“水煤浆制备技术”教学过程设计与实践

涂亚楠　王卫东　孙美洁

摘要：本文主要分析了目前“水煤浆制备技术”相关专业资料中存在的问题和不足，针对本科生和研究生两个培养层次，系统设计了不同的教学方案和实施过程，以达到不同的教学目标。实践表明，设计针对性强的教学方案，有助于提高学生对水煤浆方向的科研兴趣，增强思辨能力和科研实践能力。

关键词：水煤浆；教学设计；本科生；研究生

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）38-0143-03

一、引言

中国矿业大学（北京）是国内最早开展水煤浆制备技术研究的高校之一。经过自“六五”计划至今30多年的发展，该技术已经成功实现产业化。据报道，我国2015年的水煤浆产能已达到两亿吨，其中1.5亿吨为气化型水煤浆。作为专业特色，中国矿业大学（北京）为本科生和研究生均开设了相关课程专门介绍。

然而，作者在长期进行相关研究和教学过程中发现：目前有关水煤浆技术的专门书籍存在研究进展跟踪不到位的问题，以及一些研究性文献甚至存在部分基本认识混乱的问题。这些问题反映到教学上，如果任课教师不能有效分辨和引导，则会对学生的认识、将来的科研工作造成不利影响。此外，因本技术的课程教学面向本科生和硕士研究生两个培养层次，因此需要针对性地设计不同的教学方案，从而提高教学效果。

本文旨在综合分析作者多年来有关研究工作中发现的问题，并介绍相关教学实践工作，以期为开设相关课程内容的教师提供一些有价值的参考。

二、存在的问题与分析

“水煤浆制备技术”相关方面的一些资料，主要存在以下三个问题。

一是“水煤浆”的定义不符合研究现状。有关水煤浆技术的资料，通常使用类似这样的定义（摘自课程选用的教材《洁净煤技术》）：水煤浆是由60%—70%的煤、29%—39%的水及少量添加剂经过磨碎和强力搅拌而成的两相流浆体。需要指出的是：在水煤浆技术发展早期，因为针对的煤种成浆性均比较好，煤的质量比例确实是在60%—70%。然而，目前主要研究的煤种很难达到上述范围。如褐煤在不经过提质加工处理的条件下，制浆浓度仅为50%左右，但也是水煤浆。作者在教学实践采用了如下定义：水煤浆是一种由煤、水和少量添加剂通过磨制、搅拌等工序制备的具有高表观体积浓度的匀散化两相流浆体。此定义主要凸显出水煤浆的两个特点：（1）不再列示煤、水质量比例，而使用“高表观体积浓度”，不仅适应研究现状，更符合水煤浆体系的特征；（2）突出“匀散化”，明示与煤泥水本质上的区分。

二是对“成浆性”概念的误解。成浆性指的是煤制备成高浓度水煤浆的难易程度，确实涵盖了有关水煤浆质量浓度的问题，但绝不能等同于试验中获得的浓度测量值。原因在于：成浆性反映的是“煤”本身的特性，与其测试条件是不相关的。但有很多学术论文中却把因工艺、添加剂不同等造成的制浆浓度或流变粘度的变化声明为成浆性的变化（如文献[3]和文献[4]），这显然是误解了基本概念。

三是对“级配”或“粒度分布”重視不足。粒度分布对水煤浆具有极为重要的作用。通过合理的级配（或粒度控制），可以在一定程度上提高颗粒的堆积效率，进而提高既定条件下的制浆浓度，而不需要其他复杂和高能耗的操作。通过试验结果来对比两种煤的成浆效果时，样品的粒度分布是必须给出的。尤其是在两种煤的成浆性相近的情况下进行比较时，对比结果是否科学严谨的重要条件之一，是两者的堆积效率是否相近。原因在于：同一种煤采取相同药剂和相同处理方式进行制浆时，粒度分布造成的浓度变化甚至可以达到2%以上。然而，很多有关水煤浆研究的文献，却未能给出相应的粒度分布值，或者给出的值不能准确描述整体的分布特征（如文献[5]和文献[6]）。这使得研究结果的科研价值降低，甚至无法与其他学者的成果进行横向比较。

上述三个问题，如若教师自身理解出现偏差或未在教学过程中有效且明确地加以阐释和强调，对本科生而言会造成认知错误，而对研究生而言则将影响科研工作。因此，在作者的教学实践中，对上述三个问题均进行了额外强调。

三、教学实践

中国矿业大学（北京）共开设了两门有关水煤浆技术的课程，分别是针对本科生教学的《煤炭的洁净利用》，以及针对研究生教学的《水煤浆制浆技术与工程》。由于培养层次不同，相应的教学目标、大纲和方法均有所区别。

1.针对本科生的水煤浆技术教学实践。水煤浆及其相关技术是矿物加工工程学（专业）下煤炭方面的细化研究方向之一。相对于本科矿物加工工程专业的主体教学内容如选矿厂设计、原理等而言，水煤浆技术主要是需要本科生了解的扩展性内容。因此，无论从教学目标还是教学方法上，均注重概念、原理、工艺和设备等基本知识的理解和认知，以及科研兴趣的培养。在这种情况下，本文所列示的前两个问题（水煤浆的基本概念、成浆性的内涵），显得格外重要。此外，该部分的教学课时仅设置了2学时，因此需要充分凝练和筛选相应的教学内容。在实践教学中，我们设计了如图1所示的教学流程主线和相应手段，以在有限的时间内提高教学效果。

