肖賽君 趙卓 樊友其 韓召

摘 要 案例教學在工程技術專業(yè)教學中的應用越來越廣泛。對于冶金工程專業(yè)教學，結合冶金工藝案例開展教學活動有利于促進冶金工藝理論與生產實際的結合。本文首先對有色冶金與黑色冶金工藝共同特性進行分析研究，在此基礎上提出了案例庫建設的基本原則和方法，最后，總結了有效開展案例庫教學的三條基本原則。

關鍵詞 冶金工藝 案例庫 案例教學

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

Principles and Methods of Construction and Teaching

of Metallurgical Processes Case Database

XIAO Saijun， ZHAO Zhuo， FAN Youqi， HAN Zhao

（School of Metallurgical Engineering， Anhui University of Technology， Maanshan， Anhui 243002）

Abstract Case teaching is used more and more widely in Engineering Technology Teaching. For metallurgical engineering teaching， combined with metallurgical processes case to carry out teaching activities can promote the production of metallurgical processes theory and practical combination. This article first non-ferrous metallurgy and metallurgical processes common characteristic black analysis， on the basis of the basic principles and methods presented case base construction， finally， the establishment of three basic principles for effective teaching in the case base.

Key words metallurgical process; case database; case teaching

0 前言

案例教學法自1910年在美國哈佛大學法學院正式引入課堂教學以來，日益受到高等教育界的重視和歡迎。①上世紀八十年代開始，案例教學開始全面引入我國，主要用于法學、管理學等人文社會科學，散見于工程技術類專業(yè)教學。②近幾年，為解決工程技術專業(yè)教育中出現(xiàn)的新問題，案例教學法開始系統(tǒng)的引入工程技術類專業(yè)教學中。2007年麻省理工學院發(fā)起一項工科本科生教改項目：“Gordon工程領導力計劃”，③校友伯納德·戈登為這個項目捐贈了2000萬美元，使它成為麻省理工學院有史以來投入最大的一個本科生課程改革計劃。該計劃培養(yǎng)方案中一個最重要的思想就是在完成基礎課教學之后，專業(yè)課學習全部以案例和項目的形式展開。

我國工科類院校近幾年也開始重視案例教學在工程技術專業(yè)教學中的應用。④2010年，重慶科技學院出臺《實施案例教學提高課堂教學質量的暫行辦法》，重點建設與石油、冶金行業(yè)緊密結合的案例庫。⑤2011年下半年開始，北京科技大學冶金與生態(tài)工程學院開始嘗試建立鋼鐵冶金專業(yè)教學案例庫，該項目實施的一個特色是聘請鋼鐵企業(yè)技術人員來校進行案例教學。⑥雖然我國引入案例教學法時間較早，在國內也被越來越多的人所接受，并列入了各高校的教學改革計劃，但總體來說，當前國內的冶金工藝案例教學還處于一個起步階段，其中一個重要原因是對冶金工藝案例庫建設的原則和方法不明確，無法與現(xiàn)有專業(yè)教材中的工藝區(qū)別開來并進行有效的案例教學。案例教學過程也不是簡單地進行案例堆積講解，更多的是從各類案例中提取出共性的思想與方法，使得學生對冶金工藝有一個更好的把握。本文首先對冶金工藝的共性特點進行研究，在此基礎上提出了冶金工藝案例庫建設的基本原則與方法，最后，分析了如何有效進行案例庫教學。

1 冶金工藝共性分析

金屬礦產資源、金屬種類以及冶煉原理與方法的多樣性決定了冶金工藝的多樣性。傳統(tǒng)冶金工藝講解均是按照冶煉對象，即特定金屬來分類介紹，比如鋼鐵冶金學、鉛冶金學、鋁冶金學。針對某種特定的金屬產品，分別按照原料、產品、工藝、設備這四個方面進行講解。案例庫建設與教學不能簡單對各種產品冶煉工藝進行簡單的堆積和分類講解，必須考慮冶金工藝的共性特點，在弄懂每種金屬具體冶煉工藝的前提下，尋找工藝設計的原則與通用方法，使得學生了解冶金工藝設計的思想，在進行各類工藝的對比分析和綜合提煉時，可進一步提高學生對冶金工藝的宏觀認識，同時也有助于進行冶煉工藝創(chuàng)新。

