矿物加工工程本科教学实验室建设与管理

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　　[摘 要] 以河南理工大学矿物加工工程专业为例，详细阐述了专业实验课程及具体实验内容，深入探讨了专业实验课程的改革与实践措施，基本阐明了专业实验课程改革实践过程中存在的主要问题。近年来，通过对专业实验课程的改革，丰富了实验课程内容，完善了现有的实践教学及专业实验课程设计，提高了学生的实践创新能力、综合素养和参与专业实践的热情，为培养高素质应用型工程技术人才奠定了坚实的基础。
　　[关键词] 高校;实验室;建设;管理
　　[基金项目] 2019年度河南省高等教育教学改革研究与实践项目“基于立德树人理念的《大学化学》课程思政教育教学改革探索与实践”（2019SJGLX233）;2018年度河南理工大学研究生案例库课程建设项目“碳材料工程”（2018YAL04）
　　[作者简介] 邢宝林（1982—），男，湖北黄冈人，博士，教授，研究方向为矿物加工和资源综合利用;程 敢（1985—），男，山西吕梁人，博士，副教授（通信作者），研究方向为矿物加工和洁净煤技术。
　　[中图分类号] G642.423    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）35-0382-04    [收稿日期] 2020-05-12
　　 一、引言
　　实践教学与理论教学密切相关、相辅相成，是高校本科教学的重要环节[1]，有助于学生实践能力、创新能力、协作能力、安全意识培养[2]。矿物加工工程是实践性很强的专业，除校外企业实习之外，实验教学是本科实践教学的重要手段[3-4]。实验室的合理规划及实验教学的有效开展对促进学生综合素质提升，以及涉及工程知识、问题分析、开发解决方案、使用现代技术手段、团队协作能力、职业规范、项目管理、终身学习等毕业要求能力的达成起着非常重要的作用。
　　河南理工大学矿物加工工程专业（方向）设立于1994年，是国家级特色专业、教育部“卓越工程师教育培养计划”试点专业、全国工程教育认证专业、校重点建设优势专业[5]。近年来，随着国家和河南省“双一流”建设的不断推进，专业贯彻“以学生为中心、以成果为导向”的育人理念，不断调整人才培养方案，优化实验教学体系，以期培养具备矿物加工基础理论、专业知识与应用能力，能在工业生产第一线从事矿物加工工程领域内的工艺设计、科技开发、应用研究、运行管理和经营销售等方面工作，具有较高的综合素质、创新能力、团队精神和专业技术能力的应用型工程技术人才。
　　二、矿物加工工程专业实验教学过程中存在的问题
　　（一）实验室安全是实验教学工作顺利开展的保障[6]。矿物加工实验室拥有大型机械设备（如破碎机、磨机、泵等）、高温设备（如马弗炉、烘箱等）、化学药品（部分有毒、腐蚀性强）等威胁学生实验教学安全的设施和物品。其中，大型机械设备在使用和运行过程中，由于安全防护设施不完善容易发生机械伤人、断电漏电等事故;高温设备在操作不当时具有烧伤和烫伤风险;许多化学药品具有易燃、易爆、易挥发、易腐蚀特性，若使用管理不慎，易发生中毒、失火、爆炸、腐蚀等事故。同时，部分贵重仪器设备实验条件要求较高，且伴有高温、高压、强磁等危险环境，在实验过程中稍有疏忽或操作不慎就会造成实验仪器损坏、爆炸、腐蚀等事故[7]。此外，由于实验过程中学生人数众多，好奇心强，在进行实验教学时随意走动、注意力不集中，更易发生安全事故。
　　（二）地方高校实验经费紧张，造成实验室面积不足、实验设备欠缺、设备更新不及时、学生实验教学时间不能保障等系列问题，导致学生动手操作意识不强、实验环节培养欠缺，阻碍了学生创新意识和创新思维的发挥。部分实验操作危险系数较高，学生难以直接独立进行实验操作，只能通过演示来进行实验教学，达不到实验教学预期效果。部分实验无法将抽象的理论直观化、形象化，致使学生无法完全透彻理解。另外，由于实验教学人数较多，仪器设备需要经常拆装，完好率较差。
　　（三）受实验教师教学考核、职称晋升等因素的限制，实验室专职教师人数不足，导致开设的实验内容陈旧单一，验证性实验偏多、综合性实验偏少，且不同课程的实验存在重复现象，限制了实验教学水平的提高。此外，由于实验教学条件限制，学生实验教学常采用分组制，导致学生个人考核困难。
　　二、采取的措施
　　（一）改革实验教学管理体系，逐步完善复合型工科人才培养体系
