冶金工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

李洪瑋+呂凡

摘 要 結(jié)合江蘇省冶金工程實(shí)踐教育中心建設(shè)，明確了冶金工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的思路，確定了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)施方案，構(gòu)建了“三層次、四結(jié)合、五模塊”的冶金工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。加強(qiáng)了學(xué)生工程實(shí)踐能力和科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為實(shí)施冶金工程專業(yè)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”提供了強(qiáng)有力的保障。

關(guān)鍵詞 冶金工程 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 改革與實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

隨著冶金行業(yè)的飛速發(fā)展和人們對(duì)環(huán)境、資源、能源問(wèn)題的認(rèn)識(shí)逐步深入，對(duì)冶金工程類人才的綜合素質(zhì)特別是工程實(shí)踐能力的要求越來(lái)越高。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教學(xué)體系中的一個(gè)重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和科技創(chuàng)新能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此如何培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)和科技創(chuàng)新能力，已經(jīng)成為當(dāng)今高等教育實(shí)踐教學(xué)改革的重大課題。蘇州大學(xué)沙鋼鋼鐵學(xué)院冶金工程實(shí)踐教育中心2015年被遴選為江蘇省實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，通過(guò)不懈的努力，中心始終堅(jiān)持資源共享、優(yōu)化配置、開(kāi)放辦學(xué)，在完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練等課外科技創(chuàng)新活動(dòng)的基礎(chǔ)上，為冶金工程專業(yè)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”實(shí)施，提升學(xué)生的創(chuàng)新精神和工程實(shí)踐能力，培養(yǎng)適應(yīng)冶金行業(yè)企業(yè)需求的高素質(zhì)創(chuàng)新人才提供了強(qiáng)有力的支持。

1實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的理念

秉承“授人以魚(yú)不如授人以漁”的原則，教學(xué)過(guò)程中不僅要傳授知識(shí)和技能，而探索如何找到解決問(wèn)題的方法，比單純的解決問(wèn)題更重要，因此中心確立了“傳識(shí)授業(yè)、問(wèn)題啟惑、尋道踐新、協(xié)導(dǎo)解惑”的教學(xué)理念。

為提升大學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力，培養(yǎng)適應(yīng)冶金企業(yè)需求的高素質(zhì)創(chuàng)新人才，以解決實(shí)際問(wèn)題為立足點(diǎn)，以培養(yǎng)能力為核心，以培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新為最終目的，構(gòu)建“三層次、四結(jié)合、五模塊”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，分層次、分階段、分類別設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系及其內(nèi)容，并將課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)、校內(nèi)實(shí)驗(yàn)與校外實(shí)踐、虛擬仿真與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐、學(xué)術(shù)實(shí)踐與科研創(chuàng)新對(duì)應(yīng)相結(jié)合起來(lái)，構(gòu)建（1）基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)K；（2）自主綜合試驗(yàn)、認(rèn)知實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)模塊；（3）虛擬實(shí)訓(xùn)和課程設(shè)計(jì)模塊；（4）自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和本科科技創(chuàng)新模塊；（5）本科畢業(yè)論文模塊，以提高學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)技能與科技創(chuàng)新能力。

2實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的方案

2.1將科研融入教學(xué)過(guò)程，科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

冶金工程學(xué)科教師直接參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，將先進(jìn)理論、技術(shù)與科研方法融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)生科學(xué)研究和科技創(chuàng)新的能力，充分體現(xiàn)了科研支持實(shí)驗(yàn)教學(xué)、服務(wù)人才培養(yǎng)的作用；同時(shí)，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)與創(chuàng)新教育結(jié)合，把實(shí)踐教學(xué)作為創(chuàng)新精神與能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，強(qiáng)化了研究性、探索性實(shí)踐教育，從而達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的目的。

例如，依據(jù)國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)“薄板坯連鑄連軋微合金化技術(shù)研究及低成本高性能微合金鋼的開(kāi)發(fā)”的部分科研成果，開(kāi)設(shè)了中間包水模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，使學(xué)生明白中間包是煉鋼連鑄生產(chǎn)流程的中間環(huán)節(jié)，是連接鋼包和結(jié)晶器之間的過(guò)渡容器，是由間歇操作轉(zhuǎn)向連續(xù)操作的銜接點(diǎn)，隨著連鑄技術(shù)水平的不斷提高，中間包對(duì)于精煉和提高鑄坯質(zhì)量方面的作用越來(lái)越明顯，已經(jīng)由普通的過(guò)渡容器發(fā)展為多功能連鑄反應(yīng)器。

科研成果、科研思路、新型實(shí)驗(yàn)裝備引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中不僅僅使學(xué)生了解先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和研究方法，同時(shí)掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的原理與操作，為今后在工作崗位開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究、推動(dòng)企業(yè)科技進(jìn)步，創(chuàng)造了良好的條件。

2.2開(kāi)發(fā)高溫不可視冶煉過(guò)程的仿真實(shí)物模型和數(shù)學(xué)模型，豐富教學(xué)手段

針對(duì)鋼鐵冶煉過(guò)程高溫和密閉反應(yīng)器中諸多過(guò)程不可見(jiàn)，通過(guò)制作實(shí)物仿真模型，和建立綜合考慮溫度場(chǎng)、流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)及物理化學(xué)反應(yīng)的多相流仿真數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建工藝過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真模型，將“黑箱”白化，并將可視化動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果用于形象化教學(xué)。

