基于學生為主導的《鋼冶金學》課程教學設計*

唐道文，王家偉，王 芹，劉 利

(貴州大學材料與冶金學院，貴州 貴陽 550025)

以高校教學改革及專業發展的要求和指導原則為依據，自1996年起我校將原有的“鋼鐵冶金”和“有色金屬冶金”兩個本科專業合并為冶金工程專業[1]。專業的合并既有利于我校立足貴州，又能服務全國的辦學理念。在“大冶金”背景下，以兼顧學生就業和深造理念相結合為指導，合并后專業秉承“鋼鐵”和“有色”并重的模式來進行課程體系設置。經不懈探索與實踐，逐步形成了“大冶金、重鋁鈦、兼生態”的課程設置體系和培養方案。但隨著專業的合并，一系列急需解決的問題隨之而來，譬如：如何安排課程教學？如何提高教學的靈活性和針對性問題？如何更好地把理論與實際結合起來？如何改變傳統教師“一言堂”的教學模式？如何充分調動學生積極性和主動性？等等。可見，專業的合并不僅意味著學生學習課程的增加，課程學分、學時的減少，而且意味著如何安排教學是專業面臨的重要問題，因此，新形勢下需要改革相關的課程教學模式，探索適應冶金工程專業在全國招生后的教學需求，滿足卓越工程師班培養計劃和新工科工程認證的教學要求[3-5]。

《鋼冶金學》作為冶金工程專業的主干課程，是一門理論性和實踐性較強的課程。不但要強調基礎理論知識的綜合性和實用性的教學，而且要注重學生綜合應用理論知識來解決生產實踐問題的能力的培養[2]。鑒于此，《鋼冶金學》的教學主要圍繞“四脫、兩去、兩調整、一澆注”(煉鋼的主要任務)來進行講授。在講授過程中，如何以問題、任務和案例為導向，針對不同的教學內容和教學要求，嘗試不同教學的模式與改革(如：感受式教學模式、互動式教學+講座式教學模式、比擬式教學模式、任務驅動式教學模式、微課教學模式、討論教學模式、項目教學模式、翻轉課堂教學模式，案例教學模式等？)一直是我們在教學中積極探索的問題。結合《鋼冶金學》教學大綱的要求，經過課題組和教研室深入討論，形成了教學設計方案。

1 教學方式

1.1 第一章 概述：(4學時)

教學內容和任務：明確鋼鐵工業在國民經濟中的重要地位；講授鋼和鐵的主要區別及其鋼材的優越性能。

教學目標：激發學生自主學習本課程的興趣，調動學生參與課程改革的積極性、主動性；進一步鞏固和強化學生的專業熱情；了解《鋼冶金學》的主要教學內容和教學要求。

教學形式：感受式教學模式

教學設計方案：本章以教師PPT講授為主，使用詳實的圖片和視頻資料，結合工業生產、日常生活中使用的鋼鐵材料，介紹鋼鐵材料的主要用途與性能。圍繞著為什么要“百煉成鋼”為課程問題，以前蘇聯小說《鋼鐵是怎樣煉成的》為先導，對學生進行必要的思想品德和專業教育。在此基礎上，重點分析鋼與鐵的主要區別，講述鋼材的主要用途和優越性能，以期鞏固先修課程《金屬學》、《鐵冶金學》課程的相關知識。

另外，本部分的教學中還要結合我國現代化鋼鐵工業如何從無到有、從弱到強的歷史進程，展示我國鋼鐵工業發展現狀、取得的偉大成就以及目前存在的問題；引導學生展望我國鋼鐵工業的未來發展前景，彰顯我國鋼鐵工業的發展不僅在世界歷史發展中發揮了巨大作用，更直接促進了我國國民經濟和社會發展。在通過教學激發、鞏固同學們的專業熱情和創新潛能的同時，對學生輔之以必要的愛國主義教育[8]。

1.2 第二章 煉鋼的任務與原材料：(6學時)

教學內容和任務：掌握煉鋼的主要任務“四脫、兩去、兩調整和一澆注”；熟悉鋼中雜質對鋼性能的影響；了解煉鋼對原材料的要求。

教學目標：進一步鞏固《金屬學》的相關知識，提高學生的學習能力。

教學形式：交互式教學模式+任務的下達和分配

教學設計方案：圍繞煉鋼的主要任務“四脫、兩去、兩調整和一澆注”進行設計和講授。結合鋼和鐵的主要區別，講解雜質元素對鋼性能的影響；講授熱脆、冷脆、藍脆等基本概念；通過鋼與鐵性能的對比，讓學生掌握為什么要“百煉成鋼”的重要性，進一步強化對煉鋼任務的理解。本章可結合硫、磷元素對鋼鐵性能的正反兩個方面的影響，介紹含硫易切屑鋼和含磷武器用鋼的主要性能及其熱脆、冷脆的鋼的影響，開展深入的對比和分析，培養學生辯證、嚴謹的科學態度，激發學生的創新思維模式。

