冶金工程專業(yè)實驗教學(xué)的改革研究

劉潔群

摘要：根據(jù)蘇州大學(xué)冶金工程專業(yè)實驗教學(xué)的現(xiàn)狀，構(gòu)建“三層次、四結(jié)合、五模塊”實驗教學(xué)體系。結(jié)合冶金工程專業(yè)實際情況，加強(qiáng)實驗室管理、實驗教學(xué)的內(nèi)容和考核模式的改革，探討適合冶金工程專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實驗教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：冶金工程；實驗教學(xué)；教學(xué)體系；改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）50-0250-02

隨著冶金行業(yè)的飛速發(fā)展，如何培養(yǎng)學(xué)生的工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力已經(jīng)成為當(dāng)今高等教育實踐教學(xué)改革的重大課題[1]。實驗教學(xué)是促進(jìn)學(xué)生理解專業(yè)理論知識，掌握專業(yè)實驗技能，明確實驗研究方法的主要實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。蘇州大學(xué)沙鋼鋼鐵學(xué)院作為一個2010年剛成立的新學(xué)院，非常重視實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，在實驗室建設(shè)過程中充分利用好沙鋼專項資金和中央財政專項基金的經(jīng)費(fèi)，建設(shè)了有特色的教學(xué)實驗室和科研創(chuàng)新平臺[2]。同時，如何構(gòu)建實驗教學(xué)體系，提高實驗管理效率，合理開設(shè)實驗課程、實驗項目，創(chuàng)新實驗教學(xué)的考核模式，對提高冶金工程專業(yè)學(xué)生的工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力，具有非常重要的意義。

一、構(gòu)建“三層次、四結(jié)合、五模塊”實驗教學(xué)體系

“三層次、四結(jié)合、五模塊”的教學(xué)體系是指分層次、分階段、分類別設(shè)計教學(xué)體系及其內(nèi)容?！叭龑哟巍笔侵笇Σ煌昙壍膶W(xué)生進(jìn)行分層次的能力培養(yǎng)，分為基礎(chǔ)層次、綜合層次和創(chuàng)新層次，“四結(jié)合”是指將課堂教學(xué)與實驗教學(xué)、校內(nèi)實驗與校外實驗、虛擬仿真與現(xiàn)場實驗、學(xué)術(shù)實驗與科研創(chuàng)新對應(yīng)相結(jié)合起來，“五模塊”是指構(gòu)建基礎(chǔ)實驗?zāi)K、自主綜合實驗?zāi)K、虛擬實驗?zāi)K、自主創(chuàng)新實驗和科技創(chuàng)新模塊、自主創(chuàng)新實驗和畢業(yè)論文模塊，以提高學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)技能與實踐創(chuàng)新能力。

二、改革實驗教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法

冶金工程主要開設(shè)冶金物理化學(xué)、冶金傳輸原理、鋼鐵冶金學(xué)、金屬學(xué)及熱處理等4門專業(yè)實驗課程，這4門專業(yè)實驗課程全部進(jìn)行獨(dú)立開設(shè)，使實驗教學(xué)體系具有系統(tǒng)性、有機(jī)性和科學(xué)性。對應(yīng)的4門專業(yè)課教師作為相應(yīng)實驗教學(xué)的負(fù)責(zé)人，使理論教學(xué)與實驗教學(xué)有機(jī)統(tǒng)一，在理論教學(xué)中提升實驗水平，在實驗教學(xué)中將理論升華。實驗課程采用分組實驗教學(xué)模式，將學(xué)生按照6人/組進(jìn)行分組教學(xué)，每門實驗課程都采用操作性實驗，保證學(xué)生都能參與實驗操作，充分鍛煉學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

