計算機技術在冶金工程專業(yè)課程教學中的應用淺探

張紅亮

（中南大學 冶金科學與工程學院，湖南 長沙 410083）

冶金工程專業(yè)是培養(yǎng)具備有冶金工程領域科學研究與開發(fā)應用、工程設計與實施、技術攻關與改造、新技術推廣與應用、工程規(guī)劃與冶金企業(yè)管理等技能的高層次專業(yè)人才[1]。專業(yè)課程的學習為所有的課程教學中最重要環(huán)節(jié)之一，要求學生對整個冶金過程的的流程、反應、原理等進行掌握，是學生日后從事冶金工程領域相關工作的重要基礎。

一直以來，由于冶金工程一般存在流程長，反應復雜，反應器龐大，反應大多為高溫高壓高腐蝕的惡劣環(huán)境，學生很難對整個流程及內(nèi)部的情況有透徹的了解，而在教學中常以流程框圖的方式進行教學，往往導致學生對學習的內(nèi)容缺乏興趣，對重點缺乏掌握，學習積極型降低，影響了專業(yè)課程的教學質(zhì)量。

在新的形勢下，為了不斷提高冶金工程專業(yè)課程的教學質(zhì)量，從計算機的角度出發(fā)，在課程的講述模式、課件的制作、冶金流程的3D虛擬現(xiàn)實體驗等方面進行了探索研究。

1.課程的講述模式

傳統(tǒng)冶金工程專業(yè)課程的講述以教師口頭講述結(jié)合黑板板書為主，盡管教師的經(jīng)驗豐富，專業(yè)知識也很扎實，但要將所有的內(nèi)容直觀的表述出來是比較困難且費時費力的。而且現(xiàn)代冶金生產(chǎn)由于生產(chǎn)規(guī)模龐大、設備大型化、現(xiàn)代化程度高等特性，因此教師的授課模式需要進行革新，這是保證冶金工程專業(yè)課程教學質(zhì)量的基礎之一。

為此，結(jié)合當前教學實際及目前計算機軟硬件水平的發(fā)展，提出一種多維授課方式，包括教師課堂講述、多媒體課件展示、企業(yè)工程師網(wǎng)絡遠程視頻操作演示及小組專題討論等授課方式。

1 ）課堂講述

教師為整個課堂的主導者，對于冶金工程專業(yè)的教師來說，需要有寬廣的知識面和扎實的專業(yè)理論基礎，在講述過程中，不但要結(jié)合書本，更要結(jié)合實際，例如將傳統(tǒng)冶金和最新研究成果進行穿插講解，如此不但可以調(diào)動學生的求知欲，更可以激發(fā)學生的學習熱情，對于專業(yè)課程的授課效率有較大的提高。

2 ）多媒體課件展示

多媒體課件包含圖、文、聲音等多種元素，通過多媒體課件的展示，教師將能更好的將課程內(nèi)容敘述清楚，并可以提前收集各種方式的圖片及文字等，從而可以最大幅度的將冶金流程及反應流程講述清晰，并且整個課程的趣味性與學術性大幅度增加。

3 ）企業(yè)工程師網(wǎng)絡遠程視頻操作演示

由于當前冶金工程專業(yè)畢業(yè)生最大的短板為其實際工程經(jīng)驗，盡管可以通過認識實習和生產(chǎn)實習彌補，但由于這些實習時間短，學生需要掌握的內(nèi)容太多，無法對每一實際流程進行仔細學習，更多的是流連于表面，此外，現(xiàn)場不確定因素過多，容易造成安全事故。當前，由于網(wǎng)絡技術的發(fā)展，廉價的網(wǎng)絡視頻通話無論是在視頻畫質(zhì)及畫面流暢程度上都有大幅度的提高，因此完全可以通過完成會議模式或者遠程視頻對話的模式，讓學生不但可以在教室里觀察現(xiàn)場實際的操作與工藝流程，還可以與現(xiàn)場企業(yè)工程師進行交流。整個過程可如下圖1所示，該方法相對實習的優(yōu)點在于學生無需深入現(xiàn)場，從而可避免諸多隱患，且整個系統(tǒng)無需花費過多的經(jīng)費。