图1展示的流程对所选用教材[2]的知识罗列顺序进行了优化，更加符合教学逻辑，并且将作者的相关科研经历等融合到教学中，同时展示出一些专业内容，更能激发学生的科研兴趣。在展示的水煤浆视频中，煤这种固体呈现出的与石油相似流体现象，颠覆了学生的常规认知，进而达到激发学生学习兴趣的目的。通过漫谈PPT的方式，展示水煤浆技术发展背景（图2），辅以生动、幽默的讲解，更加贴合当代大学生接收信息的特点，可以有效地将枯燥生硬的文字内容生动活泼地介绍给学生，进而加深印象。后续主要内容的讲解过程中，不仅可以有效衔接已学习的专业知识，也同样使用了生动的素材和关键现象视频，并在后置的矿物加工专业实验课中增设了操作性实验科目，以加深学生的理解。

实践表明，采用这种教学流程和手段后，不仅在课程考试中确保有关水煤浆方面的题目正确率更高，学生的认识也会更加深刻，激发他们水煤浆相关科研兴趣，如参与“全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛”。endprint

2.针对研究生的水煤浆技术教学实践。与本科培养层次不同的是，教学对象针对的是已经具备相当专业知识和实践能力的研究生，甚至部分学生的毕业课题就是水煤浆技术相关研究。因此，教学内容和学习成果考核均要比本科生教学要求高得多，需要达到“能够独立设计水煤浆相关方向科研试验”等更高要求的教学目标，因此相应的教学课时也达到了32学时。在这样的要求下，本文所分析的三个问题，均需要教师在教学过程中明确且细致地加以阐释和探讨。虽然如此，图1所列示的基本流程实际上仍然適用于研究生课堂教学，但内容要求更多，专业深度要求更深，有关的科研成果要求更丰富、更前沿，教学过程中的表述和课件设计需要更加注重科学性和严谨性。因此，我们进行了如下的扩展：

（1）不仅讲解相应的背景，更加突出水煤浆技术和产业发展的现状及趋势，分析内在原因，从而强化学生对课题意义的认知。

（2）不仅对基本概念进行讲解，更加重视概念的形成缘由和适应条件的科学分析，强化学生的思辨能力。

（3）不仅对基本原理进行描述，更加突出原理的内在因素、构成机制和适用性的分析探讨，培养辨识关键机制和应用原理解释现象的能力。

（4）不仅对工艺和设备进行科普性介绍，更加注重工艺和设备的合理性评价能力培养。

（5）不仅进行已知水煤浆知识的介绍，更加注重前沿研究成果的介绍、跨专业领域的拓展以及难点问题的分析探讨，从而辅助提升学生毕业选题的前沿性和科研价值。

（6）不仅要求学生能够在实验室制备水煤浆，更加注重提高学生设计试验任务、分析试验结果和总结科学问题的能力。

（7）学习成果的考核方式由知识点的考核转变为文献资料综合能力以及试验设计、实施和分析能力的开放式考核。

实践表明，通过上述的教学设计，不仅能够使学生快速接受和充分了解水煤浆领域的知识体系，还有助于提高毕业选题的专业性、创新性和前沿性，也有助于提升撰写科研论文的能力。

四、总结

作为矿物加工工程专业的特色研究方向，水煤浆技术的教学效果和人才培养情况，将极大地影响中国矿业大学（北京）在此领域的声誉、学术地位和科研能力。因此，在基本教育学理论的指导下，依据培养层次调整教学目标，与时俱进地优化教学方案和相应手段，进而针对性地提升教学效果以提高专业人才培养成果，对提高高等教育的社会服务能力、人才的人文素养和相关专业的科学发展等，均具有重要意义。在水煤浆技术的发展过程中，相应的专业教学技术亦在不断优化。本文介绍的相关教学实践，也是在几十年水煤浆技术研究工作者和教师在教学和科研过程中，通过不断探讨、总结和发展而来的。作者期颐本文不仅能够为水煤浆技术教学提供一定的借鉴，也能够为其他学科专业的教学提供一定的参考价值。

参考文献：

[1]段清兵.中国水煤浆技术应用现状与发展前景[J].煤炭科学技术，2015，43（1）：138-142.

[2]周安宁，黄定国.洁净煤技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2010.

[3]宋成建，周安宁，曲建林，等.分散剂种类与煤质的匹配性对成浆性的影响研究[J].煤炭工程，2016，（09）：22-25.

[4]徐志永，白春华，郭振坤，等.粒度级配对补连塔低阶煤成浆性的影响[J].煤炭技术，2016，（05）：299-301.

[5]赵忠霞.不同煤质对水煤浆成浆性能的影响[J].内蒙古科技与经济，2016，（23）：92-94.

[6]张玉荣，杨鸿鹰，吴有宾.半焦煤样成浆性研究[J].洁净煤技术，2016，（06）：24-27+33.endprint