礦物加工工程本科教學實驗室建設與管理

邢寶林 程敢 張傳祥 房朝軍 張會菊 路陽

[摘 要] 以河南理工大學礦物加工工程專業(yè)為例，詳細闡述了專業(yè)實驗課程及具體實驗內(nèi)容，深入探討了專業(yè)實驗課程的改革與實踐措施，基本闡明了專業(yè)實驗課程改革實踐過程中存在的主要問題。近年來，通過對專業(yè)實驗課程的改革，豐富了實驗課程內(nèi)容，完善了現(xiàn)有的實踐教學及專業(yè)實驗課程設計，提高了學生的實踐創(chuàng)新能力、綜合素養(yǎng)和參與專業(yè)實踐的熱情，為培養(yǎng)高素質(zhì)應用型工程技術人才奠定了堅實的基礎。

[關鍵詞] 高校;實驗室;建設;管理

[基金項目] 2019年度河南省高等教育教學改革研究與實踐項目“基于立德樹人理念的《大學化學》課程思政教育教學改革探索與實踐”（2019SJGLX233）;2018年度河南理工大學研究生案例庫課程建設項目“碳材料工程”（2018YAL04）

[作者簡介] 邢寶林（1982—），男，湖北黃岡人，博士，教授，研究方向為礦物加工和資源綜合利用;程 敢（1985—），男，山西呂梁人，博士，副教授（通信作者），研究方向為礦物加工和潔凈煤技術。

[中圖分類號] G642.423? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）35-0382-04? ? [收稿日期] 2020-05-12

一、引言

實踐教學與理論教學密切相關、相輔相成，是高校本科教學的重要環(huán)節(jié)[1]，有助于學生實踐能力、創(chuàng)新能力、協(xié)作能力、安全意識培養(yǎng)[2]。礦物加工工程是實踐性很強的專業(yè)，除校外企業(yè)實習之外，實驗教學是本科實踐教學的重要手段[3-4]。實驗室的合理規(guī)劃及實驗教學的有效開展對促進學生綜合素質(zhì)提升，以及涉及工程知識、問題分析、開發(fā)解決方案、使用現(xiàn)代技術手段、團隊協(xié)作能力、職業(yè)規(guī)范、項目管理、終身學習等畢業(yè)要求能力的達成起著非常重要的作用。

河南理工大學礦物加工工程專業(yè)（方向）設立于1994年，是國家級特色專業(yè)、教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”試點專業(yè)、全國工程教育認證專業(yè)、校重點建設優(yōu)勢專業(yè)[5]。近年來，隨著國家和河南省“雙一流”建設的不斷推進，專業(yè)貫徹“以學生為中心、以成果為導向”的育人理念，不斷調(diào)整人才培養(yǎng)方案，優(yōu)化實驗教學體系，以期培養(yǎng)具備礦物加工基礎理論、專業(yè)知識與應用能力，能在工業(yè)生產(chǎn)第一線從事礦物加工工程領域內(nèi)的工藝設計、科技開發(fā)、應用研究、運行管理和經(jīng)營銷售等方面工作，具有較高的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力、團隊精神和專業(yè)技術能力的應用型工程技術人才。

二、礦物加工工程專業(yè)實驗教學過程中存在的問題

（一）實驗室安全是實驗教學工作順利開展的保障[6]。礦物加工實驗室擁有大型機械設備（如破碎機、磨機、泵等）、高溫設備（如馬弗爐、烘箱等）、化學藥品（部分有毒、腐蝕性強）等威脅學生實驗教學安全的設施和物品。其中，大型機械設備在使用和運行過程中，由于安全防護設施不完善容易發(fā)生機械傷人、斷電漏電等事故;高溫設備在操作不當時具有燒傷和燙傷風險;許多化學藥品具有易燃、易爆、易揮發(fā)、易腐蝕特性，若使用管理不慎，易發(fā)生中毒、失火、爆炸、腐蝕等事故。同時，部分貴重儀器設備實驗條件要求較高，且伴有高溫、高壓、強磁等危險環(huán)境，在實驗過程中稍有疏忽或操作不慎就會造成實驗儀器損壞、爆炸、腐蝕等事故[7]。此外，由于實驗過程中學生人數(shù)眾多，好奇心強，在進行實驗教學時隨意走動、注意力不集中，更易發(fā)生安全事故。

