軋制過程虛擬仿真實驗教學(xué)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的必要性

摘要：21世紀(jì)是我國現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)展的重要階段，亟需具有工程設(shè)計、工程實踐和工程創(chuàng)新能力的專業(yè)技術(shù)人才，對高等學(xué)校創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對高素質(zhì)材料成型與控制工程專業(yè)技術(shù)人才的需求呈現(xiàn)不斷增長的趨勢，要求畢業(yè)生不僅具備扎實的基礎(chǔ)理論知識，還應(yīng)具有突出的創(chuàng)新意識，具有較強的工程實踐能力。但現(xiàn)有實驗教學(xué)目的更多針對專業(yè)基礎(chǔ)課程理論知識的鍛煉和培養(yǎng)，學(xué)生工程實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，通過軋制過程虛擬仿真實驗教學(xué)資源建設(shè)與實踐，勢必促進材料成型及控制工程專業(yè)實驗與實踐教學(xué)方法、手段和管理的創(chuàng)新，全面提升材料成型及控制工程專業(yè)本科人才培養(yǎng)質(zhì)量，提高學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新精神。

關(guān)鍵詞：材料成型與控制工程；創(chuàng)新型人才；虛擬仿真實驗教學(xué)；工程實踐能力

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

21世紀(jì)是我國現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)展的重要階段，亟需具有工程設(shè)計、工程實踐和工程創(chuàng)新能力的專業(yè)技術(shù)人才，對高等學(xué)校創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。而特色人才培養(yǎng)是我校特別是冶金工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心的重要任務(wù)，因此，金屬材料工程和材料成型及控制工程專業(yè)必須把提高實驗教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生創(chuàng)新精神和素質(zhì)放在重要位置。為培養(yǎng)出知識面廣、基礎(chǔ)知識扎實、素質(zhì)高、動手能力強的高級應(yīng)用型人才，就必須突破傳統(tǒng)的以灌輸學(xué)生基礎(chǔ)理論知識為主的實驗教學(xué)模式，建立以學(xué)生為主體、培養(yǎng)學(xué)生綜合能力為主的仿真實驗教學(xué)模式。

1 冶金工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心成立

近年來，本著“強化工程訓(xùn)練、啟迪創(chuàng)新思維、培養(yǎng)創(chuàng)新能力”教學(xué)理念，河北聯(lián)合大學(xué)冶金與能源學(xué)院投入大量人力、物力和資金作為支持，大力開展多層次、全方位的教育教學(xué)改革，尤其是在學(xué)生的實驗和實踐教學(xué)方面，大力推進實驗教學(xué)資源建設(shè)，研發(fā)了轉(zhuǎn)爐冶煉靜態(tài)預(yù)報、熱軋帶鋼虛擬仿真、熱軋中厚板軋制力能負(fù)荷預(yù)報和棒線材熱軋穿水冷卻仿真等教學(xué)系統(tǒng)，2010年，冶金工程學(xué)科依托“現(xiàn)代冶金技術(shù)”教育部和河北省重點實驗室，利用我校數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)平臺，將已有數(shù)值模擬實驗中心、煉鐵新技術(shù)實驗室、連鑄工程仿真實驗中心、高效軋制仿真實驗室等現(xiàn)有虛擬和仿真實驗教學(xué)資源進行整合，成立了“冶金工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心”。

中心初步建成了冶金多媒體認(rèn)知教學(xué)、冶金虛擬交互學(xué)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)模擬煉鋼實訓(xùn)、冶金過程仿真實驗和相關(guān)學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新實驗等五大系統(tǒng)，形成了從專業(yè)認(rèn)知到交互學(xué)習(xí)，從工程實踐訓(xùn)練到創(chuàng)新能力培養(yǎng)的系統(tǒng)化的實驗教學(xué)體系，開設(shè)了基礎(chǔ)性實驗、綜合設(shè)計性實驗和創(chuàng)新性實驗為一體的系統(tǒng)化的實驗教學(xué)項目，使中心逐漸發(fā)展成為冶金工程及相關(guān)學(xué)科人才培養(yǎng)的重要的實驗教學(xué)基地。

2 企業(yè)對材料成型及控制工程專業(yè)人才需求

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對高素質(zhì)材料成型與控制工程專業(yè)技術(shù)人才的需求呈現(xiàn)不斷增長的趨勢，與此同時，企業(yè)對此專業(yè)人才的知識結(jié)構(gòu)和實際的動手操作能力也提出了更高的要求，希望畢業(yè)生能夠“零距離”上崗。要求畢業(yè)生不僅具備扎實的軋鋼方面的基礎(chǔ)理論知識，還應(yīng)具有突出的創(chuàng)新意識，能將跨學(xué)科知識融會貫通，具有較強的工程實踐能力。

