《選礦廠設(shè)計(jì)》課程教學(xué)改革與實(shí)踐

熊堃　左可勝　鄭貴山

【摘要】選礦廠設(shè)計(jì)是一門工程設(shè)計(jì)類課程，要求設(shè)計(jì)方案能夠體現(xiàn)國(guó)內(nèi)外選礦廠的發(fā)展趨勢(shì)，但目前存在教學(xué)內(nèi)容更新速度慢、設(shè)備配置中缺乏三維空間的立體展示、學(xué)生的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)能力欠缺等問題。為提高選礦廠設(shè)計(jì)的教學(xué)效果，通過強(qiáng)化工程教育理念，引三維設(shè)計(jì)于課堂教學(xué)，注重講解理論結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐的案例，為選礦廠設(shè)計(jì)教學(xué)改革提出自己的思路。

【關(guān)鍵詞】礦物加工工程? 選礦廠設(shè)計(jì)? 教學(xué)改革? 三維設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2020）19-0228-02

前言

選礦廠設(shè)計(jì)是根據(jù)礦石特性，選礦實(shí)驗(yàn)結(jié)果，國(guó)內(nèi)外選礦生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及選礦技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，制定先進(jìn)可靠的工藝流程，選擇高效節(jié)能的工藝設(shè)備，進(jìn)行科學(xué)合理的廠房布置及設(shè)備配置，系統(tǒng)集成輔助設(shè)施及相關(guān)專業(yè)先進(jìn)技術(shù)，并對(duì)綜合回收、節(jié)能降耗、環(huán)境保護(hù)、安全衛(wèi)生等方面進(jìn)行精心設(shè)計(jì)?！哆x礦廠設(shè)計(jì)》屬礦物加工工程專業(yè)的核心課程之一，開設(shè)在第七學(xué)期，與畢業(yè)設(shè)計(jì)主體工作時(shí)間前后交叉。該專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)中工程設(shè)計(jì)類題目都是圍繞大、中、小型金屬礦山選礦廠設(shè)計(jì)而制定的，畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞直接反映出學(xué)校現(xiàn)有的教育教學(xué)水平和長(zhǎng)遠(yuǎn)的人才培養(yǎng)規(guī)劃，同時(shí)，學(xué)生的工程實(shí)踐能力是用人單位較為注重的能力[1]。選礦廠設(shè)計(jì)課程的教學(xué)質(zhì)量影響著礦物加工工程專業(yè)本科畢業(yè)生的專業(yè)水平，而教學(xué)質(zhì)量的提高不僅依賴于教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)，還取決于對(duì)選礦廠設(shè)計(jì)課程的建設(shè)力度。本文結(jié)合選礦廠設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)，分析當(dāng)前課程教學(xué)中存在的一些問題，研究課程的教學(xué)改革，提出選礦廠設(shè)計(jì)教學(xué)改革的新思路。

1.選礦廠設(shè)計(jì)的教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 教學(xué)內(nèi)容更新緩慢

傳統(tǒng)教學(xué)遵循課本，教學(xué)注重知識(shí)的傳授，以不變的課程知識(shí)來(lái)應(yīng)對(duì)發(fā)展中礦物加工行業(yè)，不能緊跟國(guó)內(nèi)外選礦廠設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)礦產(chǎn)資源的貧細(xì)雜問題，建設(shè)現(xiàn)代化選礦廠是選礦廠設(shè)計(jì)面臨的新任務(wù)，即：設(shè)備能量低耗化，設(shè)備規(guī)格大型化，生產(chǎn)過程自動(dòng)化和設(shè)計(jì)過程電腦化。選礦廠設(shè)計(jì)的教學(xué)中安排專題針對(duì)以上四個(gè)方面的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行詳細(xì)講解，但從畢業(yè)設(shè)計(jì)反饋回來(lái)的信息可以看出，設(shè)備大型化和生產(chǎn)過程自動(dòng)化兩方面幾乎沒有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中得到體現(xiàn)，而是采用傳統(tǒng)的方案進(jìn)行選礦廠設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容陳舊，缺乏新穎性。如何結(jié)合國(guó)內(nèi)外選礦廠設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，將先進(jìn)的裝備與技術(shù)，現(xiàn)代的設(shè)計(jì)理念，應(yīng)用到選礦廠設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中，使設(shè)計(jì)方案能夠緊跟時(shí)代要求，是工程設(shè)計(jì)類課程教學(xué)的任務(wù)之一。