（二）地方高校實驗經(jīng)費緊張，造成實驗室面積不足、實驗設備欠缺、設備更新不及時、學生實驗教學時間不能保障等系列問題，導致學生動手操作意識不強、實驗環(huán)節(jié)培養(yǎng)欠缺，阻礙了學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維的發(fā)揮。部分實驗操作危險系數(shù)較高，學生難以直接獨立進行實驗操作，只能通過演示來進行實驗教學，達不到實驗教學預期效果。部分實驗無法將抽象的理論直觀化、形象化，致使學生無法完全透徹理解。另外，由于實驗教學人數(shù)較多，儀器設備需要經(jīng)常拆裝，完好率較差。

（三）受實驗教師教學考核、職稱晉升等因素的限制，實驗室專職教師人數(shù)不足，導致開設的實驗內(nèi)容陳舊單一，驗證性實驗偏多、綜合性實驗偏少，且不同課程的實驗存在重復現(xiàn)象，限制了實驗教學水平的提高。此外，由于實驗教學條件限制，學生實驗教學常采用分組制，導致學生個人考核困難。

二、采取的措施

（一）改革實驗教學管理體系，逐步完善復合型工科人才培養(yǎng)體系

學校十分重視本科實驗教學工作，不斷加大投入，確立了實驗室建設和實驗教學在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的重要地位，持續(xù)加強實驗教學的管理和改革。專門成立了實驗室建設與設備管理處，負責全校實驗室規(guī)章制度制定、安全教育與管理、實驗設備管理維護等工作。礦物加工工程系在學校、學院的指導下，堅定實驗教學質(zhì)量是工科專業(yè)發(fā)展生命線的理念，堅持以學生為本，以培養(yǎng)高素質(zhì)人才為目的，專門成立了由學科帶頭人、系主任、實驗室主任、企業(yè)導師等組成的實驗教學指導委員會，負責研究制定專業(yè)實驗教學及實驗室發(fā)展規(guī)劃;審定實驗教學計劃、教學大綱、實驗教材和管理條例;定期組織相關人員對實驗室進行檢查評估，并提出改進意見和措施。專業(yè)實驗教學指導委員會下設實驗督導小組，督導人員在事先不通知專業(yè)實驗任課老師和學生的情況下進入實驗室聽課，認真記錄實驗內(nèi)容，并填寫督導情況記錄表，專業(yè)實驗指導教師要根據(jù)提出的意見和建議進行整改和反饋。

（二）優(yōu)化實驗室布局和實驗教學內(nèi)容，不斷提高學生實踐能力

隨著我國創(chuàng)新型社會建設的不斷推進，對學生的創(chuàng)新能力要求越來越高。礦物加工工程專業(yè)在全國教育大會精神的指導下，以學校承擔的教育部首批“新工科”項目《基于“中國制造2025”行業(yè)高校新工科工程實踐教育創(chuàng)新體系與平臺構建》建設為先導，進一步轉變理念，把“新工科”教育教學的“新理念”“新結構”“新模式”“新質(zhì)量”和“新體系”具體落實到實驗教學體系建設中，以2018版培養(yǎng)方案修訂為契機，在人才培養(yǎng)、實驗目標、實驗項目結構、實驗教學內(nèi)容等方面進行了優(yōu)化。

礦物加工工程專業(yè)依托“礦產(chǎn)資源綠色高效開采與綜合利用”和“煤炭綠色轉化”河南省重點實驗室、“煤炭節(jié)能減排材料與技術”河南省工程實驗室、“礦物加工與礦用材料”河南省高校工程技術中心等多個省級科研平臺，以新建綜合實驗樓為基礎，逐步優(yōu)化專業(yè)實驗教學條件。目前，礦物加工系主要設置了破碎篩分制樣室、重選實驗室、浮選實驗室、磁選實驗室、固液分離實驗室、化學與生物選礦實驗室、煤基碳材料實驗室、礦物深加工實驗室、分析測試室、礦物加工仿真與模型實驗室、礦物加工實訓實驗室等多個功能分區(qū)的專業(yè)實驗教學實驗室，總面積約2500平方米，儀器設備總價值近1000萬元。根據(jù)優(yōu)化后的實驗教學規(guī)劃，礦物加工工程專業(yè)目前開設有煤化學實驗（20學時）、物理化學實驗（20學時）、破碎篩分實驗（4學時）、重力選礦實驗（20學時）、礦物材料加工技術實驗（8學時）、分析測試實驗（20學時）、金屬礦加工實驗（4學時）、非金屬礦加工實驗（4學時）、粉煤成型技術實驗（6學時）、礦物加工工藝參數(shù)檢測及設備自動化實驗（2學時）、磁電分選技術實驗（4學時）、浮游選礦實驗（10學時）、固液分離技術實驗（4學時）、礦物加工專業(yè)實驗（20學時）、稀土礦物加工實驗（4學時）、化學與生物選礦實驗（4學時）等，共計154學時。其他專業(yè)基礎實驗如無機與分析化學實驗（20學時）、有機化學實驗（10學時）、礦物巖石學實驗（20學時）、流體力學實驗（4學時）等利用校內(nèi)或院內(nèi)其他實驗室共享使用。

