虛擬交互學(xué)習(xí)在鋼鐵冶金教學(xué)中的應(yīng)用

宋卓斐，李運剛，李俊國

（河北聯(lián)合大學(xué) 河北省現(xiàn)代冶金技術(shù)重點實驗室，河北 唐山 063009）

虛擬交互學(xué)習(xí)在鋼鐵冶金教學(xué)中的應(yīng)用

宋卓斐，李運剛，李俊國

（河北聯(lián)合大學(xué) 河北省現(xiàn)代冶金技術(shù)重點實驗室，河北 唐山 063009）

冶金過程是一個復(fù)雜且危險源較多的工業(yè)過程。學(xué)生在實習(xí)過程中無法親自操作設(shè)備，也難以把握整個流程。虛擬交互學(xué)習(xí)系統(tǒng)集成了煉鐵、煉鋼、連鑄、軋制等冶金生產(chǎn)環(huán)節(jié)。通過學(xué)生不同的角色扮演，可以深刻理解并掌握生產(chǎn)工藝。對專業(yè)課的學(xué)習(xí)也起到了促進作用。

教學(xué)；虛擬；交互學(xué)習(xí)

一、建設(shè)背景

鋼鐵廠是學(xué)生實習(xí)的重要場所，但廠內(nèi)冶金工藝流程長，工段多，并且各個工段均存在多種類危險因素，主要是高溫燙傷、粉塵污染、爆炸等。特別強調(diào)的是，有些危險一旦發(fā)生，常常是連鎖反應(yīng)，后果很嚴重。比如在轉(zhuǎn)爐車間內(nèi)，自爐下渣鋼處理設(shè)備至車間頂部高位料倉，多達十幾層操作平臺，每層平臺均存在高溫、粉塵、噪音等危險因素，尤其是上部平臺，存在煤氣中毒的危險，因此一般不允許學(xué)生進入這些位置參觀實習(xí)。雖然可以為學(xué)生配備勞保服鞋帽、防塵防噪器，甚至CO報警儀等，使學(xué)生可以到各工段參觀實習(xí)，但成本較高，仍有許多潛在危險。近年來，冶金工程專業(yè)學(xué)生人數(shù)不斷增加、實習(xí)壓力增大；而另一方面，企業(yè)基于安全、保密、管理等各方面的考慮，接待實習(xí)政策發(fā)生轉(zhuǎn)變，給實習(xí)深入現(xiàn)場的傳統(tǒng)實習(xí)方式的實施帶來了困難。學(xué)生在高危場所開展實習(xí)，安全隱患較大。但現(xiàn)場實習(xí)可使學(xué)生身臨其境，有大工業(yè)生產(chǎn)的真實感受，是不能取消的，因此迫切需要一種虛擬仿真交互實訓(xùn)平臺，為學(xué)生提供一種安全而又能身臨其境的實習(xí)之地。

二、基本構(gòu)架

硬件方面，建立大型服務(wù)器，用來存儲虛擬交互軟件程序和基本交互式操作數(shù)據(jù)，配置網(wǎng)絡(luò)電腦群，供學(xué)生一人一機學(xué)習(xí)使用。軟件方面，開發(fā)了冶金工程虛擬交互學(xué)習(xí)軟件，如圖所示，包括鐵礦粉造塊、高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐煉鋼、鋼水精煉、連續(xù)鑄鋼等模塊，可實現(xiàn)鋼鐵流程全方位虛擬交互學(xué)習(xí)。其模式包含自主巡游、闖關(guān)學(xué)習(xí)考核、危險場景再現(xiàn)等功能，如圖所示。

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

將冶金虛擬交互學(xué)習(xí)軟件運用在此平臺上并進一步完善，配置學(xué)習(xí)和使用賬號，設(shè)計指導(dǎo)手冊，制定教學(xué)規(guī)劃。

三、主要功能

冶金工程虛擬交互學(xué)習(xí)平臺具有3D場景再現(xiàn)的功能，學(xué)生可以自主進入系統(tǒng)內(nèi)，扮演工程師角色。平臺內(nèi)包括燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、精煉、連鑄等各個工序的巨大場景，學(xué)生可參觀鋼鐵廠每一個角落，寓教于樂。虛擬交互學(xué)習(xí)平臺內(nèi)設(shè)有安全實訓(xùn)教學(xué)，當學(xué)生參觀、操作錯誤，模擬產(chǎn)生爆炸、燙傷、中毒等各種危險情景，并要求學(xué)生迅速處理后果。虛擬平臺系統(tǒng)通過量化評分，對學(xué)生的使用進行評價，產(chǎn)生激勵作用。冶金工程虛擬交互學(xué)習(xí)平臺給學(xué)生提供了豐富多彩的實訓(xùn)場景和強大的學(xué)習(xí)功能。采用開放自主型實驗教學(xué)形式，學(xué)生冶金工程虛擬交互學(xué)習(xí)平臺上，利用計算機，角色扮演鋼鐵廠工程師，自由游覽鋼鐵流程各工序，認識和操作各種設(shè)備，學(xué)習(xí)和掌握各種工藝，自主掌握和運用大腦中已有的冶金技能和知識。

四、教學(xué)效果

虛擬交互學(xué)習(xí)平臺使學(xué)生身臨其境，自由游覽學(xué)習(xí)，大大提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，突出學(xué)生的個性培養(yǎng)，通過知識過關(guān)考核、危險情況處理等環(huán)節(jié)的實訓(xùn)，可大大增強學(xué)生的感知、動手和綜合學(xué)習(xí)能力。使學(xué)生將生產(chǎn)實習(xí)過程的現(xiàn)場感受與虛擬交互學(xué)習(xí)相結(jié)合，將現(xiàn)實環(huán)境與虛擬世界相結(jié)合，對鋼鐵冶金工業(yè)有更深刻的認識和感受。在設(shè)計冶金工程虛擬仿真教學(xué)體系時，以學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力培養(yǎng)為核心，牢牢把握“以講授為基礎(chǔ)，以虛擬仿真學(xué)習(xí)為重點”的多層次、開放型、全過程的教學(xué)原則，通過冶金工程虛擬仿真學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，達到培養(yǎng)學(xué)生實踐能力與創(chuàng)新能力的目標。

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A

1674-9324（2014）11-0089-02