冶金工藝共性可以從三個角度分析，即冶金工藝目標的共性，冶金工藝原理的共性與冶金工藝手段方法的共性。

1.1 冶金工藝目標的共性

任何金屬的冶煉工藝都是從礦石到金屬，這就決定了冶金工藝目標是存在總的共性的，即去除礦石中無用的脈石成分，將有用的金屬提取出來并進行必要的精煉。要完成這一總任務，必須依靠具有不同熱力學條件的單元工序來完成，比如鋼鐵冶煉過程長流程的工序組合是：原料處理（燒結，球團）—高爐煉鐵—轉爐煉鋼—爐外精煉。具體到每一個單元工序，也存在其目標，即實現(xiàn)生成相與相分離的兩個目標。每個單元工序都有其流入的原料與冶煉的產品，產品就是該工序的生成相，比如高爐冶煉鐵水單元工序，在實現(xiàn)了生成相鐵水的同時，還需要將生成相鐵水與其它相爐渣和煙氣分離開來。每個冶煉工序都有其自身的生成相與相分離工序。

1.2 冶金工藝原理的共性

冶金工藝以化學反應為主，同時為了實現(xiàn)化學反應過程還需要引入不同的物理手段，比如溫度、壓強、氣氛的控制等，這就注定不同冶煉工藝會擁有共同的原理。從現(xiàn)有的冶金工程專業(yè)教學安排可知，《物理化學》與《冶金傳輸原理》是冶金工藝所依賴的基本原理。在講解特定金屬冶煉工藝的時候，需要結合原理來講授工藝選擇的科學性，在進行案例教學時，可以從基本原理出發(fā)，講解該原理如何應用到各種冶煉工藝中。這樣可使學生進一步掌握如何應用原理進行工藝設計。

1.3 冶金工藝方法手段的共性

冶金工藝有共同的目標和原理，在方法手段的實現(xiàn)上，也有共性。冶金工藝方法手段一般分類是火法冶金、濕法冶金與電冶金。或者分成火法冶金與濕法冶金，將電冶金按照溫度的不同分別列入火法冶金與濕法冶金。另外，還有一種分類方法就是類比化工過程將冶金過程看成一連串單元操作和單元程序的協(xié)調配合，原料經此而轉換成產品。⑦不管何種分類方法，都可以認為冶金工藝的共性方法手段包括如下：浮選、過濾濃縮、造球、干燥、焙燒（氧化、還原、磁化和燒結等）、還原（固體碳還原、氣體還原、金屬熱還原、氣態(tài)還原、有機化合物還原等）、火法精煉（熔析、氧化、硫化、萃取、真空）、電沉積和電解精煉（水溶液電解、熔鹽電解、汞齊精煉等）;浸出（酸性浸出、堿性浸出、細菌浸出等）、凈化（水解、置換、化學沉淀、結晶、熔劑萃取、離子交換等）、揮發(fā)與蒸餾（升華、氧化揮發(fā)、氯化揮發(fā)、精餾、真空蒸餾、還原蒸餾、氣化沉積等）。對于以物理過程為主的單元操作，可以總結為，攪拌（機械攪拌、電磁攪拌和氣體攪拌），加熱（電熱和化學熱），減壓操作（常壓，減壓，真空），渣處理與合金化。對這些共性的冶煉方法可以專門進行講解，介紹其中的基本原理與實現(xiàn)方法。對冶金工藝手段的總結有助于學生掌握各種實現(xiàn)冶煉目標的手段，更有助于學生進行工藝創(chuàng)新設計。

2 冶金工藝案例庫建設的原則與方法

2.1 冶金工藝共性研究案例庫建設

不同冶煉工藝具有相同的冶金工藝的共性，即冶煉目標、基本原理與方法的共性。案例庫建設時，重點按照基本原理和基本方法來建設。具體方法如下：從基本原理角度建立案例庫，比如攪拌案例庫，可分別講解機械攪拌、氣體攪拌、電磁攪拌以及其它攪拌四大案例庫。再比如，溫度控制是火法冶金工藝控制的關鍵因素，可建立加熱案例庫，分別整理外加燃料加熱、自身化學反應加熱、電加熱等案例庫。