同時，科學規(guī)劃教學內(nèi)容，建立由基礎驗證型、綜合設計型和研究創(chuàng)新型等不同層次的實驗教學內(nèi)容體系，滿足不同類型、不同階段、不同興趣愛好學生的個性化學習需求。教學內(nèi)容結合實際，跟蹤學科前沿，更多地采用案例分析、課程項目等形式開展實驗教學。

（三）加大實驗安全管控措施，切實保證實驗教學安全

為了提高實驗室管理的系統(tǒng)性和科學性[8]，礦物加工系制定了一系列嚴格、詳盡、高效的實驗室管理制度，包括《實驗室專職人員分工細則》《實驗管理制度》《實驗室安全制度》《學生實驗守則》《實驗安全守則》《實驗儀器設備管理制度》《化學危險品存放及發(fā)放制度》等。通過嚴格執(zhí)行實驗室管理制度，可以有效提高實驗室專業(yè)教師的管理能力和學生的安全防范意識，保障儀器設備的正常工作和各類化學藥品的合理存放，消除實驗教學安全隱患[9-10]。同時，為減少實驗教學安全隱患，應對突發(fā)危險事故，學院每年組織《消防安全知識培訓》，定期對實驗室進行安全檢查，對實驗儀器設備進行維護排查，并專門制定《安全事故突發(fā)應急處理預案》。此外，在實驗室安裝門禁系統(tǒng)、監(jiān)控管理系統(tǒng)、智能排氣系統(tǒng)、火災自動報警控制系統(tǒng)等智能實驗室管理系統(tǒng)，通過完善智能硬件設施不斷提高實驗室安全管理水平。

針對大一年級新生，積極開學實驗室安全教育及實驗室現(xiàn)場參觀活動，及早培養(yǎng)學生實驗安全意識。礦物加工工程專業(yè)在培養(yǎng)方案中專門開設了學分1學分共16學時的《工業(yè)安全與環(huán)保概論》課程，通過對學生的安全教育，增強學生的安全意識，避免實驗教學危險的發(fā)生。學生真正進行實驗教學之前還會由實驗室負責人和指導教師進行安全教育，進一步強化安全意識，確保實驗教學安全。此外，河南理工大學大學生消防協(xié)會每年舉辦消防演習和安全知識競賽，讓實驗室安全意識更加深入學生心中。

（四）建設虛擬仿真實驗室，積極開展線上實驗教學

此次新冠肺炎疫情對學校的正常教學活動造成了一定影響，在此情況下，許多學校通過開展仿真實驗、云端實習來保障教學活動。礦物加工工程專業(yè)以疫情影響下的線上人才培養(yǎng)為契機，提出“開通線上實習通道、強化實習過程管理、培養(yǎng)新工科復合型人才”理念，充分利用遠程教育優(yōu)勢，結合礦物加工工程專業(yè)特點，通過“智能仿真模型實訓、企業(yè)導師線上課堂、生產(chǎn)現(xiàn)場實況直播、實習成果嚴格考核”等多種方式積極探索疫情影響下的礦物加工工程專業(yè)線上實習新模式。

下一步，礦物加工工程專業(yè)將加強虛擬仿真實驗室建設，為學生提供多元化的實踐學習途徑。仿真實驗室采用虛擬實驗儀器和化學藥品，一方面可以節(jié)約實驗教學經(jīng)費投入，另一方面可以消除實驗教學安全隱患。此外，仿真實驗室還具有學習時間自由、學習方式多樣等特點，可有效提高學生的實驗操作能力，達到熟悉實驗操作、掌握實驗步驟和要領的目的;避免了因操作不慎、設備老化或其他原因對人身安全造成威脅，提高了實驗安全系數(shù);可自由安排實驗時間，不再受實驗室條件的限制，解決了實驗室資源緊張的問題，保證了實驗教學有序進行;學生可通過電腦、手機、平板等各類終端進入仿真實驗室，借助虛擬實驗設計工具進行自主實驗學習，滿足不同層次學生的實驗需求[11]。專業(yè)開設的1.5學分的《礦物加工過程模擬與優(yōu)化》將優(yōu)先在此平臺上開展實驗。

