冶金物理化学课程教学改革与探索

伍凌 钟胜奎

摘 要 “冶金物理化学”是冶金工程本科专业的专业基础课，它对于培养具有扎实理论基础、优秀创新能力和良好工程实践能力的优秀冶金专业人才具有至关重要的意义。然而，该课程具有内容繁杂、理论性强、抽象难懂等特点。本文提出结合多种教学手段，通过理论与实践相结合，激发学生的创新思维和学习兴趣，从而提升教学效果。

关键词 冶金物理化学 教学改革 创新方法

中图分类号：G424                                   文献标识码：A  DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.10.056

Abstract Metallurgical physical chemistry is a basic course of metallurgical engineering undergraduate major. It is of vital significance to cultivate excellent metallurgical professionals with solid theoretical basis， excellent innovation ability and good engineering practice ability. However， this course has the characteristics of multifarious， abstract content， and strong theory. To improve the teaching effects， this paper proposes to use various teaching methods with the combination of theory and practice， which also can stimulate students' innovative thinking and learning interest.

Keywords Metallurgical physical and chemistry; Teaching reform; Innovative methods

“冶金物理化学”是利用物理化学的理论和方法来研究金属冶炼及材料制备过程中的物理现象和化学变化的一门课程，是冶金学科的理论基础。该课程作为冶金工程专业本科生的专业基础课，旨在培养学生分析和解决冶金过程问题的能力，对于后续学习“钢铁冶金学”、“有色金属冶金学”等专业课程至关重要。[1-3]然而，冶金物理化学课程囊括无机化学、物理化学及冶金过程等诸多方面的知识与理论，其内容繁杂、概念多、理论性强、公式推导复杂，这使得学生在学习该课程时容易产生畏惧和厌倦情绪，从而难以系统掌握冶金物理化学相关知识，并严重影响后续专业课程的学习效果。[4-7]因此，探索适合于该课程的教学方式与方法，激发学生的学习兴趣和创新思维，提升学习效果，从而夯实其专业知识和理论基础是深化冶金物理化学课程教学改革的关键。

1 基础理论与日常生活相结合，激发学习兴趣

由于冶金物理化学是结合数学、物理、化学等多学科理论来解决冶金过程中的若干问题，其理论性强，抽象难懂。因此，如何提升课程的乐趣性，从而激发学生的学习兴趣，是冶金物理化学课程改革的首要任务。通过多年教学实践，我们发现将基础理论与日常生活事例相结合不仅可以极大地提升学生的学习兴趣，还可以促进学生对知识点的理解，能显著提高学习效果。譬如，讲解熵增原理时，在密闭房间中喷香水，房间中的分子会自发地越来越混乱，这种现象称为熵增;若想房间中的分子排列整齐，必须对其做功，这样使得学生更容易理解。

2 将科研引入基础理论教学，激发科技创新意识

在讲授基础理论时引入科技前沿和教师科研工作，结合知识点给学生介绍相关科研成果。如讲解热力学中的氧势图时，位于氧势图上方（氧势高）的氧化物越容易被还原，位于氧势图下方（氧势低）的氧化物越穩定。笔者引入本实验室制备纳米氧化钴和氧化镁的实例，氧势高的氧化钴与碳混合后在隋性气氛中容易被还原成金属钴，而氧势低的氧化镁则很难被还原，这不仅可以加深学生对知识点的理解，同时还让他们知道相关理论的重要作用。又如讲解动力学中机械活化对矿物浸出速率的影响时，结合实验室机械活化对浸出钛铁矿的研究成果，给学生介绍机械活化是如何影响钛铁矿的晶体结构、缺陷、粒度和形貌、活化能，从而影响钛铁矿的浸出速率和浸出率。通过这些科研实例，让学生意识到学习冶金物理化学课程基础理论的重要性，这不仅有利于同学们消化知识点，而且可以激发其科技创新意识，从而变被动为主动地去学习。

3 基础理论与冶金生产实践相结合

冶金物理化学是冶金工程本科专业学生接触的第一门专业基础课，因此，我们在讲授基础理论知识的同时，还需适当介绍一些冶金专业知识，让学生对冶金专业和冶金过程有一定的了解。如讲授还原熔炼的原理时，给学生介绍铁矿石的还原熔炼过程以及炼铁设备——高炉，让他们思考如何用还原熔炼的原理去解释铁矿石的还原过程;此外，还可简要介绍铜、铅等有色金属的还原过程及冶炼设备等。在讲解氧化精炼时，介绍铁水的氧化精炼过程以及炼钢设备——转炉，让学生思考如何用氧化精炼的原理解释铁水冶炼成钢的过程;此外，还可简要介绍铜、铅、锌等有色金属的氧化精炼过程及设备等。

为了进一步让学生了解冶金物理化学基础理论对冶金过程的作用，本学院在冶金物理化学课程期间组织学生去沙钢参观学习一天，主要参观高炉、转炉等大型冶炼设备，让学生对冶金企业有一定的了解。此外，本学院还配置了钢铁仿真实训系统和钢铁生产实操训练模型，包含了选矿、炼铁、炼钢、轧钢等全套钢铁冶炼流程，因此在讲授重要知识点时还可以利用仿真系统给学生演示相关冶金过程，有利于加深学生对知识点的理解。待学生后续完成钢铁冶金等专业课程后，他们还将亲自上机模拟实训，从而进一步巩固专业知识和培养工程实践能力。

