冶金工程專業(yè)虛擬實(shí)習(xí)及教學(xué)技術(shù)研究

申瑩瑩 杜雪巖 （蘭州理工大學(xué) 730050）
趙 琴 （陜西省米脂縣米脂中學(xué) 718100）

冶金工程專業(yè)課程涉及面廣、內(nèi)容抽象、實(shí)踐性強(qiáng)，傳統(tǒng)實(shí)習(xí)由于企業(yè)限定、實(shí)習(xí)費(fèi)用高、危險性大等原因而無法深入、全面，影響了教學(xué)效果。對此，我們可將虛擬仿真實(shí)習(xí)與現(xiàn)場實(shí)習(xí)相結(jié)合，通過生產(chǎn)錄像、研究設(shè)備模型、操作仿真系統(tǒng)、在線學(xué)習(xí)，保證實(shí)習(xí)的時間和質(zhì)量，以獲得更好的教學(xué)效果。

虛擬實(shí)習(xí) 冶金工程 教學(xué)研究

一、冶金工程專業(yè)課程及實(shí)踐教學(xué)特點(diǎn)

（一）專業(yè)課程涉及面廣且內(nèi)容抽象

冶金是國民建設(shè)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，是國家工業(yè)發(fā)展水平和實(shí)力的標(biāo)志，它為化工、機(jī)械、建筑、能源、交通、航空航天工業(yè)、國防軍工等各行各業(yè)提供了需要的材料產(chǎn)品?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防及科技的發(fā)展對冶金工業(yè)的要求越來越嚴(yán)格，繼而推動著冶金學(xué)科和工程技術(shù)的發(fā)展，反過來，冶金工程的發(fā)展又不斷為人類文明進(jìn)步提供著新的物質(zhì)基礎(chǔ)。具體來說，冶金工程主要研究從金屬礦石中提取金屬或金屬化合物，并制成具有良好的使用性能、加工性能及具有經(jīng)濟(jì)價值的材料。而冶金工程專業(yè)主要是培養(yǎng)具有較扎實(shí)的冶金工程專業(yè)基礎(chǔ)理論和知識，可以在鋼鐵冶金及有色金屬冶金領(lǐng)域從事工藝設(shè)及計產(chǎn)品開發(fā)、技術(shù)開發(fā)、科學(xué)研究、生產(chǎn)組織與管理等方面工作的高級工程技術(shù)人才。主干課程包括：《冶金傳輸原理》《冶金物理化學(xué)》《冶金基礎(chǔ)理論》《鋼鐵冶金工藝學(xué)》《有色金屬冶金學(xué)》《冶金設(shè)計基礎(chǔ)》等，這些課程與生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合緊密，課程之間也互相交叉，內(nèi)容抽象。尤其是教材中比較復(fù)雜的冶煉系統(tǒng)，如高爐煉鐵布置系統(tǒng)、轉(zhuǎn)爐煉鋼布置系統(tǒng)等，教科書中都是以平面圖和剖面圖表示，缺乏立體感，任課教師講起來費(fèi)勁，學(xué)生學(xué)習(xí)也比較困難。

（二）現(xiàn)有的教學(xué)手段不能達(dá)到預(yù)期教學(xué)效果

實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)在本科教育中占有舉足輕重的地位，是教學(xué)計劃、專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和課程設(shè)置的有機(jī)組成部分，是理論教學(xué)的完善和補(bǔ)充。學(xué)生可通過實(shí)踐了解和掌握某項產(chǎn)品的典型生產(chǎn)環(huán)節(jié)，了解生產(chǎn)工藝，建立產(chǎn)品生產(chǎn)流程的概念。同時，通過實(shí)踐環(huán)節(jié)，也可以檢查學(xué)校教育中存在的問題，增強(qiáng)高校培養(yǎng)人才與企業(yè)發(fā)展的適應(yīng)性，對推進(jìn)教學(xué)改革，進(jìn)一步拓寬教師業(yè)務(wù)能力，提高教師的思想水平具有積極作用。冶金工程專業(yè)一向致力于將實(shí)習(xí)作為學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識、直接參與生產(chǎn)實(shí)踐、提高動手能力的主要實(shí)踐環(huán)節(jié)。然而，近年來由于種種原因，學(xué)生實(shí)習(xí)存在不少問題，主要表現(xiàn)為：（1）實(shí)習(xí)場地難以落實(shí)：（2）高校專業(yè)實(shí)習(xí)大多以參觀為主，學(xué)生沒有或很少有直接參與生產(chǎn)和動手操作的機(jī)會：（3）實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)短缺；（4）實(shí)習(xí)質(zhì)量不容樂觀；（5）指導(dǎo)教師實(shí)踐能力欠缺等。