加大綜合型、設(shè)計型實驗的開設(shè)比例成為本科教學(xué)工作水平評估實踐教學(xué)的重要指標(biāo)，因此在實驗項目上開設(shè)綜合型、設(shè)計型實驗的實驗成為實驗教學(xué)改革的重點，綜合型、設(shè)計型實驗是在學(xué)生充分理解實驗基本原理的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用所掌握的基本理論知識、基本實驗技能以及各種技術(shù)原理技術(shù)方法，自行設(shè)計實驗方案完成實驗過程，其目的在于培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)綜合能力、理論與實踐相結(jié)合的能力以及科研創(chuàng)新能力。同時，針對一部分基礎(chǔ)較好的同學(xué)，可以適度開設(shè)創(chuàng)新型實驗項目，如在冶金工程2012級開設(shè)“鐵礦球團(tuán)制備”，該實驗通過學(xué)生自主設(shè)計配礦、生團(tuán)制備、球團(tuán)焙燒等實驗參數(shù)制備球團(tuán)，并以球團(tuán)表征性能優(yōu)劣作為競賽評分標(biāo)準(zhǔn)，從而更好地培養(yǎng)學(xué)生自主科技創(chuàng)新能力。目前，冶金工程專業(yè)實驗中，綜合型、設(shè)計型、創(chuàng)新型實驗占全部實驗課程比例80%。同時，一些不方便開設(shè)的實驗，可以利用與沙鋼集團(tuán)的深度合作關(guān)系，在沙鋼鋼鐵研究院開設(shè)自選式的創(chuàng)新型實驗。還有一些針對鋼鐵冶煉過程高溫和密閉反應(yīng)器中諸多過程不可見的實驗，通過制作實物仿真模型，和建立綜合考慮溫度場、流場、應(yīng)力場及物理化學(xué)反應(yīng)的多相流仿真數(shù)學(xué)模型，構(gòu)建工藝仿真模型實驗，并將可視化動態(tài)仿真結(jié)果用于形象化教學(xué)。

根據(jù)冶金工程本科實驗教學(xué)的需要，開展了“冶金過程物理實驗教學(xué)系統(tǒng)”、“熱電偶的焊接與標(biāo)定系統(tǒng)”兩項實驗教學(xué)設(shè)備自制項目的研制工作。其中冶金過程物理模擬實驗教學(xué)系統(tǒng)是結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實際中的技術(shù)難題提出的，主要利用室溫下的液體水代替冶金生產(chǎn)過程中的高溫鋼液，按相似性原則設(shè)置模擬設(shè)備幾何尺寸，通過室溫下的液態(tài)水模擬設(shè)備中的流動狀態(tài)來反映實際生產(chǎn)過程中鋼液在中間包、鋼包中的流動狀態(tài)，為現(xiàn)場工藝制定提供科學(xué)依據(jù)和理論指導(dǎo)。通過上述兩個實驗教學(xué)自制設(shè)備項目的實施，提高了學(xué)生和實驗室老師的動手能力，促進(jìn)實驗老師深入理解實驗課程的實質(zhì)、內(nèi)涵、作用以及輔助教學(xué)的效果，滿足學(xué)生實驗教學(xué)需要，并且還能夠降低實驗室建設(shè)成本。

冶金工程學(xué)科專業(yè)教師不但參與實驗的建設(shè)，并且將先進(jìn)理論、技術(shù)與科研方法融入實驗教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)生科學(xué)研究和科技創(chuàng)新的能力，充分體現(xiàn)了科研支持實驗教學(xué)、服務(wù)人才培養(yǎng)的作用。冶金工程學(xué)科形成了冶金資源綜合利用、高性能材料冶金制備技術(shù)、金屬材料先進(jìn)制備技術(shù)3個專業(yè)的特色方向，并且建設(shè)了3個對應(yīng)的科研創(chuàng)新平臺，學(xué)生可以根據(jù)本科生導(dǎo)師制或者通過大學(xué)生各類科技競賽活動參加有關(guān)方向的科研創(chuàng)新實驗，早日接觸到冶金工程學(xué)科發(fā)展的前言新技術(shù)和新工藝以及新方法，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力和科研創(chuàng)新素質(zhì)。以2011級冶金工程為例，70%以上的學(xué)生都參與了科研創(chuàng)新實驗，其中大部分同學(xué)都保研或者考取了碩士研究生，畢業(yè)后直接工作的同學(xué)80%以上從事與科研創(chuàng)新相同的研究方向。同時，使得實驗教學(xué)與創(chuàng)新教育結(jié)合，把實踐教學(xué)作為創(chuàng)新精神與能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，強(qiáng)化了研究性、探索性實踐教育，從而達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的目的。