4 重点突出，融会贯通，促进理解

冶金物理化学包含的内容很多，如冶金热力学基础、金属熔体、冶金熔渣、化合物的生成与分解、还原熔炼、氧化精炼、冶金动力学基础等，且每一章都包含很多知识点，这些知识点全部讲解需要花费大量的时间，实际课时数根本不够。因此，我们必须把握每一章节的重点和难点，如二元相图和三元相图、氧势图、氧化物的生成-分解反应的势力学原理、还原熔炼的基本原理、氧化精炼的基本原理、冶金动力学基础、气固反应的未反应核模型等，一定要让学生熟练掌握这些重要知识点。不仅要重点突出，还要将各知识点融会贯通，使学生容易理解。各章节的内容有很多都是相互关联的，如氧势图的相关理论与还原熔炼及氧化精炼的知识点相互关联，氧化精炼与金属熔体及冶金熔渣的知识点相互关联，冶金热力学与冶金动力学也相互关联。因此，在讲课时需要将前后章节的知识融会贯通，形成一条条主线，将新旧知识点结合，促进学生对知识点的理解和巩固。

5 互动式、启发式教学，培养创新人才

采用互动式、启发式教学法。针对某些知识点，可以先提出问题让学生思考，让其带着问题去学习，然后通过对相关知识点的进一步了解，相互讨论或独立思考地去解决问题。譬如讲解氧势图时，首先可以提出若干问题：（1）为何图中大多数氧势线斜率为正，只有2C+O2=2CO反应的斜率为负？（2）某些氧势线的斜率在一定温度时为何出现拐点？（3）氧势低的氧化物容易被还原还是氧势高的氧化物容易被还原？……让学生带着这些问题去学习。出于对问题的疑惑，学生在听课过程中会认真思考，一旦讲到相关知识点，就会自发有针对性地去解析相关问题，如果不懂再向老师提问，相互讨论解决问题。如果把上述问题都弄懂了，氧势图的主要知识点也就自然掌握了。因此，互动式、启发式教学方法对于激发学生创新思维和提升学习效果有着重要的作用。

6 合理利用多媒体和网络平台

冶金物理化学内容繁杂，知识点多，对于不同的教学内容宜采用不同的教学手段。如对于公式的推导宜采用板书，因为板书具有实时性，学生容易跟随老师的思路来推导公式和建立模型。而对于相图、氧势图、电位-pH图等则不宜采用板书，因为板书画图会花费大量时间，并且难以保证图形的精确性和美观度。而多媒体教学则可以起到事半功倍的效果，如PPT可以采用不同的颜色显示图形，重点突出，还可以采用Flash演示动画，模拟某些冶金物理化学过程，如金属熔体冷却过程中液相和固相成分的变化等等。又如讲解铁矿石气固还原反应模型时也适合采用多媒体，首先建立一个铁矿石未反应核模型，然后通过Flash等软件逐步演示反应物CO外扩散、CO内扩散、界面化学反应、生成物CO2内扩散及外扩散过程，让学生对铁矿石-CO的气固反应过程一目了然，降低学习难度，从而加深对知识点的理解。此外，为了方便同学们课后学习，苏州大学建设了完备的网络视频课程平台，冶金物理化学已完成全部课程的录制，对于课堂上尚未完全听懂的同学，还可以在课后登录网络视频课程平台进行学习，巩固重点和难点。

7 精讲典型习题，及时巩固知识点

冶金物理化学理论性较强，不少知识点抽象难懂，有些学生听课时似懂非懂，也有学生虽然在上课时听懂了，但课后自己解题时又不会了。上述现象是由于学生没有从根本上熟练掌握相关知识点造成的。因此，及时布置课后习题，精讲典型例题就显得尤为重要。布置的课后习题不仅要覆盖主要知识点，而且要重点突出，题量不宜过多，要勤于批改作业，督促学生及时完成习题，避免作业流于形式。另一方面，在讲解习题时一定要精选典型例题，特别是对于涵盖重要知识点且学生容易做错的题目要重点讲解。此外，要摈弃全程教师一人讲解的模式，讲解习题的方式要多种多样、灵活多变，可以结合提问、小组竞赛的形式，对于大家对答案有分歧的题目还可以采取辩论的形式，充分发挥学生的主观能动性，活跃课堂气氛，提高学生的学习兴趣，从而巩固学习效果。

8 结语

冶金物理化学是冶金工程专业的专业基础课，改进改学方法、提升教学效果对于培养拥有扎实理论基础、优秀创新能力和良好工程实践能力的冶金类专业人才有着十分重要的意义。对于冶金物理化学课程的教學改革一直在路上，如何将其建设成深受学生喜爱的专业基础课程一直是广大冶金工程专业教师们努力的方向。我们将与时俱进，不断探索新的教学方法，为建设一门有利于培养优秀冶金专业人才的冶金物理化学课程而继续努力奋斗。

*通讯作者：伍凌

参考文献

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[2] 郭敏，张梅，王福明.在冶金物理化学教学中培养大学生创新能力[J].中国冶金教育，2010（1）：10-12.

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[4] 邓庚凤，邓华军，肖燕飞，等.案例教学法在冶金工程专业物理化学教学中的应用[J].中国冶金教育，2018（1）：50-51.

[5] 张荣良，杨志彬，焦丽娜，等.冶金工程专业应用型人才培养与冶金物理化学教学实践[J].中国冶金教育，2014（6）：1-4.

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[7] 张生芹，任正德，邓能运，等.《冶金物理化学》开放式实验教学与学生创新能力培养[J].重庆科技学院学院（社会科学版），2012 （4）：183-184.