“双一流”背景下“冶金单元设计与操作”课程教学改革与思考

张文娟，马保中，王成彦

（北京科技大学 冶金与生态工程学院，北京 100083）

“双一流”建设是我国高等教育发展的必由之路，旨在提升我国高等教育的综合实力和国际竞争力［1-3］。该计划的目标是培养一批世界一流的大学和学科，并提高我国高等教育的整体水平。自2015年《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》发布以来［4］，全国各高校积极响应，致力于进入世界一流大学行列，并以建设高水平学科为出发点［5］。冶金工程专业是北京科技大学最具特色和优势的专业之一，于2022年入选第二轮“双一流”学科建设名单。“冶金单元设计与操作”是冶金工程专业的核心课程之一，是一门具有较强综合性和工程应用性的专业基础课程，其综合性体现在该课程以高等数学、物理化学、大学化学、传递过程原理等理论为基础，知识体系及内容涉及面广；工程应用性体现在其主要研究冶金生产实践中所遇到的各种单元操作技术和典型设备的构造及选型等工程实际问题，以为学生将来从事冶金工艺及科学技术开发打下坚实的基础［6-7］。不难看出，“冶金单元设计与操作”是一门兼具理论性与实践性的专业类课程。然而，该课程的教学内容一直沿用“化工原理”的教学内容，难以满足冶金工程专业的培养需求。为此，本文在分析“冶金单元设计与操作”课程现存问题的基础上，结合冶金工程专业特点对该课程的教学内容、方法和模式等方面的改革提出了一些设想。

一、现存问题分析

（一）课程内容沿用“化工原理”内容，且不能完全覆盖冶炼过程，致使教学内容和专业课程的设置严重脱节

单元操作的概念首先出现于化学工程领域，在20世纪二三十年代，化工界已认识到在许多不同的工业过程中有着共同的操作步骤，其中以物理过程为主的被称为单元操作，单元操作的认识与研究在历史上对化工和其他工业的发展具有积极的推动作用。现代冶金很多单元过程和化工单元过程密不可分又不尽相同，反应过程均包含物理过程和化学反应过程。目前，国内各大院校的冶金专业均已开设“冶金单元设计与操作”或相近的必修课程，所讲授的内容均基于“化工原理”。尽管冶金过程与化工过程有许多相近之处，但现有的“化工原理”内容并不能完全覆盖冶炼过程，且有很多单元操作体系并未应用于冶金过程中，教学内容和专业课程的设置存在严重脱节，对于冶金单元操作领域的理论、工艺、技术发展现状，教学内容严重滞后且不够完善。

（二）理论教学过于偏重专业知识的培养

在高等教育领域，专业知识培养是至关重要的一环。而专业知识传授需要结合实际应用，才能够真正地发挥作用。在冶金工程专业中，理论教学过于偏重专业知识培养，不仅会导致学生无法联系冶金专业所学，而且会使学生难以将所学的理论知识应用于实际情况中。“冶金单元设计与操作”课程内容均基于“化工原理”，而“化工原理”内容偏重于理论知识传授，如专业设备的尺寸计算、设备构成及作用原理［8］，忽略了相关过程的冶金专业知识和运用，使学生无法联系冶金专业所学，仅将其看作是一门与化学、机械工程类似的注重理论计算的学科。

（三）实践教学内容缺乏且相对独立

如前所述，“冶金单元设计与操作”课程是一门具有较强工程应用性的课程，而现有课程内容设置对工程实践方面培养不足，不够重视学生在工程实践中触类旁通的培养，且高水平的科研成果与教学内容脱节。

二、课程内容模块化与开放式教学设想

基于上述问题，为兼顾研究型与工程型冶金人才培养的需求，结合北京科技大学的特色与优势，笔者从课程改革和建设方面提出了一些设想：一是针对冶金工程人才培养的特点，在有限的课时内选择更有针对性的冶金单元操作过程进行重点教学，以促使学生掌握实际操作技能，提高实践能力，从而更好地适应未来的工作需求；二是从解决工程问题的实用性出发，越过复杂的抽象原理，使学生掌握更具工程应用价值的设计相关基础知识，能更好地理解实际工作中所遇到的问题；三是突出技术和工程问题以及科研创新成果的应用，并将其与课程内容相融合，以培养学生分析问题和解决问题的能力，使学生具备更好的创新意识和解决实际问题的能力。

