《冶金傳輸原理》精品課程實驗教學(xué)的改革與探索

許美賢 林萬明 王曉敏

（太原理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 山西·太原 030024）

0 引言

2019年4月9日，教育部辦公廳正式發(fā)布《關(guān)于實施一流本科專業(yè)建設(shè)“雙萬計劃”的通知》，2019年11月教育部提出了實施一流本科課程的“雙萬計劃”，太原理工大學(xué)響應(yīng)國家“雙萬”計劃，鼓勵各專業(yè)積極申報一流本科專業(yè)和精品課程，淘汰“水課”，打造“金課”。太原理工大學(xué)冶金工程專業(yè)于2020年7月通過了工程教育認(rèn)證，并獲批了省級一流專業(yè)建設(shè)。《冶金傳輸原理》是冶金專業(yè)的核心課程，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了認(rèn)真梳理，重新修訂了培養(yǎng)計劃和課程大綱，獲批了2020年度校級精品課程建設(shè)，并積極申報省級精品課程。同時根據(jù)工程教育認(rèn)證要求，以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向，制定了本課程的教學(xué)目標(biāo)和畢業(yè)要求，突出了實踐能力和創(chuàng)新能力，注重培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)冶金專業(yè)知識分析和解決冶金行業(yè)復(fù)雜工程問題。

1 冶金傳輸原理課程目標(biāo)

《冶金傳輸原理》是冶金工程專業(yè)必修核心課程，具有很強(qiáng)的理論性和實踐性，與多門學(xué)科聯(lián)系緊密，運用高等數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等學(xué)科的基本原理，來研究冶金過程動量、熱量及質(zhì)量傳遞的基本規(guī)律。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解和掌握動量、熱量及質(zhì)量傳遞過程的基本理論，旨在于培養(yǎng)學(xué)生獲取冶金傳輸原理的基本知識，更好地掌握冶金傳輸過程的基本規(guī)律，為學(xué)生能夠分析和解決冶金領(lǐng)域復(fù)雜工程實踐問題奠定基礎(chǔ)，培養(yǎng)滿足冶金行業(yè)對高級技術(shù)人才的需求。

冶金傳輸原理實驗要求學(xué)生掌握每個實驗的基本原理，熟悉實驗的操作步驟；要求學(xué)生熟悉實驗設(shè)備的基本構(gòu)造，掌握實驗設(shè)備的維護(hù)、使用方法；掌握實驗設(shè)計的基本方法并能對實驗結(jié)果進(jìn)行熟練的數(shù)學(xué)處理和分析；要求每個學(xué)生寫出獨立的實驗報告，對實驗數(shù)據(jù)的處理，要科學(xué)全面，得出完整的結(jié)論。

在以往的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，主要采用傳統(tǒng)的指導(dǎo)方式，老師提前準(zhǔn)備實驗儀器和材料，講解實驗過程；學(xué)生按照實驗指導(dǎo)書進(jìn)行實驗操作，提交實驗報告。這種傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法導(dǎo)致學(xué)生實驗積極性不高，實驗過程中缺乏思考，實驗報告敷衍了事，實驗教學(xué)效果較差，不利于培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。同時實驗教學(xué)設(shè)備陳舊，臺套數(shù)不足，難以滿足工程教育認(rèn)證的要求。在《冶金傳輸原理》精品課程的建設(shè)中，結(jié)合工程教育認(rèn)證的要求，對《冶金傳輸原理》的實驗教學(xué)進(jìn)行改革和探索，以便提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

2 實驗教學(xué)改革

2.1 明確實驗教學(xué)的目的

冶金傳輸原理實驗的目的是培養(yǎng)學(xué)生工程實驗的設(shè)計、組織實施、實驗操作及數(shù)據(jù)處理等工程實踐能力，通過實驗提高學(xué)生動手操作、分析問題與解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊合作精神和科研創(chuàng)新能力，使學(xué)生能夠綜合運用所學(xué)知識分析冶金傳輸過程中出現(xiàn)的相關(guān)問題。通過實驗環(huán)節(jié)，加深對冶金傳輸原理理論知識的理解，掌握冶金傳輸原理實驗的基本技能，掌握相關(guān)儀器設(shè)備的使用，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力。

2.2 優(yōu)化實驗內(nèi)容

冶金傳輸原理實驗設(shè)置了必修和選修模塊，必修學(xué)時8學(xué)時，選修實驗12學(xué)時，分為基礎(chǔ)性、綜合性和設(shè)計性三類，課外為大學(xué)生創(chuàng)新項目、開放實驗室項目及各種競賽提供服務(wù)和指導(dǎo)。注重培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力，對實驗項目進(jìn)行優(yōu)化和整合，增加選修實驗數(shù)量，并提供課外創(chuàng)新實驗指導(dǎo)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和積極性，激發(fā)學(xué)生的科研創(chuàng)新潛能。

2.3 加強(qiáng)實驗預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)

為了提高實驗預(yù)習(xí)質(zhì)量，熟悉實驗?zāi)康摹嶒炘怼嶒炘O(shè)備及操作過程，將實驗指導(dǎo)書及實驗視頻提前在線上發(fā)布，實時了解學(xué)生預(yù)習(xí)進(jìn)度和完成情況。按小組提前一天進(jìn)入實驗室，根據(jù)實驗要求進(jìn)行實驗前期準(zhǔn)備工作，熟悉實驗設(shè)備及其操作。實驗前檢查實驗預(yù)習(xí)報告（或?qū)嶒灧桨福W(xué)生提出的問題進(jìn)行解答。以便學(xué)生熟悉整個實驗過程，做到心中有數(shù)。

