基于學(xué)生為主導(dǎo)的《鋼冶金學(xué)》課程教學(xué)設(shè)計*

唐道文，王家偉，王 芹，劉 利

(貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

以高校教學(xué)改革及專業(yè)發(fā)展的要求和指導(dǎo)原則為依據(jù)，自1996年起我校將原有的“鋼鐵冶金”和“有色金屬冶金”兩個本科專業(yè)合并為冶金工程專業(yè)[1]。專業(yè)的合并既有利于我校立足貴州，又能服務(wù)全國的辦學(xué)理念。在“大冶金”背景下，以兼顧學(xué)生就業(yè)和深造理念相結(jié)合為指導(dǎo)，合并后專業(yè)秉承“鋼鐵”和“有色”并重的模式來進行課程體系設(shè)置。經(jīng)不懈探索與實踐，逐步形成了“大冶金、重鋁鈦、兼生態(tài)”的課程設(shè)置體系和培養(yǎng)方案。但隨著專業(yè)的合并，一系列急需解決的問題隨之而來，譬如：如何安排課程教學(xué)？如何提高教學(xué)的靈活性和針對性問題？如何更好地把理論與實際結(jié)合起來？如何改變傳統(tǒng)教師“一言堂”的教學(xué)模式？如何充分調(diào)動學(xué)生積極性和主動性？等等。可見，專業(yè)的合并不僅意味著學(xué)生學(xué)習課程的增加，課程學(xué)分、學(xué)時的減少，而且意味著如何安排教學(xué)是專業(yè)面臨的重要問題，因此，新形勢下需要改革相關(guān)的課程教學(xué)模式，探索適應(yīng)冶金工程專業(yè)在全國招生后的教學(xué)需求，滿足卓越工程師班培養(yǎng)計劃和新工科工程認證的教學(xué)要求[3-5]。

《鋼冶金學(xué)》作為冶金工程專業(yè)的主干課程，是一門理論性和實踐性較強的課程。不但要強調(diào)基礎(chǔ)理論知識的綜合性和實用性的教學(xué)，而且要注重學(xué)生綜合應(yīng)用理論知識來解決生產(chǎn)實踐問題的能力的培養(yǎng)[2]。鑒于此，《鋼冶金學(xué)》的教學(xué)主要圍繞“四脫、兩去、兩調(diào)整、一澆注”(煉鋼的主要任務(wù))來進行講授。在講授過程中，如何以問題、任務(wù)和案例為導(dǎo)向，針對不同的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求，嘗試不同教學(xué)的模式與改革(如：感受式教學(xué)模式、互動式教學(xué)+講座式教學(xué)模式、比擬式教學(xué)模式、任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)模式、微課教學(xué)模式、討論教學(xué)模式、項目教學(xué)模式、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，案例教學(xué)模式等？)一直是我們在教學(xué)中積極探索的問題。結(jié)合《鋼冶金學(xué)》教學(xué)大綱的要求，經(jīng)過課題組和教研室深入討論，形成了教學(xué)設(shè)計方案。

1 教學(xué)方式

1.1 第一章 概述：(4學(xué)時)

教學(xué)內(nèi)容和任務(wù)：明確鋼鐵工業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要地位；講授鋼和鐵的主要區(qū)別及其鋼材的優(yōu)越性能。

教學(xué)目標：激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習本課程的興趣，調(diào)動學(xué)生參與課程改革的積極性、主動性；進一步鞏固和強化學(xué)生的專業(yè)熱情；了解《鋼冶金學(xué)》的主要教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求。

教學(xué)形式：感受式教學(xué)模式

教學(xué)設(shè)計方案：本章以教師PPT講授為主，使用詳實的圖片和視頻資料，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)、日常生活中使用的鋼鐵材料，介紹鋼鐵材料的主要用途與性能。圍繞著為什么要“百煉成鋼”為課程問題，以前蘇聯(lián)小說《鋼鐵是怎樣煉成的》為先導(dǎo)，對學(xué)生進行必要的思想品德和專業(yè)教育。在此基礎(chǔ)上，重點分析鋼與鐵的主要區(qū)別，講述鋼材的主要用途和優(yōu)越性能，以期鞏固先修課程《金屬學(xué)》、《鐵冶金學(xué)》課程的相關(guān)知識。