隨著冶金工程專業(yè)實驗室建設(shè)的不斷推進(jìn)，逐步建立健全實驗室開放制度和管理體制。冶金工程專業(yè)實驗室全方位向本科學(xué)生開放，開展網(wǎng)上預(yù)約實驗，為落實學(xué)生開展綜合型、設(shè)計型和創(chuàng)新型實驗項目提供了更完善的保障，從而加強(qiáng)了學(xué)生實踐、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為了更好地加強(qiáng)實驗安全管理，對參加開放實驗的同學(xué)首先進(jìn)行網(wǎng)上安全實驗教育并且通過考核后，實驗室負(fù)責(zé)安全教育的老師再進(jìn)行課堂的安全教育。同時，在保證完成實驗教學(xué)任務(wù)和教師的科研任務(wù)的同時，積極開展為當(dāng)?shù)氐囊苯鹌髽I(yè)進(jìn)行技術(shù)服務(wù)，從而更好地提高實驗室的開放率和設(shè)備使用率，使得實驗教學(xué)資源得以共享，從而更好地提高實驗教學(xué)水平。

三、實驗室教師與專業(yè)教師、企業(yè)工程技術(shù)骨干共同編寫實驗教材

實驗指導(dǎo)書的編寫按冶金物理化學(xué)、冶金傳輸原理、鋼鐵冶金學(xué)、金屬學(xué)及熱處理等4門專業(yè)實驗課程來進(jìn)行：首先，每門實驗課程均由實驗教師和專業(yè)教師來共同撰寫實驗指導(dǎo)書初稿，然后將初稿提交給冶金工程系的老師對初稿進(jìn)行共同討論，提出修改意見形成修改稿；修改稿然后由學(xué)院組織現(xiàn)場經(jīng)驗豐富的老專家并且聘請沙鋼集團(tuán)的工程技術(shù)骨干一起共同進(jìn)行審核，促使實驗課程教學(xué)具體內(nèi)容緊密結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)實際，突出卓越工程師培養(yǎng)計劃中按照通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)工程人才的內(nèi)在要求。

四、建立和完善實驗教學(xué)考核體系

實驗課程考核是實驗教學(xué)工作中一個非常重要的環(huán)節(jié)，是檢查實驗教學(xué)效果、改進(jìn)實驗教學(xué)的一個重要方法。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)主要通過實驗報告作為評分標(biāo)準(zhǔn)，這樣考核的成績比較片面，并且培養(yǎng)了學(xué)生的惰性，很多同學(xué)抄襲其他同學(xué)的實驗報告。為了更好地體驗實驗教學(xué)效果，真實反映學(xué)生的實驗動手操作能力，應(yīng)該綜合考慮到實驗過程中學(xué)生的實驗準(zhǔn)備情況、實驗動手操作能力、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題以及分析問題的情況，構(gòu)建多元化的實驗教學(xué)考核體系。這樣可以更好地發(fā)揮學(xué)生參與實驗的積極性，重視實驗教學(xué)的重要性，增強(qiáng)學(xué)生的實驗動手能力，培養(yǎng)實驗的創(chuàng)新意識。

