冶金工程專業融入虛擬仿真的生產實習新模式探索

（安徽工業大學冶金工程學院 安徽·馬鞍山 243002）

0 引言

生產實習是冶金工程專業本科教學計劃中重要的實踐性教學環節，是在符合培養目標的前提下設置的教學計劃，能起到完善理論教學的作用。通過生產實習，不僅有助于學生鞏固、擴大和加深所學理論知識的程度，獲得組織和管理生產的初步知識，在畢業前從應用層面掌握冶金產品的生產流程，還可以檢查專業課程教學中存在的問題，對推進教學改革和拓寬教師業務能力具有積極作用。近年來，在科技革命與產業變革的外部環境下，國家大力推進創新驅動發展和“中國制造2025”等一系列戰略，各界已達成了“新工科”建設共識，這為冶金工程等傳統工科的發展提供了新機遇，也對學科建設與人才培養提出了新要求。為提高冶金工程專業生產實習教學質量和達到培養適應社會發展的卓越冶金人才的目的，需要分析目前冶金工程專業生產實習課程教學過程中存在的問題，并按照“新工科”建設目標進行教學模式改革。

1 冶金工程專業生產實習課程教學中的問題

通過對相關冶金類院校和承擔生產實習任務的企業調研后發現，發現目前冶金工程專業本科生生產實習過程中存在一些影響教學效果和質量的客觀因素。例如，近年來國營、集體所有制企業經營模式轉變及高校擴招，使得冶金工程專業生產實習面臨實習基地發展規模和學生人數增長不成比例，實習環境不能適應實踐教學的要求，實習時間安排相對集中、實習過程時間較短，實習指導教師及學生實習實踐能力欠缺，實習經費短缺等諸多困難。此外，鑒于冶金行業的特殊性（如高溫、設備龐大等），實習企業考慮到安全生產、技術保密等因素，僅安排學生在實習現場進行簡單觀摩而非實際操作，并不能很好地讓學生了解冶金設備的結構及具體冶煉生產流程。以安徽工業大學冶金工程專業為例，本學年共147名本科生參與生產實習，包括普通本科班共130人和卓越工程師班17人，由10位實習指導教師帶隊采用分組輪流的模式安排在中國寶武馬鋼集團進行生產實習。面對如此大規模的實習隊伍，馬鋼集團只能在不影響正常生產活動的基礎上，由技術人員對煉鐵、煉鋼和軋鋼等幾個典型的生產工藝講述后，安排學生簡單參觀高爐、轉爐、連鑄等冶煉工藝現場。這種走馬觀花式的教學模式既嚴重影響了學生對待生產實習的積極性，又無法讓學生真正意義上掌握冶金產品冶煉過程中的關鍵問題。在為期4-5周的集中性生產實習之后，實習指導教師根據出勤情況和撰寫的實習報告對學生生產實習進行考評，這種考核方式缺乏科學性和客觀公正性?？傮w來說，本年度生產實習的整體教學效果不佳，遠未達到教學目的，最終將造成學生在實踐能力培養中的缺失。

現階段冶金工程專業生產實習現狀和面臨的困境一直是困擾冶金教學工作者的難題。因此，有必要對現有的傳統、單一的實習模式進行改革，探索其他形式的實習模式，打破空間、時間限制，為學生建立一個靈活的、通過自主學習獲得知識和技能的學習方式。

2 探索虛擬仿真融入冶金工程專業生產實習的新模式

2.1 冶金工程生產實習融入虛擬仿真的意義

近年來，國內眾多高校開始建立與專業相關的虛擬仿真實踐教學基地用于相關專業的教學和科研。建立冶金過程虛擬仿真實踐教學基地是通過將多媒體技術、計算機仿真技術與虛擬現實技術相結合，構建典型的冶金生產工藝流程、生產設備及布局等立體模型，從而創造一個逼真的虛擬環境，真實再現冶金生產車間環境和各個生產環節的情景，實現對冶金生產操作過程的模擬，例如儀器儀表的操作，設備開停、運行、事故處理等操作。

安徽工業大學冶金工程學院自2013年起開始冶金過程生產仿真實踐教學項目的研究和論證，歷時5年完成了冶金過程虛擬仿真實踐教學基地的建設工作。目前，該基地擁有虛擬實驗項目22個、虛擬現實生產線3條、與馬鋼集團實現生產遠程數據交互中心1個，實現了對冶金全流程和配套設備的虛擬仿真，能同時容納150名師生開展相關實踐教學活動。

利用學校建設的冶金過程虛擬仿真實踐教學基地打造校內教學實習工廠，將虛擬仿真技術融入生產實習教學活動，可有效解決冶金工程專業生產實習教學中遇到的困難和問題。學生在進入企業觀摩學習前先對一系列靈活、連貫的冶金產品冶煉過程進行模擬，能緩解企業面對龐大實習隊伍長時間集中性實習所帶來的壓力。在冶金過程虛擬實習過程中，學生是虛擬體系的主體，實習指導教師起監控及輔助作用，以交互性實踐教學的方式激發學生對待生產實習的積極性。在虛擬環境中體驗冶金產品冶煉的操作過程，給學生在避免安全風險的前提下創造實際操作的機會，有助于其掌握合格產品生產的操作要領。

