“新工科”背景下冶金工程專業人才培養體系探索

胡紹巖　王德永　盛敏齊　屈天鵬

摘 要 本文以蘇州大學冶金工程專業“新工科”建設為背景，論述了學科交叉融合的必要性和緊迫性，構建了以冶金基本原理為核心，以工藝開發、設備認知、檢測技術、控制技術、模型算法、工程管理為輔助的課程體系，強化虛擬仿真、工程實踐和融合訓練，“頭腦風暴”貫穿教育全過程，著力培養厚基礎、寬領域、重應用、懂管理的復合型工程技術人才。

關鍵詞 新工科 冶金工程 學科交叉 復合型人才

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2021.01.038

Abstracts Based on the background of "New Engineering Education" construction in Soochow University， this paper discusses the necessity and urgency of interdisciplinary integration. A curriculum system coupled with metallurgical principles and process development， equipment cognition， detection technology， model algorithm， engineering management is proposed. The goal is to cultivate compound engineering and technical personnel with thick foundation， wide field， heavy application and understanding management.

Keywords new engineering; metallurgical engineering; interdisciplinary integration; compound talents

0 引言

中國正處于由“制造業大國”向“制造業強國”邁進的關鍵時期，亟須進行產業轉型升級和科技創新發展，教育部于2017年開始持續推動新工科研究和實踐，“新工科”計劃的提出可謂恰逢其時。圍繞工程教育的新理念、學科專業新結構、人才培養新模式、教育教學新質量、分類發展新體系5個方面，大力推進工程教育改革創新，培養造就一批多樣化、創新性的卓越工程技術人才，適應新一輪科技革命與產業變革，引領中國制造業高質量發展。[1]

冶金工業屬于傳統制造業領域，為建筑、交通、機械、化工、能源、航空航天、國防軍工等各行各業提供所需的材料產品，是國家工業實力的重要標志。[2]現代冶金工業順應時代發展和科技變革，早已擺脫“傻大黑粗”的傳統印象，取而代之的是自動化、信息化、智能化的先進生產工藝流程，[3]各種機器人、傳感器、高端儀器設備、大數據系統、智慧算法在冶金企業中廣泛應用，冶金工業的產品升級和產業升級對傳統的冶金工程教育模式也提出了新的挑戰。[4]

1 傳統教育模式存在的問題

傳統的工程教育模式，過分拘泥于專業的細節，強調專業的深度，容易將學生的思維局限在狹小的專業空間內;[5]此外，課程設置以工藝類課程為主，忽視機械設備、自動化控制等工藝載體，導致學生難以真正理解工程問題。

冶金工程專業涉及選礦、燒結、球團、焦化、煉鐵、煉鋼、精煉、鑄造等多個生產工序，涉及物質流、能量流、信息流等多要素協同，工藝流程長，生產設備繁多，生產組織復雜。傳統教育模式培養的學生缺乏系統觀和大工程觀，在工程實踐中難以系統全面地分析問題和解決問題。實踐表明，學科隔閡、創新思維訓練不足、深層次的工程實踐缺失等是制約冶金工程專業培養厚基礎、寬領域、重應用、懂管理的復合型工程技術人才的關鍵因素。[6]

首先，冶金專業本科階段課程受限于較狹窄的冶金學科領域限制，以冶金基礎課和冶金專業課為主，通識教育不足，知識面窄，無法滿足工程實踐中多學科交叉融合的現狀。

其次，現有培養模式是以教師為中心的，教師教什么，學生學什么，對于學生創新意識、創新能力及解決冶金相關領域復雜工程問題能力的訓練仍顯不足。

此外，工程教育離不開工程實踐，目前普遍采取的認知實習和生產實習模式難以真正落實，受限于安全問題、組織協調問題等，學生在生產現場普遍是走馬觀花，無法將理論學習與實際生產真正結合起來并融會貫通。

2 學科交叉的必要性探討

現實中，哪怕一個小產品都可能涉及多學科問題，如發光二極管（LED），從學科言，涉及電子、物理、材料、制造、機械等諸多領域。可見，在產業轉型升級的時代，在新的工業革命來臨之際，人們必須充分意識到今后遇到的科技問題和工程問題都將越來越復雜，僅靠單一學科往往難以有效解決，多學科交叉的重要性將日益凸顯。強調學科交叉，就是要考慮科技創新的上下游融通和不同學科的融通，加強基礎學科之間、基礎學科與應用學科、科學與技術、自然科學與人文社會科學的交叉融合，在交叉學科領域耕耘具有顛覆性意義的原創性成果。[7-9]

對于冶金工程領域，不僅要通過領域內部相互借鑒、相互滲透促成新技術的產生與發展，同時也要加強與相關聯學科領域的相互交叉融合，形成多學科、多產業協同發展，促進系統性、顛覆性技術的產生。[10]

