在一起，解決理論與實踐脫節的現象。重視礦物加工專業基礎知識的同時，特別重視吸收國內外近年來礦物加工工程設計的最新研究成果和設計構思，將選礦廠的現場工藝流程和生產流程引入到教學內容，實現教學內容與實際工程設計的接軌。

3.結論

通過對礦物加工工程專業選礦廠設計課程的教學改革與實踐，促使教師要不斷學習，更新行業的新知識和新動態，準確把握國內外選礦廠設計的現狀和趨勢，提高教師隊伍的教學質量。課堂引入三維設計和生產實踐案例的講解，激發學生的學習熱情，提高學習質量。選礦廠設計課程改革以培養面向社會需求的礦物加工人才為目標，為教師和學生提供創新思維的平臺，不斷完善選礦廠設計課程的系統改革。

參考文獻：

[1]沈笑君，李明明，徐巖.礦物加工專業畢業設計改革的探索[J].煤炭技術，2008（4）：148-149.

[2]杜柳青，余永維，周康渠.以培養學生工程設計能力為目標的機械工程系列核心課程教學改革研究[J].教育教學論壇，2014（9）：42-43.

[3]劉先春，周慶華.三維模型在選礦廠設計中的應用[J].有色金屬設計，2009（1）：38-40.

[4]安延濤，宋衛衛，宋開峰等.以工程設計為主線的工程圖學教學改革研究[J].大學教育，2015（7）：140-141.