另外，本部分的教學(xué)中還要結(jié)合我國現(xiàn)代化鋼鐵工業(yè)如何從無到有、從弱到強的歷史進程，展示我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、取得的偉大成就以及目前存在的問題；引導(dǎo)學(xué)生展望我國鋼鐵工業(yè)的未來發(fā)展前景，彰顯我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展不僅在世界歷史發(fā)展中發(fā)揮了巨大作用，更直接促進了我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展。在通過教學(xué)激發(fā)、鞏固同學(xué)們的專業(yè)熱情和創(chuàng)新潛能的同時，對學(xué)生輔之以必要的愛國主義教育[8]。

1.2 第二章 煉鋼的任務(wù)與原材料：(6學(xué)時)

教學(xué)內(nèi)容和任務(wù)：掌握煉鋼的主要任務(wù)“四脫、兩去、兩調(diào)整和一澆注”；熟悉鋼中雜質(zhì)對鋼性能的影響；了解煉鋼對原材料的要求。

教學(xué)目標：進一步鞏固《金屬學(xué)》的相關(guān)知識，提高學(xué)生的學(xué)習能力。

教學(xué)形式：交互式教學(xué)模式+任務(wù)的下達和分配

教學(xué)設(shè)計方案：圍繞煉鋼的主要任務(wù)“四脫、兩去、兩調(diào)整和一澆注”進行設(shè)計和講授。結(jié)合鋼和鐵的主要區(qū)別，講解雜質(zhì)元素對鋼性能的影響；講授熱脆、冷脆、藍脆等基本概念；通過鋼與鐵性能的對比，讓學(xué)生掌握為什么要“百煉成鋼”的重要性，進一步強化對煉鋼任務(wù)的理解。本章可結(jié)合硫、磷元素對鋼鐵性能的正反兩個方面的影響，介紹含硫易切屑鋼和含磷武器用鋼的主要性能及其熱脆、冷脆的鋼的影響，開展深入的對比和分析，培養(yǎng)學(xué)生辯證、嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維模式。

本章的教學(xué)還要圍繞煉鋼過程中為什么要脫碳、脫硫、脫磷和脫氧？為什么要去除鋼水氣體和夾雜物等問題？就“理論上實現(xiàn)的機理？”、“實踐中如何操作？”去預(yù)設(shè)7～10個課程問題和相關(guān)任務(wù)。讓同學(xué)們通過自行選題、分組完成相應(yīng)的任務(wù)，并在自主學(xué)習的基礎(chǔ)上在第三章教學(xué)中進行講授(嚴格要求學(xué)生自行溫習和鞏固《物理化學(xué)》、《冶金原理》、《冶金熱工基礎(chǔ)》和《鐵冶金學(xué)》等相關(guān)課程的相關(guān)知識)。

另外本章的交互式教學(xué)，安排學(xué)生自學(xué)并講解煉鋼對原材料的要求。

1.3 第三章 煉鋼的理論基礎(chǔ)：(18學(xué)時)

教學(xué)內(nèi)容和任務(wù)：讓學(xué)生掌握理論上是如何完成煉鋼主要任務(wù)的？重點掌握脫碳、脫硫、脫磷和脫氧的基本原理；掌握夾雜物和氣體的去除機理；熟悉溶渣的物理化學(xué)性能及其在煉鋼過程中的作用；了解煉鋼過程中的攪拌作用等基本知識和基本原理。

教學(xué)目標：復(fù)習、鞏固《物理化學(xué)》、《冶金原理》和《鐵冶金學(xué)》等課程的相關(guān)知識，提高學(xué)生應(yīng)用基本理論、基本原理分析解決問題的能力。

教學(xué)形式：交互式教學(xué)模式、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式、縱向貫通的比擬式教學(xué)模式、任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)。

教學(xué)設(shè)計方案：本章教學(xué)主要以反轉(zhuǎn)課堂為主，嚴格要求學(xué)生結(jié)合上一章布置的課程任務(wù)為驅(qū)動，通過課前的自主學(xué)習、資料收集來編制完成教學(xué)課件；通過反轉(zhuǎn)課堂讓學(xué)生圍繞煉鋼的主要任務(wù)與小組分配的章節(jié)內(nèi)容進行課堂講授和相互的交流點評；通過深入的理論學(xué)習掌握在煉鋼過程中如何實現(xiàn)脫碳、脫硫、脫磷和脫氧的基礎(chǔ)理論，如何去除鋼水中的氣體和夾雜物等的基本原理；通過學(xué)生講授，在交互式的交流過程中總結(jié)和提高，特別要求學(xué)生將《物理化學(xué)》、《冶金原理》課程的基本理論：如相圖、熔渣、活度等等基礎(chǔ)知識與煉鋼生產(chǎn)理論相結(jié)合并能靈活應(yīng)用。本章教學(xué)設(shè)計方案重點在于發(fā)揮學(xué)生的主動性、能動性，引導(dǎo)學(xué)生自主思考問題，并以課堂現(xiàn)場作答、辯論和上講臺講解的方式自行講授。在此，教師僅發(fā)揮歸納總結(jié)的作用。希望在教學(xué)過程中能形成良好的師生互動、生生互動，產(chǎn)生教、學(xué)共鳴和共振，同時進一步提高學(xué)生的自主學(xué)習能力。同時通過布置作業(yè)的方式進一步提升學(xué)生的歸納、總結(jié)能力。