因此，“新工科”要幫助學生建立多學科交叉的意識，讓學生認識到新技術的發展需要依賴于多學科交叉，養成在多學科空間觀察、思考問題的習慣，釋放學生的想象力和創造力。[11]“新工科”教育體系需要重新審視專業邊界，以冶金工程專業為例，將傳感器與檢測技術、物聯網、大數據分析、人工智能等專業知識納入課程體系是十分必要的。[12]

3 復合型人才培養體系構建

冶金工程專業是蘇州大學“新工科”建設的重點專業，學院自成立以來一直以建設國際一流的冶金人才培養和冶金技術研發中心為目標，強調學科交叉融合，目前已形成先進鋼鐵流程關鍵技術、輕金屬材料制備與成形、冶金資源高效清潔利用、新能源材料制備4個特色發展方向，實現了高品質金屬材料研發、冶煉、加工、循環的全流程化。

以教育部“新工科”建設為契機，學院對課程體系和人才培養方案進行了全新的升級，圍繞冶金基本原理這一核心，開設有關冶金設備、傳感技術、控制技術、模型算法、工程管理等的系列課程，著力培養厚基礎、寬領域、重應用、懂管理的復合型工程技術人才。

在具體的課程體系方面，分階段設置基礎課程、專業課程、虛擬仿真課程、工程實踐和融合訓練。在基礎課程中，充分利用學生在高中時期積累的理科知識，進一步夯實學生的數學、物理、化學基礎，強調基礎知識的重要性，正如習近平總書記所說“基礎不牢，地動山搖”，為學生今后的科研之路奠定基礎;在此前提下，結合冶金過程的基本原理，開設冶金物理化學、冶金傳輸原理、凝固原理、材料科學基礎等專業基礎課程，將數學、物理、化學的應用推進至冶金學科領域內。夯實理論基礎對于后續工藝問題的理解和再創新都是至關重要的。

在專業課程方面，不區分鋼鐵冶金和有色金屬冶金，統一開設鋼鐵冶金學和有色金屬冶金學課程，促進黑色金屬和有色金屬冶煉工藝方法的交叉融合，互相借鑒、互相學習;此外，近些年新的冶金工藝迅速發展，如電渣冶金、電磁冶金、生物冶金、超重力冶金、懸浮冶金、真空冶金、微波冶金、超聲波冶金、太陽能冶金等等，也應予以重視并編入課程內容，鼓勵學生開拓思維，銳意創新。在此基礎上，還應開設冶金生態學、現代冶金裝備與技術、傳感器技術與智能控制等相關課程，鼓勵學生自主調研和課外探索，提出新思路、新工藝、新裝置等。

在課程學習的基礎上，強化虛擬仿真技術在冶金教學中的應用，[13]充分利用學院自主開發的煉鋼過程虛擬仿真教學平臺和國家虛擬仿真實驗教學項目共享平臺，通過虛擬仿真的三維視圖來真實感知現場工藝設備，了解每個工序的設備組成、工序與工序之間的配置關系。開展虛擬仿真實驗教學，讓學生親身體驗典型冶金工序的生產操作，將所學理論知識與生產工藝緊密結合。鼓勵學生參加鋼鐵模擬冶煉大賽，以賽促學，加深學生對生產實踐的認知。

進一步，開展多樣化的工程實踐教學，包括冶金實驗室參觀、冶金過程典型案例教學、冶金企業認知實習和生產實習等多種方式。通過冶金實驗室參觀讓學生了解當前冶金工程學科開展科學研究的基本手段，通過冶金過程典型案例教學向學生展示冶金生產中存在的典型問題、發生原因及解決手段，務必讓學生在走進冶金企業實習之前形成感官認識。認知實習和生產實習必須做到實處，采取小組式輪崗實習方式，每組3～5人，確保每個學生都能看到、聽到、體驗到;建立健全本科生校內-校外雙導師制，鼓勵學生主動發現問題、提出問題和解決問題。

最后要開展學生專業能力的融合訓練，一方面通過開設鋼鐵廠設計、冶金流程工程學、生產運營管理、政治經濟學等課程培養學生的大工程觀、系統觀和宏觀思維，讓學生跳出單一工序的限制，站在更高的高度上審視問題。另一方面是鼓勵學生提前進入科研實驗室，積極參加科技競賽和科研項目，熟悉研究課題的提出、論證、開展和分析（下轉第89頁）（上接第86頁）流程，既能宏觀認識科研項目的實施過程，又能鍛煉自身的動手實踐能力。

此外，要將“頭腦風暴”式的創新訓練貫穿全程。將學生的非正式學習納入教育者的考慮之中，在課堂上拋出開放式問題，引導學生在課余時間進行自主探索、廣泛涉獵，了解科技發展動態和前沿趨勢，然后在課堂上進行自由討論，激發學生的科研興趣。

制定完善的人才培養體系，著力推動學科交叉融合，調動學生的學習積極性和科研興趣，既有助于“新工科”背景下復合型人才的培養，也有助于冶金工程學科的長遠健康發展。

參考文獻

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