1.2設(shè)備配置講解中缺乏三維空間展示

廠房設(shè)備配置是選礦廠設(shè)計(jì)教學(xué)中的重點(diǎn)內(nèi)容之一，目前選礦廠設(shè)計(jì)教材中給出的設(shè)備配置圖都為CAD二維平面圖。與學(xué)生互動(dòng)教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生學(xué)習(xí)二維平面圖時(shí)感到抽象，缺乏空間想象能力，難以形成選礦廠整體空間的構(gòu)形，學(xué)習(xí)興趣和熱情大大受挫。雖然學(xué)生在為期一個(gè)月的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的礦石性質(zhì)、生產(chǎn)工藝流程、設(shè)備等有感性認(rèn)識(shí)，但只限于對(duì)實(shí)習(xí)地點(diǎn)的選礦廠流程和配置比較熟悉。但是，選礦廠設(shè)計(jì)涵蓋內(nèi)容較多，主要包括流程選擇、設(shè)備選擇、設(shè)備配置以及配置圖的繪制，其中設(shè)備配置的方案靈活多樣，學(xué)生很難將理論知識(shí)點(diǎn)與實(shí)際配置方案聯(lián)系起來(lái)，從而產(chǎn)生厭學(xué)情緒，影響學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。導(dǎo)致他們?cè)诶L制廠房設(shè)備配置圖時(shí)出現(xiàn)模仿和照搬教材中配置方案的現(xiàn)象，選礦廠設(shè)計(jì)的作品缺乏創(chuàng)新性，難以用自己的觀點(diǎn)說(shuō)明廠房設(shè)備配置圖中合理或不合理的理由。

將動(dòng)態(tài)、直觀的三維造型技術(shù)滲透到選礦廠設(shè)計(jì)理論教學(xué)中，通過三維動(dòng)畫設(shè)計(jì)，全方位立體展示選礦廠的工藝流程和設(shè)備配置，彌補(bǔ)學(xué)生整體化空間構(gòu)思不足的短板，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)選礦廠設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)的積極性，是當(dāng)前選礦廠設(shè)計(jì)教學(xué)改革的重要方向。

1.3 系統(tǒng)化的工程設(shè)計(jì)能力不足

以工程設(shè)計(jì)為主線的選礦廠設(shè)計(jì)涵蓋知識(shí)點(diǎn)多，包括設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作、工藝流程的選擇和計(jì)算、設(shè)備的選擇和計(jì)算、廠房設(shè)備配置以及設(shè)備配置圖的繪制，它是以計(jì)算機(jī)制圖為基礎(chǔ)、礦物加工基礎(chǔ)課程為框架、選礦廠設(shè)計(jì)為主線、畢業(yè)設(shè)計(jì)為目標(biāo)的設(shè)計(jì)課程，重心不在于知識(shí)點(diǎn)的傳授，而在于實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力、動(dòng)手能力與設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力。教學(xué)中發(fā)現(xiàn)隨著課程的不斷深入，學(xué)生能夠掌握單個(gè)知識(shí)點(diǎn)，但對(duì)于前后知識(shí)點(diǎn)的關(guān)系缺乏理解，呈現(xiàn)出只見樹木，不見森林的思維方式。他們能夠肯定的指出每種設(shè)備的優(yōu)缺點(diǎn)，可是針對(duì)某一特定礦石應(yīng)該采用哪種設(shè)備卻含糊不清，給出的理由不足以支撐其論點(diǎn)。糾其原因在于，目前選礦廠設(shè)計(jì)的教學(xué)體系側(cè)重于理論知識(shí)，缺乏工程設(shè)計(jì)能力的系統(tǒng)培養(yǎng)，來(lái)源于教材的生產(chǎn)實(shí)踐案例的數(shù)量有限，理論教學(xué)與實(shí)踐工程出現(xiàn)脫節(jié)。等到畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)下達(dá)，面臨需要設(shè)計(jì)一個(gè)選礦廠時(shí)，不知所措，照搬案例，最后才發(fā)現(xiàn)不合理的設(shè)計(jì)方案比比皆是。為此，教學(xué)過程要以某個(gè)知識(shí)點(diǎn)為支點(diǎn)做講解，擴(kuò)散到整個(gè)知識(shí)面，將流程選擇、設(shè)備選擇和設(shè)備配置各知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來(lái)，再結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行講解，是選礦廠設(shè)計(jì)教學(xué)改革的一個(gè)方向。

