卓越計劃背景下冶金工程專業的實驗教學的改革與實踐

周巍 呂凡 蘇麗娟 王曉南 侯紀新

摘要：以“卓越工程師”培養為目標，在秉承傳統的基礎上，結合冶金工程專業學生的知識結構特點，對冶金工程專業實驗教學進行了全面系統的改革，構建了“基礎—綜合—創新”三層次的階梯式新型教學模式。同時在教學方法和內容方面，采用多種方式方法，進行不斷的教學改革與探索。

關鍵詞：卓越工程師；冶金工程；實驗教學；教學方法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）02-0236-02

一、引言

教育部“卓越工程師教育培養計劃”是貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（2010—2020年）》的重大改革項目，也是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措。該計劃旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務。

冶金工程專業是一門理論和實踐緊密結合，實踐性很強的學科，良好的實驗能力在很大程度上決定了學生的綜合科研素養。該專業方向培養綜合素質優秀，具有扎實的鋼鐵冶金學科基礎知識與理論，掌握一定的采礦、選礦、金屬材料加工、冶金機械、能源與環境等相關學科專業知識，工程素養突出、創新能力強、具有國際視野，能夠支撐我國鋼鐵冶金技術創新與行業發展的高素質創新型工程技術人才。本文基于卓越工程師教育培養目標，從教學內容更新、教學方法和手段改革、畢業設計等方面進行了研究與實踐，取得了較好的效果。

二、更新實驗教學理念

秉承“授人以魚，不如授人以漁”的原則，教學過程中不僅要傳授知識和技能，而探索如何找到解決問題的方法，比單純的解決問題更重要，因此確立了“傳識授業、問題啟惑、尋道踐新、協導解惑”的實驗教學理念，如圖1所示。

“傳識授業”，是教師在向學生進行教學時，傳授知識和技能，例如，首先向學生講解燒結礦和球團礦的高溫性能，并解釋其測試原理。然后教師示范燒結礦和球團礦的高溫性能測試實驗操作過程，使學生實踐掌握測試實驗技能。

“問題啟惑”，是對學生問問題，啟發學生思考“困惑”，例如，首先讓學生對比燒結礦和球團礦的高溫冶金性能，提出問題“高爐中應該用燒結礦還是球團礦？”，當學生能夠回答該問題時，進一步啟發學生思考“如何確定燒結礦和球團礦使用的比例關系”。

“尋道踐新”，是指學生針對老師提出的問題，自行探索尋求解決問題的方法，并通過實踐創新解決問題。例如，學生查閱相關書籍，并通過總結文獻閱讀形成實驗方案，結合檢索的相關文獻，進行文獻綜述，形成實驗方案，通過實驗確定最佳的比例，找到解決問題的辦法。

“協導解惑”，是指學生在“尋道踐新”的過程中，教師協助引導學生，逐步找到解決問題的辦法，例如，首先讓學生查閱相關文獻，然后在實驗教學中指導學生的實驗方案，針對實驗中的各種問題，予以解答。

三、探索多層次實驗教學體系與內容

基于冶金工程學科的特點，以針對加強學生實踐能力與創新能力培養為出發點，秉承“注重實踐、倡導創新，尊重個性、全面發展”的方針，不斷優化人才培養模式與人才培養體系的思路，建立起新型的冶金工程實踐的實驗教學體系并在實踐中應用。

新型綜合實驗教學體系設計指導思想遵循“注重實踐，倡導創新”，就是要培養適應社會發展對創新型人才的需要，堅持走“培育英才”之路；注重層次化，即基礎層次、綜合層次、創新層次；實驗教學中心綜合實驗教學體系建設，重點體現在對本科生綜合能力、實踐能力和創新能力的培養，應在基礎層次培養的基礎上，加強綜合層次和創新層次的能力培養的實驗教學體系建設。

冶金工程實驗中心基礎實驗緊密結合《冶金傳輸原理》、《冶金物理化學》、《鋼鐵冶金學》等主干專業課成，針對這些課程中的重難點，形象解釋、實際驗證這些理論及現象的思想貫穿了構建基礎實驗平臺的思路，體現了學科理論知識和實驗技術、實驗方法的理論與實踐的互補。綜合實驗的目的是為了掌握冶金工程的各項實踐技能，同時鞏固所學理論知識。要通過實驗教學的方法進行鋼鐵冶金、冶金傳輸原理、冶金物理化學、金屬材料學綜合實踐工作能力。

四、改革實驗教學方法

1.將科研融入教學過程，科研成果轉化為實驗內容。科研工作與教學實踐的相結合，不僅大大激發學生的學習激情，也可有效提升教師的教學水平。尤其對于冶金工程學科教師來說，科研方法融入實驗教學，學生在實驗過程中，運用科學研究方法，提高自身發現問題、解決問題的能力，同時提升自身的探究、創新的能力。科研成果運用到實驗內容中，使得學生們更好地運用所知，大幅度提升對于實驗課程的熱情，極大提高學生們的創新能力，使得理論與實踐的結合得到更充分的運用，為把學生培養成全方面發展的人才打下堅實的基礎。同時為教師探索研究性、創新性教育的道路起到詳細的引導作用。

2.開發高溫不可視冶煉過程的仿真實物模型和數學模型，豐富教學手段。針對鋼鐵冶煉過程高溫和密閉反應器中諸多過程不可見，通過制作實物仿真模型，和建立綜合考慮溫度場、流場、應力場及物理化學反應的多相流仿真數學模型，構建工藝仿真模型，將“黑箱”白化，并將可視化動態仿真結果用于形象化教學。

3.“虛實”交互式實踐教學，提升實踐教學效果。在國內率先開發應用了鋼鐵冶金虛擬實踐訓練平臺，該平臺訓練與現場實習交互，有利于提升實踐教學效果。學生在學習“冶金工程概論”和“新生研討課”后，可在虛擬實踐訓練平臺的三維虛擬場景中，瀏覽鋼鐵企業，完成虛擬認識實習，并在校外現場認識實習完成后，可再次使用虛擬認識實習。這樣不僅有利于彌補認識實習時間短、學生多、難于深入觀察了解等問題，而且有利于改善單純虛擬實習，對鋼鐵企業感官認識不深刻的問題。

4.注重實驗報告的撰寫。實驗報告在冶金工程實驗課程中占有舉足輕重的位置，首先，實驗課的準備，學生們要切實了解實驗內容，初步了解實驗目的、實驗原理、實驗步驟及注意事項。實驗過程中指導老師要密切觀察學生們的操作規范、增加與學生們之間的溝通，及時發現并解決問題，同時要考查學生們的學習深度，提出問題開放學生思維，大膽創新。試驗結束后，告知學生認真撰寫報告，注重實驗問題、實驗思考部分內容的撰寫。

五、結語

通過實驗教學理念的更新和新的實驗教學體系的構建，冶金工程專業實驗教學體系已從傳統集中式教學模式逐步過渡到“基礎—綜合—創新”的多層次教學模式。實驗教學體系的改變，不僅使學生充分地認識了解到冶金工程這門學科的內容，還可以提起學生們對于冶金工程理論與工藝的學習興趣。在實驗教學過程中，指導老師與學生密切交流，在溝通中了解學生們的所思、所想、所感，使學生在鉆研中不斷地摸索、完善、創新和總結經驗，注重學生的各項素質和能力的培養，為培養專業型人才奠定了堅實的基礎，同時促使教師們在教學過程中取得傲人的成績。

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