冶金工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究

馬立興

【摘 要】實(shí)驗(yàn)教學(xué)是冶金工程專業(yè)本科教學(xué)非常重要的環(huán)節(jié)和手段，同時(shí)也是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題能力的重要途徑。其中，對(duì)學(xué)生的綜合素質(zhì)培養(yǎng)尤為重要。因此，對(duì)冶金工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革進(jìn)行探討，十分具有現(xiàn)實(shí)意義。

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

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。

一、冶金綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中存在的問題

（一）學(xué)時(shí)少任務(wù)重

現(xiàn)階段，大量繁重的實(shí)驗(yàn)任務(wù)與較短的教學(xué)時(shí)間存在著矛盾，為了保證實(shí)驗(yàn)任務(wù)順利完成，在實(shí)施過程中常會(huì)出現(xiàn)提前或者延后實(shí)驗(yàn)時(shí)間的情況。目前，冶金專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)具體內(nèi)容的設(shè)置為：輕金屬或者稀土合金原料設(shè)計(jì)及配料；熔煉工藝設(shè)計(jì)及實(shí)施；試樣制備及成型；試樣組織性能測(cè)試與分析；撰寫綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這些教學(xué)環(huán)節(jié)所需要的時(shí)間不等，其中輕金屬或稀土合金原料設(shè)計(jì)及配料耗時(shí)較短，需要約1天；而熔煉工藝、試樣制備階段需要約3天；試樣組織性能測(cè)試與分析耗時(shí)較長(zhǎng)，需要約3～4天。而該課程的學(xué)時(shí)數(shù)為一周，這就與教學(xué)計(jì)劃相互沖突。為完成正常的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，教師通常要求學(xué)生提前一周完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和計(jì)算環(huán)節(jié)，另外，在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行周需要學(xué)生延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間，晚間也要安排學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這種現(xiàn)象勢(shì)必會(huì)影響到其他教學(xué)環(huán)節(jié)的開展，夜間實(shí)驗(yàn)的安全問題得不到保障，甚至導(dǎo)致達(dá)不到實(shí)驗(yàn)預(yù)期效果的情況產(chǎn)生。

（二）教學(xué)形式缺乏靈活性

冶金綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)形式同其他工科專業(yè)大型綜合實(shí)驗(yàn)別無二致，主要體現(xiàn)為漸進(jìn)式的教學(xué)模式，大部分工科專業(yè)實(shí)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和“準(zhǔn)備--實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)--實(shí)驗(yàn)操作--實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析”的傳統(tǒng)教學(xué)方法，對(duì)創(chuàng)新型教學(xué)特色的體現(xiàn)程度有所欠缺。尤其近年來，教育體系的框架限制導(dǎo)致學(xué)生的自學(xué)能力和實(shí)操能力嚴(yán)重下滑，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的反饋效果不良，無法有效融合專業(yè)理論知識(shí)，進(jìn)一步削弱了專業(yè)培養(yǎng)的特色和要求。此外，以前通過其他專業(yè)課及實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)了解的專業(yè)信息與咨詢并沒能有效激發(fā)學(xué)生的專業(yè)興趣，學(xué)生對(duì)于專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的學(xué)習(xí)熱情每況愈下，部分學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的意愿和能力也不斷降低，對(duì)整個(gè)班級(jí)甚至專業(yè)的學(xué)習(xí)環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生不良影響。長(zhǎng)此以往，學(xué)生培養(yǎng)的效果將不再特色鮮明，不僅會(huì)影響到學(xué)校、專業(yè)的發(fā)展，更不利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。

（三）監(jiān)督和考核機(jī)制缺乏科學(xué)性

在傳統(tǒng)教學(xué)觀念中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的地位相對(duì)較輕。在管理部門、教師和學(xué)生當(dāng)中或多或少有重理論、輕實(shí)踐的思想出現(xiàn)。首先，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)安排的隨機(jī)性較大，教師變動(dòng)學(xué)時(shí)、合并實(shí)驗(yàn)的事情時(shí)有發(fā)生；個(gè)別學(xué)生找他人代做實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象也存在；其次，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)沒有獨(dú)立的教學(xué)體系，不設(shè)置單獨(dú)的學(xué)分，沒有獨(dú)立的考試環(huán)節(jié)，考核辦法往往主要以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為考核依據(jù)，學(xué)生只注重結(jié)果，不注重過程，認(rèn)為交一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告便達(dá)到目的；再次，學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣并不高，如果學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不合理，實(shí)驗(yàn)報(bào)告中會(huì)出現(xiàn)編造實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，無形中扼殺了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，而實(shí)驗(yàn)也僅僅成了理論教學(xué)的附屬品。

