基于OBE理念的《輕金屬冶金學》微課化案例教學探索

周雪嬌 陳永利 尹建國 夏文堂 安 娟 楊文強 袁曉麗

（重慶科技學院冶金與材料工程學院 重慶 401331）

《輕金屬冶金學》是我校冶金工程專業有色金屬冶金方向的一門骨干專業課程，是一門工程實踐性很強的課程。本課程重點介紹輕金屬冶金的基本概念、原理、主要生產工藝以及應用基礎理論分析和解決實際問題的基本方法。學生除了需要具備良好的基礎理論外，還需具備較好的分析問題、解決問題的能力。

案例教學是一種在教師的指導下，帶學生進入“現場”，通過案例討論與分析以提高學習效果的教學方法。它把實際生產、科研中的問題展示給學生，使他們在課堂上即可接觸到生產及科研中的實際問題，從而有效彌補實踐的不足。而微課則可以根據《輕金屬冶金學》的具體知識點精心設計，強化目標輸出。如果基于OBE理念，將案例教學與微課教學融合，形成微課化案例教學，這必將有利于調動學生積極性，培養學生分析問題和解決問題的能力，提升課程教學的質量，最終強化學生的學習產出。因此，本課題即是基于OBE理念，將微課化案例教學融入到《輕金屬冶金學》課程的教學中，以提高教學效果，強化學生學習產出。

我校人才培養定位為應用型，2018年我校冶金工程專業通過了專業教育認證，對課程目標及畢業要求達成度提出了明確的要求。基于OBE理念，發現由于教材內容陳舊、實踐環節缺失和教學方法落后等問題，學生對輕金屬提取過程理解不深、興趣不濃、掌握不全，影響學生畢業后從事輕金屬生產和科研工作的適應性與發展潛力。將微課化案例教學引入《輕金屬冶金學》課程的教學設計和實施過程中，對培養應用型冶金工程專業人才具有重大現實意義，可有效改善這些情況，但目前尚存在一些問題需要解決。

1 存在問題

1.1 案例資源缺乏

目前，本課程使用的教材和大部分國內外專著中，主要論述的是輕金屬冶金的基本原理、工藝以及設備等，介紹的工藝技術參數相對陳舊，缺乏現代輕金屬冶金先進技術、工藝和設備的案例。中南大學在案例教學上進行了探索，討論了選擇案例應遵循的基本原則，介紹了課堂教學組織的實施方案等，但具體案例報道很少。相應案例的缺乏使《輕金屬冶金學》案例教學成為無源之水，制約了案例教學的有效開展。

1.2 微課資源匱乏

前期工作中，課題組收集了許多老牌冶金強校的一些教學資源，包括課件PPT、教學大綱、試題資料等，但能用于《輕金屬冶金學》課程的微課資源卻較少見到，而將生產現場視頻及圖片與教材中設備、原理和工藝對應講解的微課資源更加稀缺。微課資源的匱乏使微課化案例教學舉步維艱。

1.3 《輕金屬冶金學》課程微課化案例教學體系尚未建立

從世界范圍來看，案例教學最早興起于經濟、管理等領域，并于近年發展到其它專業的教學活動中，而由于工科技術的復雜性，案例教學在冶金工程專業課程教學中還較少應用。而“微課”概念自2011年在國內首次提出后，作為一種新型的教育信息資源形式就以其短小精悍的特點被大家廣泛認可并實踐。將案例教學融入到微課教學實例極少，而綜合應用于《輕金屬冶金學》課程，并形成相應的教學體系，更是未見報道。開展《輕金屬冶金學》課程微課化案例教學可有效提升學生學習興趣，強化課程教學效果及學生學習產出。