另外，本部分還要布置轉(zhuǎn)爐煉鋼部分的教改作業(yè)并分配任務(wù)，安排學(xué)生進行預(yù)習。

1.4 第四章 轉(zhuǎn)爐煉鋼：(10學(xué)時)

教學(xué)內(nèi)容和任務(wù)：掌握轉(zhuǎn)爐煉鋼的冶金特點及其在操作過程中如何完成煉鋼任務(wù)，重點掌握裝料制度、供氧制度、造渣制度、熱制度和終點控制制度的主要內(nèi)容及操作特點；熟悉頂吹轉(zhuǎn)爐和復(fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼冶金特點，了解轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展歷程和轉(zhuǎn)爐煉鋼新技術(shù)和新方向。

教學(xué)目標：鞏固并掌握學(xué)生前期所學(xué)的基本理論和基本原理，了解轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展，熟悉轉(zhuǎn)爐煉鋼的操作技術(shù)。

教學(xué)形式：交互式教學(xué)模式、反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式、案例教學(xué)模式。

教學(xué)設(shè)計方案：通過轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中鋼液和爐渣的成分變化情況的講解和分析，要求教師能清晰地分析鋼水中硅、錳、碳、氧和爐渣中SiO2、MnO、CaO、MgO、FeO的變化規(guī)律與相互的聯(lián)系，進一步強化和鞏固前一章教學(xué)的基本理論和基本概念。結(jié)合轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展，以轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中的裝料制度、供氧制度、造渣制度、脫氧制度、熱制度和終點控制制度等作為問題導(dǎo)向進行任務(wù)驅(qū)動，讓學(xué)生收集資料，了解并熟悉轉(zhuǎn)爐冶煉典型鋼種在實踐中如何操作完成的？本部分要求學(xué)生對比裝料制度中定量裝入、定深裝入和分階段定量裝入的異同；供氧制度中恒壓變搶、恒槍變壓、變槍變壓操作如何實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中的軟吹和硬吹操作；如何針對原料和目標鋼種的成分異同進行單渣法、雙渣法和雙渣留渣法的操作；脫氧制度中要求學(xué)生深刻理解和掌握沉淀脫氧、鋼渣界面脫氧、擴散脫氧和真空脫氧的主要區(qū)別和實踐中如何應(yīng)用。讓學(xué)生進一步理解和鞏固轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中的各項操作制度[6]。

結(jié)合轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展歷程與轉(zhuǎn)爐煉鋼新技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，讓學(xué)生討論、分析和對比底吹轉(zhuǎn)爐、頂吹轉(zhuǎn)爐和頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的區(qū)別與相互聯(lián)系。另外要努力籌措資金申購《鋼鐵冶金實習實訓(xùn)系統(tǒng)軟件》在計算機上進行模擬實踐。除此之外，還要鼓勵并組織學(xué)生參加網(wǎng)絡(luò)煉鋼大賽，讓學(xué)生在模擬煉鋼的實踐中、交互式的學(xué)習過程中進一步總結(jié)和提高。

1.5 第五章 電弧爐煉鋼：(4學(xué)時)

教學(xué)內(nèi)容和任務(wù)：掌握電弧爐煉鋼的主要特點及其操作過程中如何完成煉鋼任務(wù)；重點要求學(xué)生掌握電爐煉鋼熔化期、氧化期和還原期的主要任務(wù)、冶煉原理和操作技術(shù)；熟悉煉鋼過程中的還原與合金化原理及其合金加入量的計算方法和基本要求；了解電弧爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展方向。

教學(xué)目標：鞏固并掌握學(xué)生前期所學(xué)的基本理論和基本原理，了解電弧爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展，熟悉電弧爐煉鋼的操作技術(shù)。