二、冶金綜合實(shí)驗(yàn)改革新途徑

（一）將科研融入教學(xué)過程科研成果轉(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發(fā)”的部分科研成果，開設(shè)了中間包水模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中，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)量方面的作用越來越明顯，已經(jīng)由普通的過渡容器發(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。

（二）教學(xué)理念應(yīng)及時(shí)轉(zhuǎn)變并緊隨工程教育認(rèn)證體系

2016年6月2日，我國成為國際本科工程教育學(xué)會(huì)互認(rèn)協(xié)議《華盛頓協(xié)議》的第十八個(gè)正式會(huì)員，這意味著，對(duì)于本科院校學(xué)生，只要其所在的專業(yè)取得了工程教育專業(yè)認(rèn)證，就擁有了國際工程教育“質(zhì)量保證書”。在此背景下，高等院校本科教學(xué)的傳統(tǒng)理念受到極大影響，應(yīng)以學(xué)生的綜合素質(zhì)培養(yǎng)為首要目標(biāo)，提升培養(yǎng)要求和質(zhì)量，以達(dá)到國際通用水平。

因此，傳統(tǒng)教學(xué)理念必須轉(zhuǎn)變，大型綜合實(shí)驗(yàn)也應(yīng)如此。應(yīng)該明確教學(xué)的核心思想是“以學(xué)生為中心”，主要體現(xiàn)為綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)性和團(tuán)隊(duì)性。冶金綜合實(shí)驗(yàn)的環(huán)境更接近于實(shí)際生產(chǎn)，如鋁板帶的軋制工藝設(shè)計(jì)需要依據(jù)不同鋁板軋件尺寸進(jìn)行軋制溫度、速度等工藝參數(shù)調(diào)整，軋輥直徑、軋制壓力等軋機(jī)運(yùn)行調(diào)試等工作也應(yīng)陸續(xù)完成，這些環(huán)節(jié)皆體現(xiàn)了設(shè)計(jì)工作的重要性。在這一環(huán)節(jié)的實(shí)踐中，通過模擬真實(shí)的生產(chǎn)環(huán)境達(dá)到著重培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計(jì)工程方案的能力的目的。此外，綜合實(shí)驗(yàn)的綜合程度決定了教學(xué)過程中必須發(fā)揮團(tuán)隊(duì)作用，教師、學(xué)生都需要充當(dāng)團(tuán)隊(duì)角色，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容自行研發(fā)設(shè)計(jì)方案，并提出有效解決辦法，錘煉學(xué)生在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊(duì)意識(shí)?？傊?，專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)理念應(yīng)該順應(yīng)專業(yè)未來的發(fā)展趨勢(shì)，適時(shí)“轉(zhuǎn)彎”，以工程教育認(rèn)證為“目的地”，加快改革速度，這樣才能更好地適應(yīng)教育全球化的大勢(shì)。

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

先開發(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：

一，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)不深刻的問題。

二，學(xué)生在學(xué)習(xí)“鋼鐵冶金學(xué)”的過程中，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。

三，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)，通過交互式的生產(chǎn)實(shí)習(xí)過程，能夠彌補(bǔ)冶金企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不允許操作的問題，有助于提升學(xué)生的生產(chǎn)實(shí)踐效果。

三、結(jié)語

在冶金專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系中，綜合實(shí)驗(yàn)的有效實(shí)施可以發(fā)揮重要作用。冶金綜合實(shí)驗(yàn)的改革能夠切實(shí)提高學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐能力，能夠有效發(fā)揮實(shí)踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)作用。學(xué)生在實(shí)踐中收獲專業(yè)理論知識(shí)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、自主分析和解決問題的素質(zhì)、團(tuán)隊(duì)合作經(jīng)驗(yàn)及持續(xù)學(xué)習(xí)和發(fā)展的能力，是工科專業(yè)實(shí)踐教育的進(jìn)步。

【參考文獻(xiàn)】

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