2 微課化案例教學探索

針對當前《輕金屬冶金學》微課化案例教學中存在的的問題，本課程采用了以下建設方法：

2.1 教學案例庫建設

本著理論和實踐相結合的原則，案例的內容必須包括所講授的基本理論、工藝與設備等。案例的選取應與時俱進，不應以落后的甚至是淘汰的技術或手段處理生產中的問題作為應用案例。在平時生產實習、科學研究、仿真實訓和媒體、期刊、網絡等報道中，課題組非常注重典型案例收集、分析與匯總，教學案例庫素材即來源于此。

2.1.1 企業實際案例

例如，在某電解鋁企業實習時，發現陽極上有的上部穿孔，有的底部開溝，看起來與眾不同。引導學生觀察后，學生都覺得很新奇，就問教師陽極為什么要穿孔、開溝。教師先讓同學思考后，再通過討論讓學生談談自己的看法，在討論過程中啟發學生從極距構成及其對電壓降的影響等方面思考，分析其基本原理及設計思路等。通過討論學生了解到穿孔或開溝陽極有利于氣體產物二氧化碳、一氧化碳等排出。當然，在與一線工人交流的時候，也發現了一些需要改進的地方，比如說采用穿孔陽極后，操作更加復雜、陽極效應系數增加、陽極使用壽命縮短等。而這就需要研究人員進一步完善該技術，才能更好地推廣應用。創新，可以說是一個企業生存、發展之道，而不斷的完善則可以讓其走得更遠。

后來，據此建立了鋁電解節能案例庫，如：異型陽極、異型陰極以及陰-陽極集成節能技術等這些企業實際應用的創新技術。課堂教學過程中，引入這些技術創新的案例，讓同學們思考其設計思路、節能降耗的基本原理、以及優缺點，大家都非常感興趣，學習產出效果良好。在企業實習時，課題組還會收集相關輕金屬如鋁、鎂的生產現場視頻及圖片，豐富教學資源庫。此外，課題組也會針對權威報道引入企業實際案例，以便提供學生真實感受，引導其思考，積極討論并參與課堂。

2.1.2 科研課題案例

課題組非常注重科研反哺教學，在教學中積極引入科研成果，包括課題組的研究成果，作為典型案例與學生討論、分析課題的來源、思路以及研究手段等。比如介紹完氧化鋁的生產方法時，引入案例教學，給出原料成分，讓學生據此探討高硫鋁土礦生成氧化鋁的可行方法。在案例分析討論過程中，結合重慶某氧化鋁生產企業實例，可以使案例更加具體而生動。在此案例中，將地區資源綜合利用與科研有效結合，強化了同學們服務社會的意識，激發了大家對科研的興趣，也突出了課本知識的應用，有效提高了學生分析問題、解決問題的能力，強化了學習產出。

在科研案例中，除了課題組的研究成果，課堂上也非常注重其他高校和研究所的成果引入，積極指導學生及時了解冶金前沿動態，如焙燒脫硫技術、濕法脫硫技術等，建立了脫硫技術案例庫。在選取具體的案例時都保持客觀、公正地引導與介紹，以拓展學生思維，強化學習產出效果。

2.1.3 仿真實訓案例

學院擁有國家級虛擬仿真實驗教學中心，其中有色金屬冶金流程仿真實驗室即擁有輕金屬鋁電解仿真實訓系統，可實現認知學習、仿真操作、考核評價、實踐創新、設計教學、資源庫建立等功能。

電解鋁生產虛擬仿真實訓系統主要由現場監控、參數管理、行車控制以及現場輔助等構成，可實現加料、開罩、行車移動、提升母線、新極定位、打殼、測量等的實時動態展示；電解鋁3D虛擬仿真場景可與控制系統形成實時互動，逼真反映企業真實生產工藝。通過本系統，可實現電解鋁的正常工藝操作，包括換陽極、抬母線、出鋁等常規作業。此外，還可以通過本系統建立鋁電解異常工況處理案例，如冷槽、熱槽、滾鋁等異常工況，可結合3D實際現場界面給予生動的反饋，并能夠對操作結果給出相應的評價。這樣，學生在學習到相關理論知識時，即可以通過實訓操作強化知識的應用，并且操作趣味性很高、結果的直觀性也非常好，學生都樂于接受、易于理解，可明顯強化學習產出效果。因此，在《輕金屬冶金學》授課過程中，可以采用本系統建立鋁電解常規操作案例庫和異常工況處理案例庫，形象生動、實時操作、實時評價，有助于強化學習產出效果。

