軋制過程虛擬仿真實驗教學培養創新型人才的必要性

摘要：21世紀是我國現代化建設發展的重要階段，亟需具有工程設計、工程實踐和工程創新能力的專業技術人才，對高等學校創新型人才的培養提出了更高的要求。隨著工業技術的發展，企業對高素質材料成型與控制工程專業技術人才的需求呈現不斷增長的趨勢，要求畢業生不僅具備扎實的基礎理論知識，還應具有突出的創新意識，具有較強的工程實踐能力。但現有實驗教學目的更多針對專業基礎課程理論知識的鍛煉和培養，學生工程實踐和創新能力培養面臨嚴峻挑戰，通過軋制過程虛擬仿真實驗教學資源建設與實踐，勢必促進材料成型及控制工程專業實驗與實踐教學方法、手段和管理的創新，全面提升材料成型及控制工程專業本科人才培養質量，提高學生的工程實踐能力和創新精神。

關鍵詞：材料成型與控制工程；創新型人才；虛擬仿真實驗教學；工程實踐能力

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

21世紀是我國現代化建設發展的重要階段，亟需具有工程設計、工程實踐和工程創新能力的專業技術人才，對高等學校創新型人才的培養提出了更高的要求。而特色人才培養是我校特別是冶金工程虛擬仿真實驗教學中心的重要任務，因此，金屬材料工程和材料成型及控制工程專業必須把提高實驗教學質量，提高學生創新精神和素質放在重要位置。為培養出知識面廣、基礎知識扎實、素質高、動手能力強的高級應用型人才，就必須突破傳統的以灌輸學生基礎理論知識為主的實驗教學模式，建立以學生為主體、培養學生綜合能力為主的仿真實驗教學模式。

1 冶金工程虛擬仿真實驗教學中心成立

近年來，本著“強化工程訓練、啟迪創新思維、培養創新能力”教學理念，河北聯合大學冶金與能源學院投入大量人力、物力和資金作為支持，大力開展多層次、全方位的教育教學改革，尤其是在學生的實驗和實踐教學方面，大力推進實驗教學資源建設，研發了轉爐冶煉靜態預報、熱軋帶鋼虛擬仿真、熱軋中厚板軋制力能負荷預報和棒線材熱軋穿水冷卻仿真等教學系統，2010年，冶金工程學科依托“現代冶金技術”教育部和河北省重點實驗室，利用我校數字化網絡基礎平臺，將已有數值模擬實驗中心、煉鐵新技術實驗室、連鑄工程仿真實驗中心、高效軋制仿真實驗室等現有虛擬和仿真實驗教學資源進行整合，成立了“冶金工程虛擬仿真實驗教學中心”。

中心初步建成了冶金多媒體認知教學、冶金虛擬交互學習、網絡模擬煉鋼實訓、冶金過程仿真實驗和相關學科協同創新實驗等五大系統，形成了從專業認知到交互學習，從工程實踐訓練到創新能力培養的系統化的實驗教學體系，開設了基礎性實驗、綜合設計性實驗和創新性實驗為一體的系統化的實驗教學項目，使中心逐漸發展成為冶金工程及相關學科人才培養的重要的實驗教學基地。

2 企業對材料成型及控制工程專業人才需求

隨著工業技術的發展，企業對高素質材料成型與控制工程專業技術人才的需求呈現不斷增長的趨勢，與此同時，企業對此專業人才的知識結構和實際的動手操作能力也提出了更高的要求，希望畢業生能夠“零距離”上崗。要求畢業生不僅具備扎實的軋鋼方面的基礎理論知識，還應具有突出的創新意識，能將跨學科知識融會貫通，具有較強的工程實踐能力。

材料成型與控制工程專業的前身是我校1958年建院時的軋鋼專業，1982年專業調整改成金屬壓力加工，1998年根據教育部專業設置目錄并且根據河北省對專業技術人才的需求，新組建了以材料塑性成型為基礎的材料成型及控制工程專業，根據河北省實際情況和學校長期以來自己形成的軋制特色，我專業培養重點一直以軋鋼為主要方向。

3 軋制過程虛擬仿真實驗教學培養創新型人才的必要性

軋鋼領域目前發展速度很快，本科生創新意識培養和實踐能力的提高對畢業生就業極為重要。軋制過程虛擬仿真實驗教學的建設與實踐對培養以軋制為特色的材料成形與控制工程專業的應用技術型、創新型的高級專業技術人才有重要作用和意義。盡管學校為材料成型及控制工程專業的實驗教學已配備了一定的實驗設備，但現有實驗教學目的更多針對專業基礎課程理論知識的鍛煉和培養，學生工程實踐和創新能力培養面臨嚴峻挑戰，實驗和實踐教學效果主要受到以下幾個方面制約：

（1）軋制過程設備結構和連軋張力建立原理的學習無法實現

軋制過程從原料加工到最終產品需經歷坯料準備、加熱、軋制、冷卻和熱處理等工序，使得軋鋼廠具有車間廠房占地面積大、生產工藝流程長、設備裝置結構復雜以及軋制過程數學模型多樣等顯著特點，而且各個工段均存在多種危險因素。學生在實習過程想觀察到廠地全貌、設備結構、工藝流程等無法實現，實習成本也較高。因此，采用多媒體3D動畫仿真系統，構建軋鋼工藝多媒體虛擬仿真教學實驗平臺，能夠使學生在更為安全的條件下獲得身臨其境的感受。

（2）現場實訓和工藝操作實踐無法實現

現代化軋鋼生產對產品質量要求越來越高，需要各工序對于操作參數的控制越來越嚴格、精確，稍有不穩定因素，不僅會影響產品質量，還會對生產的順行帶來危害，造成經濟損失，嚴重時還會導致事故發生。對于初入職場的新人來說，少有機會直接操作連鑄機、軋鋼機、卷取機等大型設備，在校大學生深入現場實訓和工藝操作就更加不可想象。因此，采用熱連軋帶鋼虛擬仿真教學實驗平臺，不僅可以通過反復訓練、交互學習，使學生熟練掌握軋制過程、工藝參數及操作規程，同時也避免了新手到現場后實際操作的不穩定因素。

（3）實驗室再現試驗非常困難

鑄坯軋制各工序屬于高溫、高危、高耗能和高成本過程，在學校環境內大規模再現現場軋鋼實際操作的實驗項目很難實現，連軋過程建張原理更難直觀再現和觀察。通過仿真實驗系統的構建與實驗室數值模擬，開展數值模擬的設計研究，將這些科研的仿真設備轉化為教學設備，不僅可以節省大量資源，而且能夠將高校教師的科研項目與課題融入到仿真實驗教學研究活動中。因此，積極探索這種轉化模式，建立適宜的仿真實驗教學系統，對于仿真實驗教學項目的開展和科研轉化教學都具有重要意義。

因此，通過軋制過程虛擬仿真實驗教學資源建設與實踐，勢必促進材料成型及控制工程專業實驗與實踐教學方法、手段和管理的創新，全面提升材料成型及控制工程專業本科人才培養質量，提高學生的工程實踐能力和創新精神。

參考文獻

1.構建虛擬仿真實驗平臺，探索創新人才培養模式陳萍 周會超 周虛 《實驗技術與管理》 2011年03期