冶金工程專業虛擬實習及教學技術研究

申瑩瑩+++杜雪巖+趙琴

摘要：冶金工程專業課程涉及面廣、內容抽象、實踐性強，傳統實習由于企業限定、實習費用高、危險性大等原因而無法深入、全面，影響了教學效果。對此，我們可將虛擬仿真實習與現場實習相結合，通過生產錄像、研究設備模型、操作仿真系統、在線學習，保證實習的時間和質量，以獲得更好的教學效果。

關鍵詞：虛擬實習 冶金工程 教學研究

一、冶金工程專業課程及實踐教學特點

（一）專業課程涉及面廣且內容抽象

冶金是國民建設的經濟基礎，是國家工業發展水平和實力的標志，它為化工、機械、建筑、能源、交通、航空航天工業、國防軍工等各行各業提供了需要的材料產品。現代農業、工業、國防及科技的發展對冶金工業的要求越來越嚴格，繼而推動著冶金學科和工程技術的發展，反過來，冶金工程的發展又不斷為人類文明進步提供著新的物質基礎。具體來說，冶金工程主要研究從金屬礦石中提取金屬或金屬化合物，并制成具有良好的使用性能、加工性能及具有經濟價值的材料。而冶金工程專業主要是培養具有較扎實的冶金工程專業基礎理論和知識，可以在鋼鐵冶金及有色金屬冶金領域從事工藝設及計產品開發、技術開發、科學研究、生產組織與管理等方面工作的高級工程技術人才。主干課程包括：《冶金傳輸原理》《冶金物理化學》《冶金基礎理論》《鋼鐵冶金工藝學》《有色金屬冶金學》《冶金設計基礎》等，這些課程與生產實際結合緊密，課程之間也互相交叉，內容抽象。尤其是教材中比較復雜的冶煉系統，如高爐煉鐵布置系統、轉爐煉鋼布置系統等，教科書中都是以平面圖和剖面圖表示，缺乏立體感，任課教師講起來費勁，學生學習也比較困難。

（二）現有的教學手段不能達到預期教學效果

實踐性教學環節在本科教育中占有舉足輕重的地位，是教學計劃、專業培養目標和課程設置的有機組成部分，是理論教學的完善和補充。學生可通過實踐了解和掌握某項產品的典型生產環節，了解生產工藝，建立產品生產流程的概念。同時，通過實踐環節，也可以檢查學校教育中存在的問題，增強高校培養人才與企業發展的適應性，對推進教學改革，進一步拓寬教師業務能力，提高教師的思想水平具有積極作用。冶金工程專業一向致力于將實習作為學生運用所學知識、直接參與生產實踐、提高動手能力的主要實踐環節。然而，近年來由于種種原因，學生實習存在不少問題，主要表現為：（1）實習場地難以落實：（2）高校專業實習大多以參觀為主，學生沒有或很少有直接參與生產和動手操作的機會：（3）實習經費短缺；（4）實習質量不容樂觀；（5）指導教師實踐能力欠缺等。

由于上述原因，目前學生到企業實習難以達到預期效果，因而有必要對現有的實習模式進行改革，打破時間、空間的限制，探索其他形式的實習模式，為學生建立一個可通過自主學習獲得知識和技能的靈活學習方式。為此，我們在冶金工程專業推行了虛擬實習。

二、冶金工程虛擬實習及教學關鍵

虛擬仿真指利用計算機模擬技術，建立虛擬實習平臺，模仿企業生產現場的操作系統，①包括觀看生產錄像、研究設備模型、操作仿真系統、在線學習。

（一）觀看生產錄像

生產錄像能夠真實、形象地反映企業的生產現狀。教師應結合生產錄像進行實習環節教學，輔助以講解和說明，使得學生先從視覺上感知生產，對生產工藝流程和生產設備工作情況有初步了解，進而提高對工程實踐的認知能力。這種教學方式不僅有助于教師的教學更好地符合教學有效性的標準，還能有效地激勵學生學習，使他們取得更好的實習效果。

（二）研究設備模型

模型是企業實際生產設備的按比例縮小，采用電子技術，自控技術，金屬動態模型制作技術、多媒體技術等形成的生產工藝過程和設備的直觀實習、實訓系統。學生通過對設備模型的研究學習，能對企業生產流程及設備運行情況有一定的宏觀認識，提高實習質量。

（三）操作仿真系統

計算機虛擬仿真可以直觀、動態地把生產過程反映出來。針對目前企業很難保證每個學生都能親自參與，仿真完全可以做到一人一機，可以在一臺計算機上虛擬仿真具體的生產工藝流程和生產設備，保證每個學生都能得到充分訓練。②而虛擬仿真實踐周期短，我們可讓學生反復地進行多次練習，以加深他們對生產原理、工藝流程、注意事項等的理解和掌握，提高其學習的效果和效率，增強其工程實踐能力。③

（四）在線學習

網絡教學互動平臺，不僅能在線提供豐富的課程資料，還能讓人們在線互動、交流、答疑。通過網絡平臺互動、強化實踐教學、常態化國際交流等多種形式，全方位地調動了學生的學習主動性，突出了學生在教學中的主體地位。④

虛擬仿真教育在實踐教學環節中的積極應用和開展，有助于提高實踐教學效果、節省實習經費。虛擬實習只需拍攝或購買生產錄像、設備模型，以及付出軟件開發費或軟件使用費，大大地節省了有限的實習經費。而傳統實習由于企業限定、實習費用高、危險性大等原因而無法深入、全面。對此，我們可將虛擬仿真實習與現場實習相結合，以保證實習的時間和質量。

三、總結

虛擬技術的應用是當今高等教育的必然趨勢，我們應合理地將冶金工程專業傳統教學方式與虛擬教學手段相結合，激發學生的學習興趣，使他們產生一種身臨其境的感覺，以解決當前課堂和實踐教學中遇到的問題，更好地提高教學質量。

注釋：

①柯中爐，牟惠康，楊林生.虛擬技術：提升高職專業課實踐教學的有效策略[J].職業教育研究，2008（10）：158-160.

②李明田.淺談化工原理仿真實驗在教學實踐中的研究[J].中國科教創新導刊，2007（5）：70.

③王芃.仿真實驗室在高職食品專業教學中的建設及應用[J].農產品加工學刊，2007（9）：54-55.

④吳重光.仿真技術[M].北京：化學工業出版社，2000.