五、建立高水平的實驗教學(xué)隊伍

實驗教師隊伍的建設(shè)是實施實驗教學(xué)的關(guān)鍵，也是確保實驗教學(xué)質(zhì)量的主要核心，只有高素質(zhì)的實驗教師，才能開展高質(zhì)量、高水平的實驗教學(xué)工作，才能培養(yǎng)出冶金行業(yè)的創(chuàng)新人才，而在提高實驗教師隊伍素質(zhì)方面是一項長期的工作。學(xué)院在這方面做了許多有益的工作。一是引進(jìn)高學(xué)歷、高層次的人才，比如說從中南大學(xué)、北京科技大學(xué)、武漢科技大學(xué)、內(nèi)蒙古科技大學(xué)等老牌冶金高校引進(jìn)鋼鐵冶金、有色金屬冶金、冶金物理化學(xué)的研究生，同時也引進(jìn)了具有工程背景的工程技術(shù)人員充實到實驗教師隊伍中來，目前實驗中心有專職實驗教師6人，學(xué)歷層次高、學(xué)緣結(jié)構(gòu)好，工程技術(shù)背景強(qiáng)。實驗中心由院長主管，并且聘請現(xiàn)場實踐經(jīng)驗豐富的專家指導(dǎo)日常建設(shè)和管理工作，實驗中心主任由冶金工程專業(yè)的高級職稱教師擔(dān)任，負(fù)責(zé)實驗室的日常教學(xué)運(yùn)行工作。冶金工程所有專業(yè)教師全部參與到實驗室的建設(shè)和教學(xué)工作中來，因此實驗教學(xué)隊伍形成了以博士生導(dǎo)師、工程實踐經(jīng)驗豐富的教授、副教授、高級工程師、博士、碩士等為骨干的隊伍。在2011級冶金工程專業(yè)首次開設(shè)專業(yè)實驗時，指導(dǎo)教師在正式授課之前，學(xué)院組織有經(jīng)驗的教師，先后兩次聽取實驗課指導(dǎo)教師的實驗試講和實驗試做，達(dá)到相應(yīng)實驗教學(xué)水平要求后，方可獨(dú)立講授與指導(dǎo)實驗教學(xué)。在開設(shè)完第一次實驗后，專門出臺了《沙鋼學(xué)院關(guān)于實驗教學(xué)工作安排》的文件，主要對于實驗教學(xué)質(zhì)量提升制定了相關(guān)的制度，實行實驗教學(xué)的實驗?zāi)K負(fù)責(zé)人、實驗中心和學(xué)院三層次管理模式，以提升實驗教學(xué)的質(zhì)量。

六、結(jié)束語

經(jīng)過幾年來的建設(shè)，冶金工程專業(yè)構(gòu)建了“三層次、四結(jié)合、五模塊”的實驗教學(xué)體系，實驗教學(xué)內(nèi)容將基礎(chǔ)性、綜合性和創(chuàng)新性有機(jī)結(jié)合起來，將課堂教學(xué)與實驗教學(xué)、校內(nèi)實驗與校外實驗、虛擬仿真與現(xiàn)場實驗、學(xué)術(shù)實驗與科研創(chuàng)新對應(yīng)相結(jié)合起來，從而構(gòu)建了五模塊的平臺，更好地提高學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)技能與實踐創(chuàng)新能力，培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識，提高了學(xué)生的工程實踐以及應(yīng)用能力，培養(yǎng)的學(xué)生符合冶金行業(yè)的要求，契合了冶金工程專業(yè)卓越工程師教育計劃的培養(yǎng)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張明遠(yuǎn)，呂俊杰，柳浩.冶金工程專業(yè)卓越工程師教育培養(yǎng)學(xué)生工程能力的實踐教學(xué)改革[J].教育與職業(yè)，2012，744（32）：117-118.

[2]鐘勝奎，王德永，伍凌.冶金工程專業(yè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革與成效[J].教育教學(xué)論壇，2015，34（8）：85-87.