2.4 提高學(xué)生主觀能動性

對必修實驗既要充分體現(xiàn)指導(dǎo)教師的主導(dǎo)作用，又要發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。對選修實驗和創(chuàng)新實驗，學(xué)生自行組隊，每小組3-5人，以學(xué)生為主體，通過查閱資料，小組討論，確定實驗方案，提交老師進(jìn)行審查，師生進(jìn)行討論，不斷激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，通過后進(jìn)入實驗室準(zhǔn)備實驗材料，熟悉實驗設(shè)備或改裝實驗設(shè)備，按實驗方案進(jìn)行操作。在實驗過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題，不斷優(yōu)化，不斷提高學(xué)生的主觀能動性。

2.5 激發(fā)科研創(chuàng)新能力

通過必修和選修實驗的訓(xùn)練，提高了學(xué)生的實驗操作規(guī)范性，培養(yǎng)了學(xué)生科研創(chuàng)新能力。鼓勵學(xué)生積極參申報和參與大學(xué)生創(chuàng)新項目、開放實驗及科技競賽。依靠材料學(xué)院實驗示范中心和開放實驗室，以大創(chuàng)項目和各類科技競賽為支撐，緊密結(jié)合冶金行業(yè)，學(xué)生自行組隊，根據(jù)自己興趣，結(jié)合專業(yè)知識進(jìn)行選題，積極申報項目，查閱資料，通過小組討論制定實驗方案，利用課余時間進(jìn)行實驗，自行進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析，最后撰寫科研論文。近年來，結(jié)合冶金傳輸原理基本理論，學(xué)生們參與了多個項目，如根據(jù)熱量傳輸原理進(jìn)行了冶金爐前用高溫防護(hù)服的設(shè)計，通過熱量傳輸機(jī)理的分析，選擇合適的防護(hù)服材料，增強(qiáng)衣服表面的輻射，減少材料本身的導(dǎo)熱系數(shù)。根據(jù)相似原理指導(dǎo)下的模型試驗研究方法，對轉(zhuǎn)爐水模型和鋼包水模型進(jìn)行了研究，熟悉了冶金工藝工程，對冶金復(fù)雜工程問題進(jìn)行了有效的研究。在節(jié)能減排大賽中，參與了節(jié)能型儲熱水箱的制備、高溫?zé)煔庑滦蛽Q熱器的研究及高爐水沖渣的熱量回收等項目。

2.6 改善實驗條件

我校先后向冶金傳輸原理實驗室投入近150萬元，改造了實驗室的環(huán)境，增加了雷諾實驗、導(dǎo)熱系數(shù)、輻射率臺套數(shù)，購置轉(zhuǎn)爐水模型實驗裝置和冶金工程虛擬仿真軟件。對學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實驗開放實驗提供了硬件支持，加強(qiáng)了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，對實驗教學(xué)質(zhì)量的提高起到了積極地推動作用。

2.7 加強(qiáng)實驗過程監(jiān)督

在實驗操作過程中，要突出學(xué)生工程技能和實踐動手能力的評價和測試。指導(dǎo)老師要關(guān)注學(xué)生的實驗過程，了解學(xué)生對實驗步驟的熟悉程度及其操作過程的規(guī)范性，隨機(jī)進(jìn)行提問，并將回答問題情況記入平時成績。這樣學(xué)生在實驗中就必須弄明白實驗原理和操作步驟，減少實驗的盲目性，從而引導(dǎo)學(xué)生積極主動地去掌握實驗原理及關(guān)鍵操作技術(shù)，有效地培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。真實記錄實驗數(shù)據(jù)，及時處理實驗數(shù)據(jù)，并對實驗結(jié)果進(jìn)行分析討論，實驗報告盡快提交。

2.8 確立科學(xué)的考核辦法

以往的冶金傳輸原理實驗沒有專項考核，僅將實驗報告的成績按一定比例記入課程總成績中。這種考核方式雖然方便了老師，但不夠科學(xué)，不能對學(xué)生的操作技能、分析解決問題能力、科研創(chuàng)新能力、團(tuán)隊合作協(xié)調(diào)能力等全面體現(xiàn)。實驗教學(xué)改革中，加強(qiáng)學(xué)生的自主性和能動性，增加選修實驗和創(chuàng)新實驗，將實驗報告預(yù)習(xí)、創(chuàng)新實驗方案制定、實驗操作過程、實驗報告、實驗選修、項目參與等內(nèi)容進(jìn)行全面考核，以20%的比例記入課程總成績。另外，為了考核學(xué)生對實驗內(nèi)容的掌握情況、實驗設(shè)計合理性及實驗數(shù)據(jù)的處理分析能力，在冶金傳輸原理課程考試中，增加10～15%左右相關(guān)筆試內(nèi)容，檢查實驗中存在的問題，促進(jìn)實驗教學(xué)質(zhì)量的提高。

3 結(jié)論

圍繞一流本科專業(yè)精品課程的建設(shè)，通過對冶金傳輸原理精品課程實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的改革，增強(qiáng)了學(xué)生實驗的積極性，提高學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)了學(xué)生科研創(chuàng)新能力，取得了較好的效果，促進(jìn)了“金課”的打造。在冶金傳輸原理實驗教學(xué)改革探索中，不斷進(jìn)行總結(jié)和改進(jìn)，提高實驗教學(xué)質(zhì)量，形成持續(xù)改進(jìn)的良性循環(huán)。