由于上述原因，目前學(xué)生到企業(yè)實(shí)習(xí)難以達(dá)到預(yù)期效果，因而有必要對現(xiàn)有的實(shí)習(xí)模式進(jìn)行改革，打破時間、空間的限制，探索其他形式的實(shí)習(xí)模式，為學(xué)生建立一個可通過自主學(xué)習(xí)獲得知識和技能的靈活學(xué)習(xí)方式。為此，我們在冶金工程專業(yè)推行了虛擬實(shí)習(xí)。

二、冶金工程虛擬實(shí)習(xí)及教學(xué)關(guān)鍵

虛擬仿真指利用計算機(jī)模擬技術(shù)，建立虛擬實(shí)習(xí)平臺，模仿企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的操作系統(tǒng)，①包括觀看生產(chǎn)錄像、研究設(shè)備模型、操作仿真系統(tǒng)、在線學(xué)習(xí)。

（一）觀看生產(chǎn)錄像

生產(chǎn)錄像能夠真實(shí)、形象地反映企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀。教師應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)錄像進(jìn)行實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)教學(xué)，輔助以講解和說明，使得學(xué)生先從視覺上感知生產(chǎn)，對生產(chǎn)工藝流程和生產(chǎn)設(shè)備工作情況有初步了解，進(jìn)而提高對工程實(shí)踐的認(rèn)知能力。這種教學(xué)方式不僅有助于教師的教學(xué)更好地符合教學(xué)有效性的標(biāo)準(zhǔn)，還能有效地激勵學(xué)生學(xué)習(xí)，使他們?nèi)〉酶玫膶?shí)習(xí)效果。

（二）研究設(shè)備模型

模型是企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備的按比例縮小，采用電子技術(shù)，自控技術(shù)，金屬動態(tài)模型制作技術(shù)、多媒體技術(shù)等形成的生產(chǎn)工藝過程和設(shè)備的直觀實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。學(xué)生通過對設(shè)備模型的研究學(xué)習(xí)，能對企業(yè)生產(chǎn)流程及設(shè)備運(yùn)行情況有一定的宏觀認(rèn)識，提高實(shí)習(xí)質(zhì)量。

（三）操作仿真系統(tǒng)

計算機(jī)虛擬仿真可以直觀、動態(tài)地把生產(chǎn)過程反映出來。針對目前企業(yè)很難保證每個學(xué)生都能親自參與，仿真完全可以做到一人一機(jī)，可以在一臺計算機(jī)上虛擬仿真具體的生產(chǎn)工藝流程和生產(chǎn)設(shè)備，保證每個學(xué)生都能得到充分訓(xùn)練。②而虛擬仿真實(shí)踐周期短，我們可讓學(xué)生反復(fù)地進(jìn)行多次練習(xí)，以加深他們對生產(chǎn)原理、工藝流程、注意事項等的理解和掌握，提高其學(xué)習(xí)的效果和效率，增強(qiáng)其工程實(shí)踐能力。③

（四）在線學(xué)習(xí)

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)互動平臺，不僅能在線提供豐富的課程資料，還能讓人們在線互動、交流、答疑。通過網(wǎng)絡(luò)平臺互動、強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)、常態(tài)化國際交流等多種形式，全方位地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，突出了學(xué)生在教學(xué)中的主體地位。④

虛擬仿真教育在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中的積極應(yīng)用和開展，有助于提高實(shí)踐教學(xué)效果、節(jié)省實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)。虛擬實(shí)習(xí)只需拍攝或購買生產(chǎn)錄像、設(shè)備模型，以及付出軟件開發(fā)費(fèi)或軟件使用費(fèi)，大大地節(jié)省了有限的實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)。而傳統(tǒng)實(shí)習(xí)由于企業(yè)限定、實(shí)習(xí)費(fèi)用高、危險性大等原因而無法深入、全面。對此，我們可將虛擬仿真實(shí)習(xí)與現(xiàn)場實(shí)習(xí)相結(jié)合，以保證實(shí)習(xí)的時間和質(zhì)量。

三、總結(jié)

虛擬技術(shù)的應(yīng)用是當(dāng)今高等教育的必然趨勢，我們應(yīng)合理地將冶金工程專業(yè)傳統(tǒng)教學(xué)方式與虛擬教學(xué)手段相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使他們產(chǎn)生一種身臨其境的感覺，以解決當(dāng)前課堂和實(shí)踐教學(xué)中遇到的問題，更好地提高教學(xué)質(zhì)量。

注釋：

①柯中爐，牟惠康，楊林生.虛擬技術(shù)：提升高職專業(yè)課實(shí)踐教學(xué)的有效策略[J].職業(yè)教育研究，2008（10）：158-160.

②李明田.淺談化工原理仿真實(shí)驗在教學(xué)實(shí)踐中的研究[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2007（5）：70.

③王芃.仿真實(shí)驗室在高職食品專業(yè)教學(xué)中的建設(shè)及應(yīng)用[J].農(nóng)產(chǎn)品加工學(xué)刊，2007（9）：54-55.

④吳重光.仿真技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

（責(zé)編 房曉偉）