3 網絡提煉案例

媒體、期刊、網絡等資源更新迅速，能及時反應行業變化、技術革新等，課題組也非常關注。如前面介紹的脫硫技術就有一部分來源于此。豐富的網絡資源可使案例庫更加豐富、飽滿而全面，可有效拓展學生思維，了解行業前沿動態。

這樣，根據教學計劃和內容，課題組通過企業、科研、仿真以及網絡等，收集了大量的相關案例，建設了《輕金屬冶金學》教學案例庫。

3.1 案例資源微課化

資源收集、匯總、分析后，通過描述和講解將收集的資料、拍攝的照片和視頻，虛擬仿真軟件和教學內容進行對比和聯系，如拍攝的現場照片、視頻和教材中的設備和工藝聯系、收集的先進工藝設備和教材中的工藝設備比較等，突出和深化教學知識要點，并通過相關軟件制作成微課。須注意得是，案例教學必須強化學生的參與度。因此，在微課播放過程中，需注意控制節奏，讓學生在掌握基本理論的基礎上，以“問題”引導學生開放思路，使學生在討論、分析的過程中獲得知識，然后給出案例解決方案，讓學生把自己的解決方法與微課中的案例解決方法進行對比分析，最終達到知識遷移、學以致用的效果。例如，在講授穿孔陽極時，首先用微課向學生介紹槽電壓組成，導出產物氣體對槽電壓的影響，提出陽極改造問題，繼而讓學生討論，形成小組意見，然后隨機或指定同學（如小組長）在課堂上闡述，討論時教師需注意控制節奏并及時給出評價。若能對知識進行拓展與遷移，效果更佳，如可從穿孔或開溝陽極拓展到不同異型陽極，最后再與微課化案例進行對比并匯總，強化學生學習產出。

3.2 微課化案例教學體系建設

梳理現有《輕金屬冶金學》教學大綱與教學授課計劃，針對目前教學過程中教材內容陳舊、實踐環節缺失和教學方法落后的現狀，將來源于企業實際、科研課題、虛擬實訓、網絡資源的微課化案例融入到日常教學活動中，補充先進的工藝技術、理論聯系實踐、虛擬照進現實，多層次、全方位激發學生學習興趣，提高授課質量，強化學生學習產出效果。授課前，應對整個課程采用的所有案例進行綜合考慮，注意案例的提煉與編輯組合，使案例貫穿于一條主線，具有一定的系統性、連貫性。如可以根據氧化鋁生產的溶出、稀釋、晶種分解等生產環節設計案例。

3.3 微課化案例教學模式的完善

在微課化案例建設的過程中，逐步優化教學大綱和教學體系，并逐漸在《輕金屬冶金學》課程中使用微課化案例教學。在教學實踐中，通過當堂作業、第二課堂、階段小測試和考試等了解學生對所講授知識點的掌握情況、反饋教學效果，并逐漸優化案例、修改微課、完善教學體系，最終形成獨特的基于OBE理念的微課化案例教學模式。

通過課程問卷調查發現，基于OBE理念的微課化案例教學實施后，學生對本課程的認可度有一定提高，并且本課程綜合成績平均分也由前面的74.86分提高到了82.87分，學習產出效果提高顯著。

4 結語

案例教學可有效調動學生參與課堂，微課化后可強化內容的形散而神不散，而OBE理念則能讓課程目標更為具體而突出，使微課化案例教學具有正確的、可靠的“技術藍圖”，可有效增強學習的靈活性及目標性，并可延伸現行教學內容的前沿性與先進性，開闊學生視野，提高學生學習興趣，提升教學質量，強化學生學習產出效果。