教學(xué)形式：交互式教學(xué)模式、反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式、案例教學(xué)模式和分組辯論模式。

教學(xué)設(shè)計方案：本章重點講授電弧爐煉鋼過程中熔化期、氧化期和還原期及合金成分調(diào)整的基本理論和計算，熔化期要求學(xué)生能理解如何實現(xiàn)快速熔化的操作和提前造渣的目的；氧化期要求學(xué)生掌握造渣的目的，尤其是白渣法和電石渣法在生產(chǎn)實踐中應(yīng)用效果及選用依據(jù)，兩種渣法的異同，同時要掌握合金成分調(diào)整的配料計算過程及依據(jù)。結(jié)合電爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展讓學(xué)生以典型鋼種(如不銹鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼等)的冶煉為案例，分析電爐煉鋼在理論和實踐上與轉(zhuǎn)爐煉鋼有何異同？實踐中如何完成操作？等問題進行講解，在交互式的交流過程中總結(jié)和提高。根據(jù)進度及學(xué)生的學(xué)習狀況適時提出電弧爐煉鋼與轉(zhuǎn)爐煉鋼誰優(yōu)誰劣的問題？引導(dǎo)學(xué)生自己去思考、辯論，最后教師進行歸納總結(jié)，再次形成良好的師生互動、生生互動，產(chǎn)生教、學(xué)共鳴和共振，提高學(xué)生主動思考和學(xué)習的能力[5]。

另外本章教學(xué)中要結(jié)合現(xiàn)代電爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展，介紹目前電爐煉鋼采用的泡沫渣操作、廢鋼預(yù)熱與直流電弧爐等新工藝、新技術(shù)和新設(shè)備。

1.6 第六章 爐外精煉與連鑄：(6學(xué)時)

教學(xué)內(nèi)容和任務(wù)：熟悉爐外精煉和連鑄技術(shù)優(yōu)點及其發(fā)展動向，重點掌握LF、VOD、VAD和RH等精煉技術(shù)的原理和實際應(yīng)用；熟悉連鑄技術(shù)的基本原理和基本概念；了解連鑄技術(shù)的發(fā)展方向和動態(tài)。

教學(xué)目標：鞏固并掌握學(xué)生前期所學(xué)的基本理論和基本原理，了解爐外精煉和連鑄技術(shù)的發(fā)展趨勢，熟悉常用的爐外精煉設(shè)備和連鑄技術(shù)。

教學(xué)形式：交互式教學(xué)模式、反轉(zhuǎn)式教學(xué)模式、微課教學(xué)、案例教學(xué)模式

教學(xué)設(shè)計方案：結(jié)合優(yōu)質(zhì)鋼和“純凈鋼”冶煉要求，重點講解主要的爐外精煉工藝原理、設(shè)備和鋼鐵企業(yè)使用連鑄機的基本情況。本章可以通過學(xué)生自學(xué)和學(xué)生自主講授的方式進行。要求學(xué)生能理解、掌握轉(zhuǎn)爐和電爐煉鋼工藝常常配制的爐外精煉設(shè)備；不同質(zhì)量要求鋼種如何選用爐外精煉設(shè)備及工藝。

本章要求學(xué)生理解連鑄的基本工藝參數(shù)，熟悉連續(xù)鑄鋼的分類及選用原則，了解連續(xù)鑄鋼在節(jié)能減排方面的發(fā)展方法(連鑄連軋、熱送熱軋和接近成品的連鑄工藝等)。

2 結(jié) 語

(1)該課程教學(xué)設(shè)計方案在我校冶金工程專業(yè)進行了兩年的教學(xué)實踐，實施效果表明：該教學(xué)設(shè)計方案對激發(fā)學(xué)生的學(xué)習積極性起到了良好的促進作用，學(xué)生考試成績的平均分和優(yōu)良率正逐步提高，特別是在冶金工程卓越班的教學(xué)實踐中取得了良好的效果。我們將在今后的教學(xué)實踐中進行大膽的嘗試和探索。

(2)如何徹底改變傳統(tǒng)填鴨式的教學(xué)模式，充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習的積極性，強化理論教學(xué)與實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的銜接，充分運用現(xiàn)代教學(xué)手段來改善和豐富教學(xué)模式將是我們進一步改革、嘗試和探索的主要方向。

(3)本設(shè)計沒有考慮到課程的考核方法和模式，我們將在今后的教學(xué)實踐中對課程教學(xué)改革后的學(xué)生成績評定方法進行大膽的探索和不斷優(yōu)化。