基于“互聯網+”的計算機在冶金中應用課程教學改革與實踐

李明周，黃金堤，張 斌，李 靜

（江西理工大學 材料冶金化學學部，江西 贛州 341000）

在信息技術時代，如何利用“互聯網+”等信息化技術改革課程教學方式、拓展教學內容、提高教學效率、擴大教學規模和實現學生自主學習等，是高等教育教學改革發展的必然趨勢。因此，計算機相關技術在冶金工程領域的教學應用、研發、行業利用及發展是我們必須面對的重要課題。作為江西理工大學冶金工程專業的重要選修課程，計算機在冶金中應用課程著眼于以上觀點，力求通過全面、系統、簡單地介紹稀土、銅等冶金過程計算機數學模型的分析與建立、數值處理及實現等內容，提高學生的計算機應用水平，使其畢業后能適應計算機在冶金行業應用的需要。

江西理工大學計算機在冶金中應用課程教學體系形成于2000 年初，10 余年來，雖然期間也曾做過一些改革和更新，但基本框架變化不大。從信息時代發展適應角度看，該課程教學體系仍然存在內容少、共享性不足等問題；此外，某些課程教學內容老化，落后于冶金科學快速發展的現狀和趨勢；課程教學內容偏重于稀土和重金屬冶金領域，在重輕稀貴等整個冶金行業鏈上未能形成縱向布置；同時，實踐教學方式僅局限于計算機上機實驗一種形式，靈活性、自主性和開放性不足。因此，現有計算機在冶金中應用課程教學體系和教學方式不能適應21 世紀新工科人才培養需要，進一步豐富更新該課程的課程教學內容，改革課程的傳統教學模式，探索新的教學方法和教學手段勢在必行。

一、課程特點及教學現狀

計算機在冶金中應用是江西理工大學冶金工程專業，結合本學科在稀土、鎢和銅等領域的特色優勢，開設的一門針對本科生的專業選修課，同時是一門交叉學科課程，其教學目的是培養學生應用計算機相關技術解決復雜冶金工程問題的能力。通過課程學習，學生熟悉計算機相關技術在冶金領域的應用進展，了解采用計算機相關技術解決復雜冶金問題的多種可選技術方案和較優技術方案，掌握復雜冶金過程的數據處理、分析建模及模型求解等技術方法，并能采用所建模型系統分析復雜冶金問題挖掘內在規律，重點掌握稀土、銅等區域特色資源冶金過程的理論分析、數學建模、模型求解及程序實現等技術方法，具備使用基本理論、現代信息化工具和交叉學科方法解決實際工程問題的能力。與其他專業課程相比，計算機在冶金中應用課程具有以下幾個特點。

（一）課程多學科交叉明顯[6]

無論計算機在冶金中應用的課程內容，還是采用計算機解決冶金復雜工程問題的方法，都涉及冶金工程、計算機科學與技術、信息技術和計算方法等多個學科的專業知識和方法。因此，該課程所要講解的知識點眾多且比較分散，如果將所涉及的知識點全部放在實體課堂線下講授，無法保證教學及學習質量。

（二）課程內容學習難度大

通過計算機在冶金中應用課程的學習，學生要想具備較好的采用基本理論、現代信息化工具和交叉學科方法解決實際工程問題的能力，需要在扎實掌握冶金工藝原理、計算方法等相關基礎理論基礎上，將數學算法、計算機技術與冶金工藝過程建模和模型求解有機結合，具備針對銅閃速熔煉、銅轉爐吹煉、稀土串級萃取等復雜冶金過程的建模、求解及實際應用能力。可見，傳統的教學模式單純將算法理論、建模原理和模型求解算法等講授給學生，而不結合實際問題或實例進行實際操作和問題求解，無法達到課程教學能力培養的目標。如果將復雜冶金過程問題的相關實例做成多媒體課程參考資料上傳至課程網絡學習平臺，供學生即時參考，既可以減輕教師課堂教學工作量，又可避免“理論掌握—實踐欠缺”的課程教學問題。

（三）課程學習操作實踐性強

計算機在冶金中應用課程計劃學時32，其中8 學時為上機實驗操作，主要完成冶金過程研究常用仿真計算軟件安裝與使用、計算機仿真常用數值算法實踐、銅閃速熔煉物料平衡仿真計算、銅轉爐吹煉過程仿真優化和稀土串級萃取過程仿真等課程內上機操作實驗，此外，課外作業大部分需要學生采用可用專業軟件來完成。因此，學生課程學習任務量大、實踐性強，教師在課堂上在講解基本理論及方法的同時，還要增加課堂演示操作方式，注重學生實踐能力培養。

（四）課程評價考核環節繁多

為將OBE 教育理念與計算機在冶金中應用課程評價相結合，建立以學習效果為導向的課程評價體系，發揮評價體系的發展和建設功能，課程考評體系由隨機抽題+上機考試、上機考試報告和平時表現三部分組成。其中，上機考試主要以上機考試試卷+上機操作完成情況的形式考核，上機考試報告根據上機考試后學生提交的上機考試報告完成情況進行考核，平時表現主要考核理論課和實驗課的平時到課（線上線下課程考勤）情況。重點考核學生對課堂所講授方法的掌握情況、應用能力和上機操作的熟練程度；另外，考核對學生上機考試報告的撰寫能力和對模型計算呈現規律的分析思考能力等。

