智慧教育培養滿足智能制造需求的冶金工程人才

喻亮 王春霞 姜艷麗

【摘要】文章提出在廣西開展智慧教育，冶金大數據案例式教學，本科和研究生教育課程改革，建立校企合作長效機制，建設虛擬仿真實驗中心進行微課講學等培養方案，滿足冶金工程智能制造的人才需求。

【關鍵詞】智慧教育；智能制造；冶金工程

【基金項目】基于創新能力培養的金屬材料工程專業實驗教學探索與實踐（項目編號：2017JGB260）；校教改項目2018B08（RD18103064）。

智能制造是中國冶金企業邁向高端的“催化劑”，是整個產業轉型的一個新方向。實施冶金過程智能制造，數據積累更多、更廣，將形成各個層次的工業大數據。然而在各類冶金過程的控制中心，工藝工程師缺乏對大數據進行有效分析的知識和能力，缺少分析方法和工具，面對大數據感到困惑。因此，冶金工程專業工藝工程師的知識和能力結構必須調整，以適應智能制造的普遍需求[1]。在廣西開展的基于智慧教育背景，結合虛擬仿真教學和課程改革，可以培養出滿足智能制造需求的冶金工程人才。

一、開展智慧教育

智慧教育是高度信息化支持發展的教育新形態，是適當而有效地利用物聯網、云計算、新型顯示、大數據、虛擬仿真、智能化等現代技術實現智慧化教學、智慧化學習、智慧化評價、智慧化管理、智慧化服務以及促進學生高級思維能力和創新創造能力培養的教育，是信息時代教育現代化的核心與標志[2]。智慧學習具有個性化、高效率、沉浸性、持續性、自然性等基本特征，能夠幫助學習者不斷認識自己，發現自己和提升自己，成為21世紀知識和智慧的創造者。智慧教育可歸納為四點特征：（1）科學探究發現真理；（2）技術應用實現價值；（3）研究型創意設計提升價值；（4）文化取向影響價值。它們分別對應教育領域中“學習科學”“教育技術”“教師發展”和“教育文化”四個方面。其中（3）的意義十分重大[2]。人們在學習過程中，只有通過一系列環環緊扣的學習、實踐、協同、研究活動，才能有效培養高級思維能力和創新創造能力。停留在一知半解、淺嘗輒止的淺層次水平上，難以培養智能制造時代所需要的拔尖創新型人才。這是智慧教育的核心觀點和基本內容。本科生和研究生生存在智慧教育背景的時代，要求他們在學習中必須貫穿創新創造[3]。

二、冶金大數據案例式教學

本科生和研究生已經掌握了冶金方面的基礎知識，完成了認識實習或生產實習的過程，在冶金課程教學中引進案例是可行的，不但可以提高學生綜合分析和處理工程實踐的能力，而且能讓學生掌握本領域科技發展的前沿和存在的問題。案例的選取要取材于生產或科研實際，具有真實典型性[4]。以鋁冶金行業的中鋁電解大數據為例，鋁電解廠測量的數據有電壓、槽噪聲、鋁水平、電解質水平、鋁硅比、熔體溫度等參數，這些海量數據提供給鋁冶金專業人員寶貴的研究素材。如何把這些數據資源提純，形成有價值、有意義的科學內容，使鋁廠的生產智能化、清潔化、低能耗化、緊湊化、簡約化，是鋁冶金專業人員努力的方向。在冶金工程專業本科生及研究生的人才培養中，可將特定的問題（例陽極效應）設定為數據指標去挖掘問題的根源所在。冶金專業研究人員需要對數據進行整合，挖掘鋁電解過程中隱含的理論機理（如波動機理、傳質傳熱過程等）[5]。桂林理工大學結合目前主流的大數據技術，充分考慮系統的穩定性、安全性、可擴展性，合理地對數據分層，搭建了鋁冶金應用大數據平臺，基本構架如圖1所示。

此外，大數據的云計算技術的應用也將是一種必然趨勢。早在幾年前，冶金自動化的幾個專家就已提出要關注云計算技術的發展及冶金生產海量數據處理技術的應用問題。“云技術”處理冶金工藝優化、品種開發的結合與應用問題，建立統一（或分區域）、與各企業緊密結合的云計算平臺的任務已經被提到議事日程上來了。智能化冶金設備研發與應用的幾個重點全數字化控制功能將成為智能化冶金設備的標志性特征。全數字控制功能冶金設備（數字電動、數字液壓、數字化工藝調控軟硬組合件）與“模-數-模”反（前）饋閉環偏差調節的系統相比，控制更直接，更靈敏，更精確。智能化冶金設備擺脫了單一的機電設備先制造后配套的模式，直接嵌入檢測控制系統，制備出本質智能化設備。云計算數據在結構與材質優化的基礎上可以進一步推進冶金設備輕量化。因此，基于大數據和云計算的冶金生產智能化發展方向已是確定無疑的趨勢。智能化冶金設備將成為智能化鋼廠運行的重要保證。加快研發與應用是中國鋼鐵科技自主創新引領世界的重要任務。