4 ）小組專題討論

當前冶金工程專業(yè)課的授課模式更多的是一種填鴨式的教學方法，學生都屬于一種被動的接收者，如此往往導致學生上課積極性不高，學習興趣和效率降低。相比國外，小組專題討論在我國開展較少，故在這方面可以由教師主動引導，分配主題，學生通過自由組合，共同討論完成任務，并進行相應的講述和成果展示。這種授課方式，可以讓學生更多的參與課堂教學，還可以鍛煉學生的團隊協(xié)作、領導及各種個人能力。

2.課件的制作

當前，由于計算機軟硬件的發(fā)展，大多數(shù)冶金工程的專業(yè)課程都開始采用多媒體授課，但這也帶來了一些問題，包括講課速度過快、多媒體課件制作照搬書本，文字太多，學生往往難以一下子消化。為此，對于課件的制作，需要冶金工程的教師不斷完善這方面的技巧，而對于冶金工程專業(yè)課程的課件來說，需要注意一下幾個方面：文字表述；圖片格式；流程動畫等。

1 ）文字表述：由于多媒體課件不同于書本，其更多的是起到一種提綱的作用，因此不能將書本的內(nèi)容整段整篇的拷貝到課件中，而是應該對書本內(nèi)容進行提煉，再以標題的形式給出。如此，則教師在講課過程中不但能把握大綱，還能調(diào)動學生的積極性。

2 ）圖片格式：由于目前課本上反應器大多為老式反應器，且圖片格式不清晰，因此，在制作課件時，需要教師手機最新的反應器或設備流程圖。

3 ）流程動畫：經(jīng)管流程圖能較好的展示冶金過程中的物料或者是能量流程圖，但如果以動畫的形式展示，那整個課程內(nèi)容將更加生動，學生的興趣必定大幅度提高。

3.冶金流程的3D虛擬現(xiàn)實

3 D虛擬現(xiàn)實（VR-virtual reality）,也稱虛擬實境，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)。它利用計算機技術生成一個逼真的、具有視覺、聽覺、觸覺等多感知的三維虛擬環(huán)境，通過使用各種交互設備，同虛擬環(huán)境進行互動，身臨其境地與之進行交互仿真和信息交流。它是一種全新的數(shù)字化人機接口技術，也是數(shù)字媒體技術的高級階段。與傳統(tǒng)的模擬技術相比，其主要特征是：操作者能夠真正進入一個由計算機生成的交互式三維虛擬環(huán)境中，與之互動和交流。通過參與者與虛擬環(huán)境的相互作用，并借助人本身對所接觸事物的感知和認知能力，幫助啟發(fā)參與者的思維和認識能力，以全方位地獲取虛擬環(huán)境所蘊涵的各種空間信息和邏輯信息。沉浸感和實時交互性是虛擬現(xiàn)實的實質(zhì)性特征，對時空環(huán)境的現(xiàn)實構(gòu)想（即啟發(fā)思維，獲取信息的過程）是虛擬現(xiàn)實的最終目的。對于冶金過程專業(yè)課程來說，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)可以讓學生對整個冶金流程或者冶金反應器內(nèi)的反應、物料平衡和能量平衡有全方位的掌握。下圖2為典型冶金過程3D虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的架構(gòu)，通過離線的設計、開發(fā)和數(shù)據(jù)采集可以讓該系統(tǒng)更加完善。

4.結(jié)束語：冶金專業(yè)課程的教學是冶金工程專業(yè)學生教育的基礎環(huán)節(jié)之一，針對冶金工程專業(yè)課程教學中存在的一些問題，從計算機的角度出發(fā)，在課程的講述模式、課件的制作、冶金流程的3D演示等方面進行了探索研究，初步形成一套較為先進的教學模式，最大程度的利用計算機技術將實際的冶金過程真實的呈現(xiàn)在學生眼前，為學生畢業(yè)后獨立從是冶金專業(yè)工作打下堅實基礎。

圖2

[1]任鵬，黃曉然，董君偉.淺析冶金工程專業(yè)[J].高校招生，2006(4)：55.