本章的教學還要圍繞煉鋼過程中為什么要脫碳、脫硫、脫磷和脫氧？為什么要去除鋼水氣體和夾雜物等問題？就“理論上實現的機理？”、“實踐中如何操作？”去預設7～10個課程問題和相關任務。讓同學們通過自行選題、分組完成相應的任務，并在自主學習的基礎上在第三章教學中進行講授(嚴格要求學生自行溫習和鞏固《物理化學》、《冶金原理》、《冶金熱工基礎》和《鐵冶金學》等相關課程的相關知識)。

另外本章的交互式教學，安排學生自學并講解煉鋼對原材料的要求。

1.3 第三章 煉鋼的理論基礎：(18學時)

教學內容和任務：讓學生掌握理論上是如何完成煉鋼主要任務的？重點掌握脫碳、脫硫、脫磷和脫氧的基本原理；掌握夾雜物和氣體的去除機理；熟悉溶渣的物理化學性能及其在煉鋼過程中的作用；了解煉鋼過程中的攪拌作用等基本知識和基本原理。

教學目標：復習、鞏固《物理化學》、《冶金原理》和《鐵冶金學》等課程的相關知識，提高學生應用基本理論、基本原理分析解決問題的能力。

教學形式：交互式教學模式、翻轉課堂教學模式、縱向貫通的比擬式教學模式、任務驅動式教學。

教學設計方案：本章教學主要以反轉課堂為主，嚴格要求學生結合上一章布置的課程任務為驅動，通過課前的自主學習、資料收集來編制完成教學課件；通過反轉課堂讓學生圍繞煉鋼的主要任務與小組分配的章節內容進行課堂講授和相互的交流點評；通過深入的理論學習掌握在煉鋼過程中如何實現脫碳、脫硫、脫磷和脫氧的基礎理論，如何去除鋼水中的氣體和夾雜物等的基本原理；通過學生講授，在交互式的交流過程中總結和提高，特別要求學生將《物理化學》、《冶金原理》課程的基本理論：如相圖、熔渣、活度等等基礎知識與煉鋼生產理論相結合并能靈活應用。本章教學設計方案重點在于發揮學生的主動性、能動性，引導學生自主思考問題，并以課堂現場作答、辯論和上講臺講解的方式自行講授。在此，教師僅發揮歸納總結的作用。希望在教學過程中能形成良好的師生互動、生生互動，產生教、學共鳴和共振，同時進一步提高學生的自主學習能力。同時通過布置作業的方式進一步提升學生的歸納、總結能力。

另外，本部分還要布置轉爐煉鋼部分的教改作業并分配任務，安排學生進行預習。

1.4 第四章 轉爐煉鋼：(10學時)

教學內容和任務：掌握轉爐煉鋼的冶金特點及其在操作過程中如何完成煉鋼任務，重點掌握裝料制度、供氧制度、造渣制度、熱制度和終點控制制度的主要內容及操作特點；熟悉頂吹轉爐和復吹轉爐煉鋼冶金特點，了解轉爐煉鋼技術的發展歷程和轉爐煉鋼新技術和新方向。

教學目標：鞏固并掌握學生前期所學的基本理論和基本原理，了解轉爐煉鋼技術的發展，熟悉轉爐煉鋼的操作技術。

教學形式：交互式教學模式、反轉課堂教學模式、案例教學模式。

教學設計方案：通過轉爐煉鋼過程中鋼液和爐渣的成分變化情況的講解和分析，要求教師能清晰地分析鋼水中硅、錳、碳、氧和爐渣中SiO2、MnO、CaO、MgO、FeO的變化規律與相互的聯系，進一步強化和鞏固前一章教學的基本理論和基本概念。結合轉爐煉鋼技術的發展，以轉爐煉鋼過程中的裝料制度、供氧制度、造渣制度、脫氧制度、熱制度和終點控制制度等作為問題導向進行任務驅動，讓學生收集資料，了解并熟悉轉爐冶煉典型鋼種在實踐中如何操作完成的？本部分要求學生對比裝料制度中定量裝入、定深裝入和分階段定量裝入的異同；供氧制度中恒壓變搶、恒槍變壓、變槍變壓操作如何實現轉爐煉鋼過程中的軟吹和硬吹操作；如何針對原料和目標鋼種的成分異同進行單渣法、雙渣法和雙渣留渣法的操作；脫氧制度中要求學生深刻理解和掌握沉淀脫氧、鋼渣界面脫氧、擴散脫氧和真空脫氧的主要區別和實踐中如何應用。讓學生進一步理解和鞏固轉爐煉鋼過程中的各項操作制度[6]。