材料成型與控制工程專業(yè)的前身是我校1958年建院時的軋鋼專業(yè)，1982年專業(yè)調(diào)整改成金屬壓力加工，1998年根據(jù)教育部專業(yè)設(shè)置目錄并且根據(jù)河北省對專業(yè)技術(shù)人才的需求，新組建了以材料塑性成型為基礎(chǔ)的材料成型及控制工程專業(yè)，根據(jù)河北省實際情況和學(xué)校長期以來自己形成的軋制特色，我專業(yè)培養(yǎng)重點一直以軋鋼為主要方向。

3 軋制過程虛擬仿真實驗教學(xué)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的必要性

軋鋼領(lǐng)域目前發(fā)展速度很快，本科生創(chuàng)新意識培養(yǎng)和實踐能力的提高對畢業(yè)生就業(yè)極為重要。軋制過程虛擬仿真實驗教學(xué)的建設(shè)與實踐對培養(yǎng)以軋制為特色的材料成形與控制工程專業(yè)的應(yīng)用技術(shù)型、創(chuàng)新型的高級專業(yè)技術(shù)人才有重要作用和意義。盡管學(xué)校為材料成型及控制工程專業(yè)的實驗教學(xué)已配備了一定的實驗設(shè)備，但現(xiàn)有實驗教學(xué)目的更多針對專業(yè)基礎(chǔ)課程理論知識的鍛煉和培養(yǎng)，學(xué)生工程實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，實驗和實踐教學(xué)效果主要受到以下幾個方面制約：

（1）軋制過程設(shè)備結(jié)構(gòu)和連軋張力建立原理的學(xué)習(xí)無法實現(xiàn)

軋制過程從原料加工到最終產(chǎn)品需經(jīng)歷坯料準(zhǔn)備、加熱、軋制、冷卻和熱處理等工序，使得軋鋼廠具有車間廠房占地面積大、生產(chǎn)工藝流程長、設(shè)備裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及軋制過程數(shù)學(xué)模型多樣等顯著特點，而且各個工段均存在多種危險因素。學(xué)生在實習(xí)過程想觀察到廠地全貌、設(shè)備結(jié)構(gòu)、工藝流程等無法實現(xiàn)，實習(xí)成本也較高。因此，采用多媒體3D動畫仿真系統(tǒng)，構(gòu)建軋鋼工藝多媒體虛擬仿真教學(xué)實驗平臺，能夠使學(xué)生在更為安全的條件下獲得身臨其境的感受。

（2）現(xiàn)場實訓(xùn)和工藝操作實踐無法實現(xiàn)

現(xiàn)代化軋鋼生產(chǎn)對產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高，需要各工序?qū)τ诓僮鲄?shù)的控制越來越嚴(yán)格、精確，稍有不穩(wěn)定因素，不僅會影響產(chǎn)品質(zhì)量，還會對生產(chǎn)的順行帶來危害，造成經(jīng)濟損失，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致事故發(fā)生。對于初入職場的新人來說，少有機會直接操作連鑄機、軋鋼機、卷取機等大型設(shè)備，在校大學(xué)生深入現(xiàn)場實訓(xùn)和工藝操作就更加不可想象。因此，采用熱連軋帶鋼虛擬仿真教學(xué)實驗平臺，不僅可以通過反復(fù)訓(xùn)練、交互學(xué)習(xí)，使學(xué)生熟練掌握軋制過程、工藝參數(shù)及操作規(guī)程，同時也避免了新手到現(xiàn)場后實際操作的不穩(wěn)定因素。

（3）實驗室再現(xiàn)試驗非常困難

鑄坯軋制各工序?qū)儆诟邷?、高危、高耗能和高成本過程，在學(xué)校環(huán)境內(nèi)大規(guī)模再現(xiàn)現(xiàn)場軋鋼實際操作的實驗項目很難實現(xiàn)，連軋過程建張原理更難直觀再現(xiàn)和觀察。通過仿真實驗系統(tǒng)的構(gòu)建與實驗室數(shù)值模擬，開展數(shù)值模擬的設(shè)計研究，將這些科研的仿真設(shè)備轉(zhuǎn)化為教學(xué)設(shè)備，不僅可以節(jié)省大量資源，而且能夠?qū)⒏咝＝處煹目蒲许椖颗c課題融入到仿真實驗教學(xué)研究活動中。因此，積極探索這種轉(zhuǎn)化模式，建立適宜的仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)，對于仿真實驗教學(xué)項目的開展和科研轉(zhuǎn)化教學(xué)都具有重要意義。

因此，通過軋制過程虛擬仿真實驗教學(xué)資源建設(shè)與實踐，勢必促進材料成型及控制工程專業(yè)實驗與實踐教學(xué)方法、手段和管理的創(chuàng)新，全面提升材料成型及控制工程專業(yè)本科人才培養(yǎng)質(zhì)量，提高學(xué)生的工程實踐能力和創(chuàng)新精神。

參考文獻

1.構(gòu)建虛擬仿真實驗平臺，探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式陳萍 周會超 周虛 《實驗技術(shù)與管理》 2011年03期