上述特點決定了本課程既不同于冶金原理、冶金傳輸原理等課程注重學生基本理論和方法的掌握，又不同于冶金專業綜合實驗等課程注重學生實踐操作。此外，隨著信息技術的高速發展，“互聯網+教育”已成為革新課程教學方式、拓展教學內容、提高教學效率、擴大教學規模與實現學生自主學習等的有效途徑。因此，為提高學生對計算機在冶金中應用的學習興趣，培養具備使用專業知識、現代信息工具和交叉學科方法解決實際工程問題能力的復合型人才，進一步優化課程教學體系，改革傳統教學模式，探索新的教學方法和教學手段勢在必行。

二、課程教學改革與實踐

（一）構建“特色鮮明—多維提升”的課程教學體系

根據新工科教育發展需求和冶金工程特色專業建設要求，結合學校在稀土、鎢和銅領域的學科平臺優勢和OBE 教學理念，以及課程思政的教學要求，修訂完善了計算機在冶金中應用課程教學體系（包括課程教學大綱、課程實驗大綱、課程考試大綱、教學計劃和教學課件），進一步優化課程教學內容設計。以冶金企業（行業）不斷發展對專業技術人才在計算機應用能力方面的需求，作為配置和界定課程教學內容的依據，以學生多維能力培養為導向，按照由仿真到實際、由知識到實踐、由專業到綜合的設計，擺脫以往“固有—灌輸”式的課程教學內容設置做法，以新工科人才能力培養目標為導向，豐富優化課程內容，進一步強化稀土、鎢和銅冶金領域等特色優勢教學內容，拓展冶金過程多物理場仿真、冶金熔體物性計算、材料冶金分子動力學模擬、冶金流程模擬與設計、冶金過程虛擬仿真和冶金過程智能優化控制等作為課程教學內容，在冶金產業鏈上形成課程教學內容的縱向布置，構建了“特色鮮明—多維提升”的課程教學內容，從而促進協同創新驅動特色專業領域內計算機應用型人才培養。

（二）實施“一主線—六步驟—四同步”的教學方法

根據計算機在冶金中應用課程的特點，以冶金過程仿真類項目成果的工程問題為載體，以冶金生產工作崗位實際能力需求為導向，以學生工程實踐能力培養為目標，改革課程教學方法和手段。在課程教學實施過程中，以冶金生產過程的工程問題解決為主線，基于問題求解為導向的資訊、決策、計劃、實施、檢查、評價六步驟，協同構建微信、微課、慕課、案例教學和分層教學等多教學方法手段，實施了“一主線—六步驟—四同步”為主的課程教學方法，具體如圖1 所示。通過此課程教學方法改革，活躍了課堂教學氛圍，提高了學生科技創新意識、解決問題能力和專業知識學習興趣。

圖1 “一主線—六步驟—四同步”的課程教學方法

（三）構建課程教學網絡共享資源庫

以學生能力培養需求為導向，注重于企業工程實際的深度融合，強化課程授課內容的實際應用。通過專業課程教師深入合作企業進行實踐調研，建立與企業技術人員的良好溝通渠道，搜集大量真實生產案例和視頻資料，并通過文獻調研和資料查詢，對計算機在冶金中應用課程相關的圖片、視頻、課件以及試題庫等資源，進行不斷充實更新完善。在此基礎上，基于“互聯網+”和數據庫技術，將課程內外教學資源進行整合，構建了課程資源庫、作業庫和素材庫等課程網絡共享資源庫，確保課程教學資源的開放性、共享性和新穎性。

（四）搭建在線開放式課程教學平臺

結合計算機在冶金中應用課程特點，采用“互聯網+云桌面”等技術，以及分布式網絡服務開放體系結構，依托桌面云服務器和學習通平臺，基于多個自主開發的冶金過程仿真優化軟件和課程教學內容，構建了計算機在冶金中應用課程實踐教學平臺（圖2）和MOOC 在線教學平臺，可使學生隨時隨地通過互聯網客戶端訪問課程在線教學平臺，進行在線知識點學習、開展仿真教學實驗。

圖2 課程實踐教學平臺

三、課程教學改革的成效

（1）通過構建“特色鮮明—多維提升”的新課程教學體系，遵循了新工科人才培養和OBE 教學理念的要求，滿足了冶金企業（行業）不斷發展對專業技術人才在計算機應用能力方面的需求。

（2）通過在課程教學中實施“一主線—六步驟—四同步”為主的課程教學方法活躍了課堂教學氛圍，增強了學生思考問題的主動性，增進了學生課程學習的積極性和興趣，取得了較好的教學效果。

（3）基于所構建的課程在線教學平臺，確保了課程教學資源的開放性、共享性和新穎性，并進一步提高了學生的課程學習的興趣和效果，提升了學生應用計算機等相關信息化技術解決復雜冶金工程問題的實踐能力，拓寬了學生與老師之間關于課程學習的溝通交流渠道，增強了學生課程學習的自主能力和對課程內容的掌握程度；通過課程教學平臺后臺管理信息記錄和量化考核內容，提升了課程考核的客觀性和公平性。

四、結束語

通過對計算機在冶金中應用實施一系列課程教學改革，充分發揮了“互聯網+”相關技術在計算機在冶金中應用課程教學中的作用，實現了“互聯網+”相關技術與課程教學的有機融合，使課程教學體系具有網絡共享性、開放性、先進性、科學性和現實性；拓展和優化了課程教學方式和內容，解決教學內容不足等問題，提高教學效率；此外，提升了冶金工程專業學生的學科交叉思維能力和計算機應用水平，強化了學生創新能力的培養，提高了學生就業上崗和職業變化的適應能力，提高了面向企業的冶金工程專業人才的工程實踐能力，從而在“互聯網+”背景下，為培養“新工科”創新型、應用型、復合型優秀專業人才貢獻了一份力量。