結合轉爐煉鋼技術的發展歷程與轉爐煉鋼新技術發展現狀，讓學生討論、分析和對比底吹轉爐、頂吹轉爐和頂底復合吹煉轉爐煉鋼技術的區別與相互聯系。另外要努力籌措資金申購《鋼鐵冶金實習實訓系統軟件》在計算機上進行模擬實踐。除此之外，還要鼓勵并組織學生參加網絡煉鋼大賽，讓學生在模擬煉鋼的實踐中、交互式的學習過程中進一步總結和提高。

1.5 第五章 電弧爐煉鋼：(4學時)

教學內容和任務：掌握電弧爐煉鋼的主要特點及其操作過程中如何完成煉鋼任務；重點要求學生掌握電爐煉鋼熔化期、氧化期和還原期的主要任務、冶煉原理和操作技術；熟悉煉鋼過程中的還原與合金化原理及其合金加入量的計算方法和基本要求；了解電弧爐煉鋼技術的發展方向。

教學目標：鞏固并掌握學生前期所學的基本理論和基本原理，了解電弧爐煉鋼技術的發展，熟悉電弧爐煉鋼的操作技術。

教學形式：交互式教學模式、反轉課堂教學模式、案例教學模式和分組辯論模式。

教學設計方案：本章重點講授電弧爐煉鋼過程中熔化期、氧化期和還原期及合金成分調整的基本理論和計算，熔化期要求學生能理解如何實現快速熔化的操作和提前造渣的目的；氧化期要求學生掌握造渣的目的，尤其是白渣法和電石渣法在生產實踐中應用效果及選用依據，兩種渣法的異同，同時要掌握合金成分調整的配料計算過程及依據。結合電爐煉鋼技術的發展讓學生以典型鋼種(如不銹鋼、合金結構鋼等)的冶煉為案例，分析電爐煉鋼在理論和實踐上與轉爐煉鋼有何異同？實踐中如何完成操作？等問題進行講解，在交互式的交流過程中總結和提高。根據進度及學生的學習狀況適時提出電弧爐煉鋼與轉爐煉鋼誰優誰劣的問題？引導學生自己去思考、辯論，最后教師進行歸納總結，再次形成良好的師生互動、生生互動，產生教、學共鳴和共振，提高學生主動思考和學習的能力[5]。

另外本章教學中要結合現代電爐煉鋼技術的發展，介紹目前電爐煉鋼采用的泡沫渣操作、廢鋼預熱與直流電弧爐等新工藝、新技術和新設備。

1.6 第六章 爐外精煉與連鑄：(6學時)

教學內容和任務：熟悉爐外精煉和連鑄技術優點及其發展動向，重點掌握LF、VOD、VAD和RH等精煉技術的原理和實際應用；熟悉連鑄技術的基本原理和基本概念；了解連鑄技術的發展方向和動態。

教學目標：鞏固并掌握學生前期所學的基本理論和基本原理，了解爐外精煉和連鑄技術的發展趨勢，熟悉常用的爐外精煉設備和連鑄技術。

教學形式：交互式教學模式、反轉式教學模式、微課教學、案例教學模式

教學設計方案：結合優質鋼和“純凈鋼”冶煉要求，重點講解主要的爐外精煉工藝原理、設備和鋼鐵企業使用連鑄機的基本情況。本章可以通過學生自學和學生自主講授的方式進行。要求學生能理解、掌握轉爐和電爐煉鋼工藝常常配制的爐外精煉設備；不同質量要求鋼種如何選用爐外精煉設備及工藝。

本章要求學生理解連鑄的基本工藝參數，熟悉連續鑄鋼的分類及選用原則，了解連續鑄鋼在節能減排方面的發展方法(連鑄連軋、熱送熱軋和接近成品的連鑄工藝等)。

2 結 語

(1)該課程教學設計方案在我校冶金工程專業進行了兩年的教學實踐，實施效果表明：該教學設計方案對激發學生的學習積極性起到了良好的促進作用，學生考試成績的平均分和優良率正逐步提高，特別是在冶金工程卓越班的教學實踐中取得了良好的效果。我們將在今后的教學實踐中進行大膽的嘗試和探索。

(2)如何徹底改變傳統填鴨式的教學模式，充分調動學生自主學習的積極性，強化理論教學與實踐教學環節的銜接，充分運用現代教學手段來改善和豐富教學模式將是我們進一步改革、嘗試和探索的主要方向。

(3)本設計沒有考慮到課程的考核方法和模式，我們將在今后的教學實踐中對課程教學改革后的學生成績評定方法進行大膽的探索和不斷優化。