三、本科和研究生教育課程改革

冶金工程專業在培養人才時，除了重基礎知識，抓特色外，還需補充計算機信息處理相關知識，構建與之相適應的實踐教學模塊。重基礎即加強專業基礎課程的教育，如冶金物理化學、冶金原理、冶金傳輸原理、冶金反應工程等課程；抓特色是指要與當地冶金產業相關，與教師科研方向相關；開設計算機相關的課程，構建冶金工程信息學實踐模塊，增加計算機統計軟件應用訓練，概率論與數理統計課程增加上機操作計算的內容和學時，培養基本的數據分析能力[6]。

選修課方面：（1）開設數據庫、數據倉庫及OLAP課程、高級數據分析課程；（2）開設信號處理和信號分析課程；（3）開設冶金工程信息學，將冶金過程工藝技術與數據分析處理方法融合，培養學生復合的專業意識、知識和能力；（4）開展在職工藝工程師的大數據分析培訓[1]。

四、建立校企合作長效機制

把“企業搬進校園”無疑能夠促進教育的開展。通過組建職教集團，明確校企多方的權利和義務，讓學校和學校之間、學校和企業之間、企業與企業之間共享資源，充分交換數據，壯大數據庫資源，集團內互通有無，讓合作各方在合作中都獲得切實的實惠。這樣，就能充分調動各方的積極性。特別是以營利為目的的企業，一旦從職教集團中切實感受了好處，就會非常積極主動地把“企業送進校園”，把“技能人員（教師）送進校園”。只有捆綁在一起、實現互利共贏的校企合作才能獲得長效發展。也只有這樣的合作方式，才能實現職業院校把企業搬進校園的初衷：使學生在校園內中做到“六合一”，即車間、教室合一，學生、學徒合一，教師、師傅合一，理論、實踐合一，作品、產品合一，育人、創收合一[7]。

五、建設虛擬仿真實驗中心進行微課講學

近幾年來，桂林理工大學金屬冶金流程虛擬仿真教學中心投入300萬元，形成完整的虛實結合金屬冶金和制造流程教學環境；面向全國冶金高校和企業開放虛擬仿真實驗教學硬件與軟件資源，服務“卓越工程師”“企業現場工程師”等培訓及認證。實踐證明，利用仿真教學中心冶金仿真技術模擬煉鋼系統集成了煉鐵、煉鋼、連鑄、軋制等冶金生產環節，以及冶金動力學和冶金反應工程學微觀機理獲益匪淺。教學知識密度大，表現力強，突破了傳統教學模式，以隨機性、靈活性、全方位、立體化方式把教學內容形象、生動地呈現給學生。虛擬仿真實驗授課采用“微課”方式，一次微課授課不超過15分鐘，內容劃分得越細致，微課的效果越明顯。語言簡潔明了，杜絕把大篇幅的字放到課件里進行念經式上課，通過簡潔精辟的文字引導學生開展發散性思考。微課教學內容還可以錄像，移到校園網上實施遠程教學。鼓勵學生參與虛擬仿真中心的硬件平臺和軟件開發，提高學生管理數據的能力，為冶金過程智能制造準備人才，為學科增強活力，為該專業畢業生的就業拓寬渠道[8]。

六、結束語

隨著《中國制造2025》和智能制造的實施，先進制造業正從傳統制造模式向高度數字化、網絡化、智能化方向轉型。工程技術人員不但需要具備扎實的工程基礎知識和良好的人文社會科學素養，通曉冶金工程的基本原理、專業技能與研究方法，還必須能在智能化冶金生產、產品的智慧型開發方面創造出更多成果。本文提出的方案經過實踐證明，可以培養出滿足廣西地區冶金工程智能制造的人才。高等院校必須大力改革，培養模式可以補充、完善、擴充，培養更多適應國家和地方經濟，適應全社會智能制造的高技術人才。

【參考文獻】

[1]劉衛，周軍.智能制造對冶金工程專業人才培養的要求[J].課程教育研究，2018（2）：254.

[2]陳琳，王運武.面向智慧教育的微課設計研究[J].教育研究，2015，36（3）：127-130，136.

[3]祝智庭，賀斌.智慧教育：教育信息化的新境界[J].電化教育研究，2012，33（12）：5-13.

[4]王明玉，王學文.案例教學法在稀有金屬冶金學教學中的應用[J].湖北函授大學學報，2015，28（12）：122-123.

[5]喻亮，高凡，王紫千，等.分形插值法擬合鋁液界面波動曲線[J].桂林理工大學學報，2017，37（02）：322-330.

[6]喻亮，王春霞，劉崇宇，等.“一中心，三結合”的創新人才培養模式提高冶金工程專業大學生科技創新能力的研究與實踐[J].黑龍江冶金，2016，36（01）：60-62.

[7]羅鯤，韋春，張發愛，等.“卓越計劃”背景下廣西高校專業學位研究生培養模式探析[J].廣西教育，2012（47）：48-49，54.

[8]王春霞，姜艷麗，李義兵，等.冶金工程的虛擬仿真實踐教學平臺系統的研究與實踐[J].廣東化工，2016，43（4）：147-148.