2.2 融入虛擬仿真的“LSWD”生產實習新模式簡介

為促進生產實習教學手段現代化，有效突破傳統生產實習教學模式的局限性，在安徽省級重點教改課題（2017jyxm0165）和安徽工業大學校級教改課題（2019jy13）項目資助下，本教學團隊以冶金行業典型產品生產過程為對象，提出了一種“LSWD”生產實習教學新模式。該模式的實施能彌補傳統企業生產實習時學生無法親自動手操作的不足，使學生對實習的冶金工藝路線、控制方式及常規故障處理等操作有了更深的理解和掌握，有助于將學生在課堂學到的理論知識提升至應用層次。

第一部分，在虛擬仿真實習前，安排學生自主學習冶金行業的現狀和前景，以及冶金產品冶煉工藝和設備的特點。指導教師將冶金產品生產過程分解為多個環節，如將鋼鐵的冶煉可分為鐵前、煉鐵、煉鋼（包含鐵水預處理、轉爐煉鋼、爐外精煉、連鑄）等三個模塊，讓學生以觀看視頻的方式學習各環節冶金過程虛擬仿真系統操作方法。邀請具有生產經驗的企業技術人員講解工藝流程和原理、設備構造和使用方法、以及其他相關擴展理論知識。

第二部分，在虛擬仿真實習中，從生產遠程數據交互中心調取企業生產實時數據，安排學生參照規范操作與實際冶金生產過程相同的虛擬仿真系統，利用虛擬的冶金設備對各環節進行模擬生產。

第三部分，在虛擬仿真實習后，安排學生進入企業進行生產現場觀摩。安排學生進入企業進行生產現場觀摩。讓學生以在操作虛擬仿真系統時遇到的困惑為導向對實際生產現場進行觀察，鼓勵學生與技術人員交流解決困惑。

第四部分，將實習學生分為兩組，先以組內討論的形式讓學生對冶金產生冶煉流程和冶金設備運行規律進行討論，再以組間提問的方式讓兩組學生之間答疑彼此實習時遇到的問題，最后由指導教師和技術人員進行歸納總結。

3 “LSWD”生產實習新模式實施步驟及要點

3.1 組織相關指導教師以“發揮專長，各司其職”的模式學習并掌握冶金過程虛擬仿真系統

目前冶金過程虛擬仿真系統剛剛建成，需要給指導老師了解、練習和掌握的過程。我校建設的冶金過程虛擬仿真實踐教學基地中的冶金過程虛擬仿真系統為每一道冶金產品冶煉工序配備了相應的“操作視頻”和“使用手冊”。指導老師需要先閱讀“使用手冊”對冶金過程虛擬仿真系統有一個初步的認識，了解系統操作的基本原理和注意事項，然后跟隨“操作視頻”對系統反復操作，做到靈活掌握。冶金工程專業的生產實習時間長涉及的工藝環節多，因此根據指導老師的研究方向或者是擅長方向配備專門的“虛擬生產實習”指導教師。除此之外，還可以多與冶金兄弟院校學習交流，盡快的建立起一支合格、高校的冶金工程生產實習指導教師隊伍。

3.2 組織實施“校內虛擬生產實習”與“校外現場生產實習”結合的“LSWD”生產實習新模式

以我校冶金工程專業鋼鐵冶金方向學生為例，該方向學生的實習由“煉鐵工藝”（2周）和“煉鋼工藝”（2周）兩塊組成。在生產實習的教學大綱中要求學生在企業生產實習時對鐵前、煉鐵、煉鋼（從鐵水預處理到連鑄）等三個模塊進行生產體驗操作，但正如前文分析的實習承擔企業、學校和學生中存在的問題，逐漸讓生產實習走向形式化，其本質由生產逐漸變化為參觀?；诖耍瑢δ壳吧a實習課程的教學大綱進行修改、完善和優化，將“煉鐵工藝”和“煉鋼工藝”各2周的現場生產實習壓縮為各1周，在現場生產實習前添加為期2周的虛擬仿真生產實習，保持總實習時間不變。上述步驟可以讓學生先通過冶金過程虛擬仿真系統模擬鋼鐵產品的冶煉過程，了解生產設備原理樣機冶煉工藝之間的銜接關系，然后再通過感官性更強的現場實習觀摩鋼鐵產品生產環境，達到提升生產實習效果的目的。

3.3 總結“LSWD”新模式下的生產實習教學經驗，優化教學模式和考核評價體系

以2017級冶金工程專業本科生為試點編寫“LSWD”新模式生產實習教學手冊，并根據試點經驗對教學大綱、教學手冊進行補充和完善。此外，鑒于教學模式的改變，對應的考核方式也應進行相應的調整，需要相應的增加對學生冶金過程虛擬仿真實踐操作能力的考核。這樣的科學合理的“雙向評估”方式是提高生產實習教學效果的有利保證。

4 結束語

現階段冶金工程專業的本科實習受時間和空間的限制，探索融入虛擬仿真技術的冶金工程專業的生產實習新模式與培養學生實踐能力和創新能力的“新工程”建設理念相符。本文提出的基于虛擬仿真技術的冶金工程專業“LSWD”生產實習新模式既能提升生產實習的教學效果，也能為學生創造更多的冶金產品冶煉實際操作機會，有助于將本科階段學習的理論知識提升至應用層次，幫助其在畢業之后更快更好的融入到實際工作當中。