新形势下“冶金原理”教学内容与手段革新的探讨_黄宇坤.pdf
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1、DOI:1019392/jcnki1671-7341202308045新形势下“冶金原理”教学内容与手段革新的探讨黄宇坤彭伟军黄 琴曹亦俊*郑州大学中原关键金属实验室河南郑州450001摘要:在新时代矿物资源品质、金属种类需求和产品纯度要求发生重大转变的背景下,冶金产业对高素质人才培养提出了新的要求。“冶金原理”作为核心课程,也应顺应时代的发展和需要,积极做出探索与改革。本文从冶金行业发展动态、教学过程中理论与具体金属冶炼技术的结合、传统热力学分析与现代计算软件的结合等方面探讨了课程改进方向。理论与具体技术应相互印证分析,提高学生利用理论知识解决实际问题的能力;传统热力学分析准则支撑专业软件的
2、应用,使学生知其然并知其所以然,在面临新的实际问题时,具备独立分析问题的能力。关键词:冶金原理;教学内容改革;计算软件应用;关键金属Discussion on the Innovation of Teaching Content andMeans of Metallurgical Principle under the New SituationHuang YukunPeng WeijunHuang QinCao Yijun*Zhongyuan Critical metals Laboratory,Zhengzhou UniversityHenanZhengzhou450001Abstract
3、:Under the background of the great change in mineral resource,metal type demand and product purity requirement inthe new era,the metallurgical industry has put forward new requirements for the training of high-quality talentsAs the core course,the principle of metallurgy should also conform to the d
4、evelopment and needs of The Times,and actively explore and reformThispaper discusses the direction of course improvement from the aspects of the development trend of metallurgical industry,the combi-nation of theory and specific metal smelting technology in the teaching process,and the combination o
5、f traditional thermodynamic a-nalysis and modern computing softwareTheory and specific technology should be verified and analyzed to improve students abilityto use theoretical knowledge to solve practical problems;Traditional thermodynamic analysis principles support the application ofprofessional s
6、oftware,so that students can know the why and why,and have the ability to analyze problems independently whenfacing new practical problemsKeywords:Principle of metallurgy;eform of teaching content;Application of computing software;Critical metals基础专业课程改革创新是推动工科一流本科课程建设良好发展的重要举措之一。为加强本科教育质量,教育部发布了 关于
7、一流本科课程建设的实施意见 等一系列重要文件,对工科本科生教育提出了新的要求和指导意见。“冶金原理”是冶金工程专业本科生重要的基础专业课程,是物理化学、有机化学等基础知识与冶金学等专业知识的重要衔接课程,也是本科生解决冶金相关技术问题、继续学习深造从事科学研究工作的重要理论基础1-2。随着科学技术的发展及社会的进步,一方面,金属产品的种类及纯度供应需求发生了重大转变。铁、铝等大宗金属的需求顶峰即将或已达顶峰,近年来提出的镓、铟、锗、钴、锂等战略关键小众金属的需求将持续快速增长,且将成为制约高新技术产业发展的重要原料。另外,经过多年发展,铁、铝、锌、铜等金属的冶炼理论与技术相对成熟,而小众的关键
8、金属冶炼理论和技术仍有较大挑战与机遇。另一方面,随着电子计算机及相关软件的快速发展,冶金学科专业软件的开发与应用也得到了长足发展。因此,在金属需求由大宗金属向小众关键金属转变及计算机科学快速发展的背景下,“冶金原理”课程内容也应与时俱进,合理完善“冶金原理”教学内容覆盖面和适应性,对提高本731科技风 2023 年 3 月创新教学科生教学质量具有重要意义3-4。一、冶金工程行业的发展现状传统意义上,冶金工程主要是从矿石原料中提取金属、获得合格金属锭或化合物的科学,主要以黑色金属和铝、锌、铜等有色金属为主体。经过近几十年的科研攻关与行业发展,钢铁、铝等主要大宗金属的冶金过程所涉及的原理及其工艺技
9、术体系取得了相当大的进步,已相对成熟。目前困扰行业发展的主要问题在于能耗的降低、生产效率的提升以及设备自动化控制的开发等,更多体现的是经济效益等非过程原理的问题。随着科学技术的发展,新能源、电子信息等领域的快速进步以及在社会生产、国防军工等方面的重要作用,铟、锗、钴、锂、锆、钽、铌等小众金属的需求量大幅度提升,逐渐引起世界范围内的广泛关注,被称为关键金属。在大宗金属需求量趋于饱和的背景下,金属供应重心必然向小众的功能性金属转变。然而,大宗金属由于矿物原料品位高、产品品质要求低,其冶炼过程大多采用“三高一强”的冶金过程;由于小众关键金属难以独立成矿,在矿物中大多以伴生形态赋存,品位较低,且功能化
10、材料对金属高纯品质具有很高的要求,其冶炼过程需要精细化富集、分离、提纯,采用现有大宗金属冶金的工艺过程难以获得理想的冶炼效果。在冶金原理和方法上,相比于大宗金属强反应体系与过程,更加注重微量金属元素的富集与金属元素间的分离,必须以强选择性为反应的主导思维。现有的“冶金原理”授课体系为更便于理解,主要以大宗金属冶金过程为实体,将物理化学知识扩展到冶金过程中来,较少涉及微量元素富集、分离原理方面的知识。因此,冶金工程面临的对象将转变为成分更为复杂的矿物原料,冶金产品要求杂质含量更低,由传统意义上的冶炼提取转变为更为困难的微量目标金属与宏量杂质的分离提取、主金属与痕量杂质元素的纯化分离过程。冶金对象
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