　　学校十分重视本科实验教学工作，不断加大投入，确立了实验室建设和实验教学在创新人才培养中的重要地位，持续加强实验教学的管理和改革。专门成立了实验室建设与设备管理处，负责全校实验室规章制度制定、安全教育与管理、实验设备管理维护等工作。矿物加工工程系在学校、学院的指导下，坚定实验教学质量是工科专业发展生命线的理念，坚持以学生为本，以培养高素质人才为目的，专门成立了由学科带头人、系主任、实验室主任、企业导师等组成的实验教学指导委员会，负责研究制定专业实验教学及实验室发展规划;审定实验教学计划、教学大纲、实验教材和管理条例;定期组织相关人员对实验室进行检查评估，并提出改进意见和措施。专业实验教学指导委员会下设实验督导小组，督导人员在事先不通知专业实验任课老师和学生的情况下进入实验室听课，认真记录实验内容，并填写督导情况记录表，专业实验指导教师要根据提出的意见和建议进行整改和反馈。
　　（二）优化实验室布局和实验教学内容，不断提高学生实践能力
　　随着我国创新型社会建设的不断推进，对学生的创新能力要求越来越高。矿物加工工程专业在全国教育大会精神的指导下，以学校承担的教育部首批“新工科”项目《基于“中国制造2025”行业高校新工科工程实践教育创新体系与平台构建》建设为先导，进一步转变理念，把“新工科”教育教学的“新理念”“新結构”“新模式”“新质量”和“新体系”具体落实到实验教学体系建设中，以2018版培养方案修订为契机，在人才培养、实验目标、实验项目结构、实验教学内容等方面进行了优化。 　　矿物加工工程专业依托“矿产资源绿色高效开采与综合利用”和“煤炭绿色转化”河南省重点实验室、“煤炭节能减排材料与技术”河南省工程实验室、“矿物加工与矿用材料”河南省高校工程技术中心等多个省级科研平台，以新建综合实验楼为基础，逐步优化专业实验教学条件。目前，矿物加工系主要设置了破碎筛分制样室、重选实验室、浮选实验室、磁选实验室、固液分离实验室、化学与生物选矿实验室、煤基碳材料实验室、矿物深加工实验室、分析测试室、矿物加工仿真与模型实验室、矿物加工实训实验室等多个功能分区的专业实验教学实验室，总面积约2500平方米，仪器设备总价值近1000万元。根据优化后的实验教学规划，矿物加工工程专业目前开设有煤化学实验（20学时）、物理化学实验（20学时）、破碎筛分实验（4学时）、重力选矿实验（20学时）、矿物材料加工技术实验（8学时）、分析测试实验（20学时）、金属矿加工实验（4学时）、非金属矿加工实验（4学时）、粉煤成型技术实验（6学时）、矿物加工工艺参数检测及设备自动化实验（2学时）、磁电分选技术实验（4学时）、浮游选矿实验（10学时）、固液分离技术实验（4学时）、矿物加工专业实验（20学时）、稀土矿物加工实验（4学时）、化学与生物选矿实验（4学时）等，共计154学时。其他专业基础实验如无机与分析化学实验（20学时）、有机化学实验（10学时）、矿物岩石学实验（20学时）、流体力学实验（4学时）等利用校内或院内其他实验室共享使用。
　　同时，科学规划教学内容，建立由基础验证型、综合设计型和研究创新型等不同层次的实验教学内容体系，满足不同类型、不同阶段、不同兴趣爱好学生的个性化学习需求。教学内容结合实际，跟踪学科前沿，更多地采用案例分析、课程项目等形式开展实验教学。
　　（三）加大实验安全管控措施，切实保证实验教学安全
　　为了提高实验室管理的系统性和科学性[8]，矿物加工系制定了一系列严格、详尽、高效的实验室管理制度，包括《实验室专职人员分工细则》《实验管理制度》《实验室安全制度》《学生实验守则》《实验安全守则》《实验仪器设备管理制度》《化学危险品存放及发放制度》等。通过严格执行实验室管理制度，可以有效提高实验室专业教师的管理能力和学生的安全防范意识，保障仪器设备的正常工作和各类化学药品的合理存放，消除实验教学安全隐患[9-10]。同时，为减少实验教学安全隐患，应对突发危险事故，学院每年组织《消防安全知识培训》，定期对实验室进行安全检查，对实验仪器设备进行维护排查，并专门制定《安全事故突发应急处理预案》。此外，在实验室安装门禁系统、监控管理系统、智能排气系统、火灾自动报警控制系统等智能实验室管理系统，通过完善智能硬件设施不断提高实验室安全管理水平。
　　针对大一年级新生，积极开学实验室安全教育及实验室现场参观活动，及早培养学生实验安全意识。矿物加工工程专业在培养方案中专门开设了学分1学分共16学时的《工业安全与环保概论》课程，通过对学生的安全教育，增强学生的安全意识，避免实验教学危险的发生。学生真正进行实验教学之前还会由实验室负责人和指导教师进行安全教育，进一步强化安全意识，确保实验教学安全。此外，河南理工大学大学生消防协会每年举办消防演习和安全知识竞赛，让实验室安全意识更加深入学生心中。
　　（四）建设虚拟仿真实验室，积极开展线上实验教学
　　此次新冠肺炎疫情对学校的正常教学活动造成了一定影响，在此情况下，许多学校通过开展仿真实验、云端实习来保障教学活动。矿物加工工程专业以疫情影响下的线上人才培养为契机，提出“开通线上实习通道、强化实习过程管理、培养新工科复合型人才”理念，充分利用远程教育优势，结合矿物加工工程专业特点，通过“智能仿真模型实训、企业导师线上课堂、生产现场实况直播、实习成果严格考核”等多种方式积极探索疫情影响下的矿物加工工程专业线上实习新模式。