2.選礦廠設(shè)計(jì)的教學(xué)改革思路

2.1融工程教育理念于課程體系

工程設(shè)計(jì)是一個(gè)要求整體最優(yōu)化的系統(tǒng)工程，它不同于常規(guī)的數(shù)學(xué)問題，是一個(gè)多目標(biāo)的優(yōu)化問題[2]。工程設(shè)計(jì)中不僅僅只有唯一正確的答案，往往要在各種互相矛盾的因素中作出判斷和選擇，要在允許的時(shí)間和空間范圍內(nèi)選擇一個(gè)兼顧各方面要求的方案，滿足技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)等的要求。選礦廠設(shè)計(jì)教學(xué)過程中應(yīng)引入多類別的典型工程設(shè)計(jì)方案，對(duì)各方案進(jìn)行對(duì)比、分析、討論，強(qiáng)調(diào)正確的思維方式和設(shè)計(jì)方法。目前，選礦廠設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容主要是圍繞工藝流程計(jì)算、設(shè)備選型和設(shè)備配置三部分展開的，如何將其前后關(guān)聯(lián)是教學(xué)中需要思考的問題。通過實(shí)際工程設(shè)計(jì)方案的比較，相關(guān)知識(shí)串聯(lián)、前后呼應(yīng)，使分散、零碎的知識(shí)點(diǎn)形成完整有機(jī)的一體，有利于學(xué)生對(duì)選礦廠設(shè)計(jì)內(nèi)容的整體把握，不僅能突出工程設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性、實(shí)用性，還能有效的將教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行剖析，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)重點(diǎn)的掌握，對(duì)難點(diǎn)的理解。工程設(shè)計(jì)是圍繞工程項(xiàng)目注重培養(yǎng)學(xué)生分析和解決工程實(shí)踐問題的能力，注重工程系統(tǒng)的思維訓(xùn)練;強(qiáng)化學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦訓(xùn)練，鼓勵(lì)學(xué)生充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，展示學(xué)生的聰明才智;工程設(shè)計(jì)教學(xué)要與企業(yè)需求和行業(yè)規(guī)范接軌，縮短學(xué)生進(jìn)企業(yè)后的磨合期。

2.2融三維設(shè)計(jì)于課堂教學(xué)

當(dāng)今貫穿于現(xiàn)代化工程設(shè)計(jì)全過程的是產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)三維模型，它標(biāo)志著設(shè)計(jì)、生產(chǎn)進(jìn)入了一個(gè)全新時(shí)代，緊跟國(guó)外形勢(shì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)先進(jìn)的工程設(shè)計(jì)也進(jìn)入到“三維設(shè)計(jì)”時(shí)代[3]。二維設(shè)計(jì)阻礙了學(xué)生的形象思維和設(shè)計(jì)表達(dá)能力，不再適應(yīng)選礦廠設(shè)計(jì)發(fā)展的需要，與平面圖形相比較，三維圖形學(xué)生意識(shí)中從平面到立體的建模過程，能夠清楚地顯示。教學(xué)中突出三維設(shè)計(jì)的地位與作用，用三維立體圖來(lái)展示選礦廠的廠房布置和設(shè)備配置，有利于提升學(xué)生的形象思維能力。用計(jì)算機(jī)三維實(shí)體造型來(lái)表達(dá)設(shè)計(jì)思維，這種新的教學(xué)體系與教學(xué)方式具有時(shí)代特征，學(xué)生學(xué)習(xí)本課程，不僅能掌握一種三維設(shè)計(jì)軟件的操作，更重要的是建立三維設(shè)計(jì)的思路，了解軟件操作的內(nèi)涵，進(jìn)而觸類旁通，對(duì)其他三維軟件的應(yīng)用也能很快上手。選礦廠設(shè)計(jì)與三維立體設(shè)計(jì)融為一體的教學(xué)方法，有助于培養(yǎng)學(xué)生的現(xiàn)代設(shè)計(jì)意識(shí)，提升學(xué)生的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