（一）在教学内容上，充分结合冶金过程操作

为了更好地培养学生的实际操作能力和解决问题的能力，可以在教学过程中充分结合冶金过程操作，包括液体输送、混合与搅拌、固液分离、萃取与离子交换、蒸发结晶、干燥、流态化等。这些操作在冶金工艺中至关重要，了解这些操作的原理和实践能力对于学生日后从事冶金行业相关工作有着极大的帮助。另外，增加一些冶金专业的案例和实例，帮助学生更好地理解和应用所学的理论知识。通过将冶金专业知识和化工原理相结合，学生可以更好地掌握课程内容，并了解如何将其应用于实际工作中。除此之外，还应结合专业领域在新技术方法上的最新进展、发展趋势及其在冶金相关工艺过程中的应用，如自动化控制、计算机辅助设计、人工智能等。了解这些新技术的应用及其前景，可以开阔学生的视野，帮助学生更好地理解和掌握冶金工艺中的原理和操作，为学生日后在冶金行业相关工作中做好技术创新打下基础，为学生的职业生涯发展提供强有力的支持。宜考虑增加一些冶金专业的案例和实例，帮助学生更好地理解和应用所学的理论知识。通过将冶金专业知识和化工原理相结合，学生可以更好地掌握课程内容，并了解将其应用于实际工作中的途径。最后，为了加强高水平科研成果与教学内容之间的联系，可以增加科研成果的引入和应用，还可以将最新的科研成果和技术应用到课程设计及实验教学内容中，激发学生的创新意识和科研能力，提高学生对于实践和理论关系的理解。同时，可以鼓励学生积极参与科研项目，提高其对于科研领域的认知和深度掌握相关知识技能［9］。

（二）在教学方法上，开展充分的课堂实践

在教学方法上，要体现“冶金单元设计与操作”课程中的设计与操作，以有色金属冶金典型工艺流程为实践对象，利用仿真动画、现场视频、实验室操作等，让学生更直观地了解冶金单元设计与操作的实际过程。通过这些实践形式，学生可以掌握更具体、更实用的技能，提高自己的实际操作能力，也可以深入了解冶金工艺流程的整体架构和各个环节之间的关联。在实践过程中，可以将学生分组，让他们根据给定的冶金过程，选定合适的冶金单元操作，并对主要冶金单元的设计及说明进行成果展示。这种方式可以有效地激发学生的积极性和创造性，也可以让学生更深入地了解冶金工艺流程中各个单元之间的关系和协调性。为了更好地促进课本知识的理解和运用，可以将实践过程和理论课程相结合，通过实践案例的分析和讨论，引导学生理解课本知识的实际应用情况和具体操作方法，以帮助学生更深入地理解理论知识和实际操作之间的联系，让他们更好地掌握基本的设计能力和问题解决能力。

除了上述措施之外，可以邀请一些行业专家或工程师分享实践经验，以帮助学生更好地理解理论知识和实践应用之间的联系。通过这些措施的实施，有助于帮助学生更好地掌握课程内容，并将所学知识应用于实际工作中，以适应未来的工作环境和挑战。

（三）在教学模式上，构建混合式教学

随着信息技术的迅速发展，网络教学平台已经成为现代教育不可或缺的组成部分［10-12］。通过深度融合网络教学平台和传统教学模式的优点，构建更加综合和实用的混合教学模式，从而提高学生的学习效果。具体而言，可以采用问题式、研讨式和实践式教学模式教授课程，以激发学生的学习兴趣，提高他们的学习效率。在网络平台上，可以建立讨论小组和结果反馈机制，通过学生之间的互动和教师的引导，帮助学生更好地掌握知识，并锻炼解决问题的能力，也便于教师更好地了解学生的掌握情况。在这样的教学模式下，学生将有机会更深入地了解知识，并在实践中更好地掌握和应用。通过实际的实践活动，学生可以将所学知识与实际情况相结合，从而更好地掌握和应用这些知识。同时，教学可以更加贴近实际，让学生更好地理解理论知识与实际应用之间的联系。通过这样的混合教学模式，高校教育可以更好地实现革新，培养出更具创造力和实践能力的人才。

（四）在教学考核上，开展多元评价方式

为了提高学生的培养质量和自主学习能力，在教学考核上采用多元评价方式，以代替传统的“考试成绩定终身”。而现有的方式也主要是通过加大平时考核成绩在课程总成绩中的权重来鼓励学生在平时更加努力学习。对于“冶金单元设计与操作”这门实践性强的课程，其考核应该将多元化评价贯穿整个学习过程，包括课堂表现评价：通过观察学生在课堂上的表现、回答问题的能力、参与讨论的程度等评价学生的课堂表现；作业评价：通过学生完成作业的质量、准确度、完成时间等评价学生的学习情况；小组讨论评价：通过小组任务的完成情况、质量、团队合作情况等评价学生的综合能力和团队合作精神；课程评价问卷：通过向学生发放课程评价问卷，了解学生对课程教学质量、内容、方式的评价和建议，以帮助教师改进教学；学习成果展示评价：通过学生的学习成果展示（如设计成果展示）评价学生的学习成果和创造力。基于以上多元化评价方式，教师可以从不同角度评价学生的学习情况，帮助他们更好地提升学习效果。

结语

本文在“双一流”学科建设背景下，针对冶金工程专业核心课程“冶金单元设计与操作”现存问题，从解决工程问题的实用性出发，结合冶金过程的典型工艺流程及经典单元进行教学内容优化，提高了“冶金单元设计与操作”课程内容的针对性。在教学方法上，以冶金过程中的实际工程问题为导向，紧密结合学科的发展动态，以案例分析为基础，融合教学内容及工程实践；以网络教学平台为辅助，优化教学模式，以期促进课程改革和健康发展；采用多元化评价体系，提高学生培养质量和自主学习能力。通过这些改革措施，可以更好地促进“冶金单元设计与操作”课程的改革和发展，为培养具有高水平实践能力的冶金工程人才打下坚实的基础。