　　下一步，矿物加工工程专业将加强虚拟仿真实验室建设，为学生提供多元化的实践学习途径。仿真实验室采用虚拟实验仪器和化学药品，一方面可以节约实验教学经费投入，另一方面可以消除实验教学安全隐患。此外，仿真实验室还具有学习时间自由、学习方式多样等特点，可有效提高学生的实验操作能力，达到熟悉实验操作、掌握实验步骤和要领的目的;避免了因操作不慎、设备老化或其他原因对人身安全造成威胁，提高了实验安全系数;可自由安排实验时间，不再受实验室条件的限制，解决了实验室资源紧张的问题，保证了实验教学有序进行;学生可通过电脑、手机、平板等各类终端进入仿真实验室，借助虚拟实验设计工具进行自主实验学习，满足不同层次学生的实验需求[11]。专业开设的1.5学分的《矿物加工过程模拟与优化》将优先在此平台上开展实验。
　　（五）推行学业导师制与学习兴趣小组制，不断拓展多元化人才培养模式
　　为了拓宽学生的眼界和知识面、提高学生的动手操作能力和创新能力，专业长期坚持学业导师制，为每位学生在大一下学期配备学业导师，架起师生沟通桥梁，使得每位老师都结合自己的研究特色，做到日常管理、教育与专業知识传授相结合，做学生的良师益友，培养“目标远大、博学多思、拼搏进取、全面发展”的学生，增强专业凝聚力，提高育人质量。另外，专业在学生中开展了兴趣小组，为学生提供第二课堂活动。这种实践活动，不仅能鼓励学生学习，还能给学生提供独立的研究空间。教师不断调动学生自主学习的积极性，让学生参与科研训练，同时弥补了指导教师研究生数量不足的现状。
　　（六）加强推进大学生开放实验项目，努力提高实验资源利用效率
　　大学生开放实验项目对学生创新意识和创新能力的培养具有重要作用。学校专门开发了开放实验项目管理系统，首先将《关于学生参加开放实验的通知》等实验室开放情况通知发布在相关网站，以学生预约和学生申请两种方式开放专业实验室，使学生有更多实验的机会，充分发挥想象力和聪明才智，为学生个性发展创造条件，有利于培养学生科学思维能力和创新能力，提高学生独立科学研究的能力。此外，学校每年根据学生申请情况，动态调整大学生开放实验项目内容和项目立项数量，努力提高现有实验资源利用效率。通过专业实验室的开放，给予了学生施展空间，增强了学生的学习积极性，显著提高了学生主动运用专业知识解决问题的能力和工程实践能力，为将来从事专业工作奠定了坚实基础。 　　三、结语
　　矿物加工工程专业实验教学通过不断推进实验教学改革，改善了实验教学条件、优化了实验教学体系、培养了学生参与科研的兴趣，切实提高了学生综合运用所学知识解决实际问题的能力。近年来，矿物加工工程专业学生在大学生创新创业训练计划项目、“创青春”全国大学生创业大赛、挑战杯大学生课外学术科技作品竞赛、全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛、全国高等学校矿物加工工程专业学生实践作品大赛等比赛中屡获佳绩，此次实验教学改革，为培养我国新工科背景下的复合型工程技术人才提供了有益的探索。
　　参考文献
　　[1]吕绿洲，董颖博，林海.矿物生物工程实验教学研究与探索[J].教育教学论坛，2018（7）：266-267.
　　[2]来雅文，汤肖丹，马成有，等.一流学科背景下工科实验教学体系的优化-以勘查技术与工程专业为例[J].科教导刊（中旬刊），2019（11）：26-27.
　　[3]徐承焱，王培龙，寇珏，等.高校矿物加工工程专业实验室的安全管理[J].中国教育技术装备，2018（22）：131-133.
　　[4]于伟，刘莉君，李振.矿物加工工程“一体化、双层次”实验体系构建[J].榆林学院学报，2013（6）：85-87.
　　[5]程敢，张传祥，曹新鑫，等.新形势下矿业工程专业学位研究生培养的对策[J].教育现代化，2016（24）：11-13.
　　[6]黄坤，李彦启.我国高校实验室安全管理现状分析与对策[J].实验室研究与探索，2015（1）：280-283.
　　[7]牛涣双，吉琳，刘滨.化学实验室安全管理体系的构建[J].实验室科学，2013（5）：180-183.
　　[8]叶秉良，汪进前，李五一，等.高校实验室安全管理体系构建与实践[J].实验室研究与探索，2011（8）：419-422.
　　[9]康建新，郭麗杰.高校化学实验室安全分析方法研究[J].实验技术与管理，2014（12）：203-206
　　[10]祝淑芳，鲁礼林，钱功明，等.高校矿物加工实验室安全管理实践[J].中国教育技术装备，2016（16）：135-136，139.
　　[11]黄建忠，张沪寅，裴嘉欣 网络安全虚拟仿真实验教学体系设计[J].2016（10）：170-174.
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