課堂上傳授知識(shí)和技能的時(shí)間十分有限，因此在教學(xué)方法設(shè)計(jì)上，要鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，采用案例教學(xué)法，而不是逐個(gè)命令、界面的介紹，加強(qiáng)學(xué)生的三維設(shè)計(jì)理念與基本技能訓(xùn)練。學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，不僅能完成單個(gè)設(shè)備的三維設(shè)計(jì)，還能應(yīng)用三維軟件進(jìn)行廠房布置和設(shè)備配置，以動(dòng)態(tài)的三維效果展示選礦廠設(shè)計(jì)的最終成果。在我國(guó)，計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)與工程制圖課程體系的教改也如火如荼，創(chuàng)建以設(shè)計(jì)為主線，以三維為核心的現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)圖學(xué)的新教學(xué)體系[4]。這種新體系更適應(yīng)當(dāng)前工程設(shè)計(jì)發(fā)展的需要，有益于培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力，更好的滿足科技、社會(huì)發(fā)展和企業(yè)單位對(duì)畢業(yè)生的需要。

2.3注重理論結(jié)合實(shí)踐的案例教學(xué)

深入國(guó)內(nèi)先進(jìn)的選礦廠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，拍攝大量的圖片和視頻資料，尤其是大量的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)視頻資料，加深學(xué)生對(duì)選礦廠設(shè)計(jì)的感性認(rèn)識(shí);同時(shí)，精選出典型的、有代表性的案例，在教學(xué)中將教材的知識(shí)點(diǎn)和國(guó)內(nèi)先進(jìn)的選礦工藝流程相關(guān)聯(lián)，將復(fù)雜的工程設(shè)計(jì)問題用具體生動(dòng)的案例進(jìn)行詮釋，促進(jìn)學(xué)生充分、理性認(rèn)識(shí)選礦廠設(shè)計(jì)中實(shí)際工程的復(fù)雜性，檢驗(yàn)他們對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。選礦廠設(shè)計(jì)是以流程的選擇和計(jì)算，設(shè)備的選擇和計(jì)算，以及設(shè)備配置為中心任務(wù)，是將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐應(yīng)用的一門課程，只用通過典型的選礦廠設(shè)計(jì)案例教學(xué)才能讓學(xué)生更好的掌握選礦廠設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。

不斷完善課程理論教學(xué)—新技術(shù)及工程講座—實(shí)踐性教學(xué)課程體系，將理論教學(xué)與工程設(shè)計(jì)有機(jī)的結(jié)合在一起，解決理論與實(shí)踐脫節(jié)的現(xiàn)象。重視礦物加工專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，特別重視吸收國(guó)內(nèi)外近年來(lái)礦物加工工程設(shè)計(jì)的最新研究成果和設(shè)計(jì)構(gòu)思，將選礦廠的現(xiàn)場(chǎng)工藝流程和生產(chǎn)流程引入到教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際工程設(shè)計(jì)的接軌。

3.結(jié)論

通過對(duì)礦物加工工程專業(yè)選礦廠設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革與實(shí)踐，促使教師要不斷學(xué)習(xí)，更新行業(yè)的新知識(shí)和新動(dòng)態(tài)，準(zhǔn)確把握國(guó)內(nèi)外選礦廠設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀和趨勢(shì)，提高教師隊(duì)伍的教學(xué)質(zhì)量。課堂引入三維設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐案例的講解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量。選礦廠設(shè)計(jì)課程改革以培養(yǎng)面向社會(huì)需求的礦物加工人才為目標(biāo)，為教師和學(xué)生提供創(chuàng)新思維的平臺(tái)，不斷完善選礦廠設(shè)計(jì)課程的系統(tǒng)改革。

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