2.2 冶金工藝發(fā)展歷史案例庫建設

對于某種具體的冶煉工藝，我們常常講解現(xiàn)有的常用的經典方法，對于其發(fā)展歷史介紹很少。在案例庫建設中，必須重新整理各類金屬冶煉工藝的發(fā)展歷史，并進行對比分析，由此得出冶金工藝發(fā)展的基本原則、冶金落后工藝淘汰原因、未來新工藝發(fā)展的原則等。比如，煉鋼工藝中主要為轉爐和電弧爐煉鋼，而平爐工藝已經淘汰，在案例庫建設中，比如補充平爐冶煉工藝，并重點講解為什么轉爐工藝可以替代平爐工藝。

2.3 冶金工藝創(chuàng)新設計案例庫建設

冶金工藝一直在發(fā)展當中，結合現(xiàn)有技術難題以及科研課題來建設案例庫是十分重要的。只有引入新問題，將學生帶入進冶金工藝的前沿領域，才能真正啟發(fā)學生的興趣，調動學習積極性，同時也才能真正掌握基本原理與方法解決具體問題，打通理論教學與實際應用的隔閡。比如，對于錳系鐵合金的冶煉，考慮到我國現(xiàn)有氧化錳礦有將近60%需要進口，國內大量貧錳礦擱置沒有開采使用，可專門建立“低品位錳礦綜合利用案例庫”，在講解現(xiàn)有研究的基礎上，鼓勵學生提出自己的工藝路線。

3 冶金工藝案例庫教學的原則與方法

3.1 專人負責與專家講授原則

該課程必須由某位老師具體負責，但是講解過程可由該領域的專家來講解，專家不僅包括學校老師，同時還必須與企業(yè)技術人員結合起來，聘請他們來高校進行教學。專人負責可保證課程的統(tǒng)一性與協(xié)調性，專家講授可保證案例教學的質量。

3.2 網絡教學原則

可建立冶金工藝論壇網站，面向高校教師、企業(yè)技術人員和學生開放，把各類案例庫資源放在網絡上，有利于學生學習，同時也有利于教師和技術人員進行案例庫的完善。另外，教師、技術人員和學生可跨越時空進行各類技術問題的交流，打破身份限制，在虛擬空間互為老師，互做學生。

3.3 師生互動原則

現(xiàn)有冶煉工藝授課時多采用傳統(tǒng)的“傳道、授業(yè)、解惑”的講課模式，學生在大多數(shù)情況下處于被動接受的狀態(tài)，因此積級性不高，影響聽課效果。案例教學法，是從實際出發(fā)，通過一個具體教育情景的描述，引導學生通過閱讀、思考和分析而提出問題、分析問題，并通過師生間的相互討論和爭辯來解決問題，它可以把枯燥、抽象的理論變?yōu)樯鷦拥湫偷睦?，活躍課堂氣氛，把理論與實踐相結合，易懂易記、印象深刻，有利于提高教學效果。在師生的共同努力下使學生舉一反三、理論聯(lián)系實際、融會貫通、提高能力和水平。

4 結論

（1）各類金屬產品的冶煉工藝存在目標、原理與方法上的三條共性原則;（2）案例庫建設要從共性案例庫、工藝歷史案例庫與工藝創(chuàng)新案例庫三個角度建設;（3）案例庫教學需要專門開設課程進行，且需要專人負責與專家講授、網絡教學及師生互動三條原則，才能有效進行案例庫教學。

資助信息：安徽工業(yè)大學教學研究資助項目，項目編號：2014jg18

注釋

① 李德林.案例教學.青島出版社，2006.

② 梁周敏等.案例編寫與案例教學.河南人民出版社，2007.

③ http：//web.mit.edu/gordonelp/

④ 謝志江等.案例教學法在工科教學中的應用.高等工程教育研究，2003（5）：75-77.

⑤ http：//jw.cqust.cn/data/2010/1029/announcement_1173.html

⑥ http：//metall.ustb.edu.cn/articledetail.asp cateID=2&ID=1617.

⑦ 李士琦.冶金系統(tǒng)工程.北京：冶金工業(yè)出版社，1992.