（五）推行學業(yè)導師制與學習興趣小組制，不斷拓展多元化人才培養(yǎng)模式

為了拓寬學生的眼界和知識面、提高學生的動手操作能力和創(chuàng)新能力，專業(yè)長期堅持學業(yè)導師制，為每位學生在大一下學期配備學業(yè)導師，架起師生溝通橋梁，使得每位老師都結合自己的研究特色，做到日常管理、教育與專業(yè)知識傳授相結合，做學生的良師益友，培養(yǎng)“目標遠大、博學多思、拼搏進取、全面發(fā)展”的學生，增強專業(yè)凝聚力，提高育人質(zhì)量。另外，專業(yè)在學生中開展了興趣小組，為學生提供第二課堂活動。這種實踐活動，不僅能鼓勵學生學習，還能給學生提供獨立的研究空間。教師不斷調(diào)動學生自主學習的積極性，讓學生參與科研訓練，同時彌補了指導教師研究生數(shù)量不足的現(xiàn)狀。

（六）加強推進大學生開放實驗項目，努力提高實驗資源利用效率

大學生開放實驗項目對學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重要作用。學校專門開發(fā)了開放實驗項目管理系統(tǒng)，首先將《關于學生參加開放實驗的通知》等實驗室開放情況通知發(fā)布在相關網(wǎng)站，以學生預約和學生申請兩種方式開放專業(yè)實驗室，使學生有更多實驗的機會，充分發(fā)揮想象力和聰明才智，為學生個性發(fā)展創(chuàng)造條件，有利于培養(yǎng)學生科學思維能力和創(chuàng)新能力，提高學生獨立科學研究的能力。此外，學校每年根據(jù)學生申請情況，動態(tài)調(diào)整大學生開放實驗項目內(nèi)容和項目立項數(shù)量，努力提高現(xiàn)有實驗資源利用效率。通過專業(yè)實驗室的開放，給予了學生施展空間，增強了學生的學習積極性，顯著提高了學生主動運用專業(yè)知識解決問題的能力和工程實踐能力，為將來從事專業(yè)工作奠定了堅實基礎。

三、結語

礦物加工工程專業(yè)實驗教學通過不斷推進實驗教學改革，改善了實驗教學條件、優(yōu)化了實驗教學體系、培養(yǎng)了學生參與科研的興趣，切實提高了學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力。近年來，礦物加工工程專業(yè)學生在大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目、“創(chuàng)青春”全國大學生創(chuàng)業(yè)大賽、挑戰(zhàn)杯大學生課外學術科技作品競賽、全國大學生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽、全國高等學校礦物加工工程專業(yè)學生實踐作品大賽等比賽中屢獲佳績，此次實驗教學改革，為培養(yǎng)我國新工科背景下的復合型工程技術人才提供了有益的探索。

參考文獻

[1]呂綠洲，董穎博，林海.礦物生物工程實驗教學研究與探索[J].教育教學論壇，2018（7）：266-267.

[2]來雅文，湯肖丹，馬成有，等.一流學科背景下工科實驗教學體系的優(yōu)化-以勘查技術與工程專業(yè)為例[J].科教導刊（中旬刊），2019（11）：26-27.

[3]徐承焱，王培龍，寇玨，等.高校礦物加工工程專業(yè)實驗室的安全管理[J].中國教育技術裝備，2018（22）：131-133.

[4]于偉，劉莉君，李振.礦物加工工程“一體化、雙層次”實驗體系構建[J].榆林學院學報，2013（6）：85-87.

[5]程敢，張傳祥，曹新鑫，等.新形勢下礦業(yè)工程專業(yè)學位研究生培養(yǎng)的對策[J].教育現(xiàn)代化，2016（24）：11-13.

[6]黃坤，李彥啟.我國高校實驗室安全管理現(xiàn)狀分析與對策[J].實驗室研究與探索，2015（1）：280-283.

[7]牛渙雙，吉琳，劉濱.化學實驗室安全管理體系的構建[J].實驗室科學，2013（5）：180-183.

[8]葉秉良，汪進前，李五一，等.高校實驗室安全管理體系構建與實踐[J].實驗室研究與探索，2011（8）：419-422.

[9]康建新，郭麗杰.高校化學實驗室安全分析方法研究[J].實驗技術與管理，2014（12）：203-206

[10]祝淑芳，魯禮林，錢功明，等.高校礦物加工實驗室安全管理實踐[J].中國教育技術裝備，2016（16）：135-136，139.

[11]黃建忠，張滬寅，裴嘉欣 網(wǎng)絡安全虛擬仿真實驗教學體系設計[J].2016（10）：170-174.