2.3 “虛實(shí)”交互式實(shí)踐教學(xué)，提升實(shí)踐教學(xué)效果

先開(kāi)發(fā)應(yīng)用了鋼鐵冶金虛擬實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)，該平臺(tái)訓(xùn)練與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)交互，有利于提升實(shí)踐教學(xué)效果：

（1）學(xué)生在學(xué)習(xí)“冶金工程概論”和“新生研討課”后，可在虛擬實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)的三維虛擬場(chǎng)景中，瀏覽冶金企業(yè)，完成虛擬認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，并在校外現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)完成后，可再次使用虛擬認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)。這樣不僅有利于彌補(bǔ)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)時(shí)間短、學(xué)生多、難于深入觀察了解等問(wèn)題，而且有利于改善單純虛擬實(shí)習(xí)，對(duì)冶金企業(yè)感官認(rèn)識(shí)不深刻的問(wèn)題。

（2）學(xué)生在學(xué)習(xí)“鋼鐵冶金學(xué)”的過(guò)程中，可運(yùn)用虛擬實(shí)踐訓(xùn)練平臺(tái)，完成一些知識(shí)點(diǎn)的虛擬操作。學(xué)生可在操作后，帶著結(jié)果或問(wèn)題，繼續(xù)課堂課程的學(xué)習(xí)。這樣形成了課堂教學(xué)與虛擬實(shí)踐的交互，有利于強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐，提升對(duì)知識(shí)點(diǎn)認(rèn)識(shí)的深度。

（3）學(xué)生在進(jìn)行校內(nèi)虛擬生產(chǎn)實(shí)習(xí)后，進(jìn)入冶金企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)，然后再回到學(xué)校進(jìn)行虛擬生產(chǎn)實(shí)習(xí)，通過(guò)交互式的生產(chǎn)實(shí)習(xí)過(guò)程，能夠彌補(bǔ)冶金企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不允許操作的問(wèn)題，有助于提升學(xué)生的生產(chǎn)實(shí)踐效果。

2.4協(xié)導(dǎo)“實(shí)踐型”本科生科技創(chuàng)新，加強(qiáng)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

加強(qiáng)大學(xué)生科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提高科技創(chuàng)新意識(shí)是高等院校學(xué)生培養(yǎng)的主要內(nèi)容，冶金工程教師結(jié)合課堂理論教學(xué)及在研課題，提取生產(chǎn)、科技的熱點(diǎn)問(wèn)題，與學(xué)生研討，所有項(xiàng)目據(jù)來(lái)自于實(shí)踐，組建科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，申請(qǐng)各級(jí)本科生科技創(chuàng)新項(xiàng)目，并提供研究經(jīng)費(fèi)支撐以及持續(xù)跟蹤指導(dǎo)。

實(shí)驗(yàn)中心建立相應(yīng)的管理制度和資源共享機(jī)制，實(shí)驗(yàn)室面向?qū)W生全天開(kāi)放開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)、創(chuàng)新項(xiàng)目以及畢業(yè)論文課題研究，為學(xué)生進(jìn)行科技創(chuàng)新活動(dòng)提供了實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)，從源頭上打破實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研實(shí)驗(yàn)室之間的壁壘。

（1）設(shè)置冶金工程本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)專用實(shí)驗(yàn)室：為滿足學(xué)科發(fā)展和學(xué)生培養(yǎng)及科技創(chuàng)新活動(dòng)的需要，設(shè)置了冶金工程本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)專用實(shí)驗(yàn)室，并堅(jiān)持學(xué)科專業(yè)特色。實(shí)驗(yàn)裝備的改造、更新和配套，臺(tái)套數(shù)量增加，一方面滿足實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)增加、學(xué)生人數(shù)增加，分組增加，學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)增加的需要。另一方面作為本科生科技創(chuàng)新活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)基地。本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)專用實(shí)驗(yàn)室為冶金工程學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)生自主科研創(chuàng)新活動(dòng)提供了有效保障。

（2）規(guī)范和完善開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)管理：實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放滿足了學(xué)生個(gè)性化教育要求，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平和設(shè)備的利用率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放，激發(fā)和調(diào)動(dòng)了學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)的積極性，提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)踐能力，改善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。學(xué)生通過(guò)預(yù)約選擇進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和進(jìn)行科技創(chuàng)新活動(dòng)，一方面可完成教學(xué)計(jì)劃實(shí)驗(yàn)，另一方面滿足學(xué)生開(kāi)展自主科學(xué)研究的需要和本科結(jié)業(yè)課題實(shí)驗(yàn)研究工作，使得教學(xué)和科技創(chuàng)新相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思想、創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，達(dá)到全面提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量和素質(zhì)教育效果目的。

3結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，培養(yǎng)適應(yīng)冶金行業(yè)企業(yè)需求的高素質(zhì)創(chuàng)新人才起著重要作用。我校冶金工程實(shí)踐教育中心將通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不斷探索，持續(xù)更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)，為構(gòu)建理論與實(shí)踐相結(jié)合、應(yīng)用與創(chuàng)新相結(jié)合，多學(xué)科專業(yè)相互融合的培養(yǎng)新模式打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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