網(wǎng)絡(luò)煉鋼平臺(tái)在冶金工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用
——以湖北理工學(xué)院為例

雷家柳，陳 躍，徐先鋒，付勇軍

(湖北理工學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 黃石 435003)

如何將新思想、新知識(shí)、新技術(shù)融入到實(shí)踐教學(xué)課程體系中，以突出對(duì)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，是地方應(yīng)用型高校必須面對(duì)的課題。冶金工程專業(yè)具有很強(qiáng)的應(yīng)用性和實(shí)踐性，僅通過理論教學(xué)無(wú)法滿足該專業(yè)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求。結(jié)合地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)，湖北理工學(xué)院于2014年開辦冶金工程專業(yè)，于2015年開始面向全國(guó)招生。湖北理工學(xué)院冶金工程專業(yè)的人才培養(yǎng)，既要重視理論知識(shí)培養(yǎng)，也要重視學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。因此，在教學(xué)過程中如何實(shí)現(xiàn)課堂知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐的有效融合，對(duì)于專業(yè)人才的培養(yǎng)意義重大。

1 實(shí)踐教學(xué)存在的問題

湖北理工學(xué)院冶金工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)過程中存在的突出問題如下：①由于是新開辦專業(yè)，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備還不完善，無(wú)法滿足基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)要求；②實(shí)習(xí)基地?zé)o法達(dá)到生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)的要求；③目前湖北理工學(xué)院冶金工程專業(yè)的培養(yǎng)模式主要借鑒其他冶金院校的已有模式，缺乏創(chuàng)新；④目前冶金工程專業(yè)青年教師主要來(lái)源于高校，缺乏生產(chǎn)實(shí)踐和工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

2 世界鋼鐵大學(xué)網(wǎng)絡(luò)煉鋼平臺(tái)簡(jiǎn)介

計(jì)算機(jī)科學(xué)的興起帶動(dòng)了仿真模擬在各學(xué)科領(lǐng)域中的應(yīng)用，也給高等教育的實(shí)踐教學(xué)模式帶來(lái)了變革。將世界鋼鐵大學(xué)網(wǎng)站引入到湖北理工學(xué)院冶金工程專業(yè)的模擬實(shí)習(xí)平臺(tái)，不僅有利于減少經(jīng)費(fèi)投入，促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)模式改革，也有利于解決我校冶金工程專業(yè)在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)所面臨的難題。

世界鋼鐵大學(xué)網(wǎng)絡(luò)煉鋼平臺(tái)(http://www.steeluniversity.org)由國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)和英國(guó)利物浦大學(xué)共同創(chuàng)立，所有資源免費(fèi)開放，包含了現(xiàn)代鋼鐵冶煉主要工序的多個(gè)模擬平臺(tái)。其以與鋼鐵冶煉理論相關(guān)的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)及反應(yīng)工程學(xué)為基礎(chǔ)，將理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)際緊密融合，操作簡(jiǎn)捷，模擬性強(qiáng)，可有效彌補(bǔ)冶金工程實(shí)踐教學(xué)過程中的不足，將專業(yè)知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。因此，基于世界網(wǎng)絡(luò)煉鋼平臺(tái)建立湖北理工學(xué)院網(wǎng)絡(luò)煉鋼模擬實(shí)習(xí)平臺(tái)，改變傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)模式，開展冶金工程實(shí)踐操作教學(xué)，有利于學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，更有利于應(yīng)用型高校人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3 網(wǎng)絡(luò)煉鋼平臺(tái)在實(shí)踐教學(xué)中的重要性

由于鋼鐵冶煉設(shè)備龐大，冶煉工藝復(fù)雜，課堂教學(xué)與參觀實(shí)習(xí)相結(jié)合的傳統(tǒng)教學(xué)方式難以讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)和掌握專業(yè)知識(shí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)也面臨著原材料和能源消耗大的問題，并且實(shí)際操作過程中，由于安全、污染物、危險(xiǎn)品等因素，實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)化，甚至是純粹的演示性實(shí)驗(yàn)，對(duì)提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力極為不利[1-2]。此外，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的數(shù)量和更新速度無(wú)法滿足實(shí)踐教學(xué)的需求，可供選擇的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也不能完全滿足實(shí)踐教學(xué)的需要。由于冶金行業(yè)的生產(chǎn)工藝復(fù)雜、設(shè)備龐大等，學(xué)生的實(shí)習(xí)過程也僅僅是見習(xí)參觀。有些企業(yè)基于生產(chǎn)安全考慮，禁止學(xué)生參與直接操作，甚至拒絕高校學(xué)生的實(shí)習(xí)請(qǐng)求。

生產(chǎn)實(shí)習(xí)時(shí)間較短、學(xué)習(xí)內(nèi)容較廣，考慮到場(chǎng)地、人身安全、企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)及實(shí)習(xí)經(jīng)費(fèi)等因素，實(shí)習(xí)過程往往以指導(dǎo)教師和企業(yè)技術(shù)人員的講授為主，學(xué)生無(wú)法直接操作相關(guān)冶金設(shè)備，參與生產(chǎn)工藝過程。在這種形勢(shì)下，實(shí)踐教學(xué)無(wú)法提升學(xué)生分析冶金現(xiàn)象、解決實(shí)際生產(chǎn)問題的能力，無(wú)法保證實(shí)踐教學(xué)效果，從而導(dǎo)致實(shí)踐教學(xué)流于形式，嚴(yán)重影響了應(yīng)用型人才的培養(yǎng)質(zhì)量。因此，構(gòu)建新時(shí)代下冶金工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系意義重大[3-5]。

網(wǎng)絡(luò)煉鋼平臺(tái)引入了高爐煉鐵、煉鋼、精煉、連鑄、軋鋼等冶金工藝流程，學(xué)生可在校內(nèi)平臺(tái)上實(shí)時(shí)操作，模擬實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝流程，同時(shí)結(jié)合課堂理論知識(shí)，加深對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝的理解與掌握，實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)與實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)結(jié)合。網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的引入也有助于解決生產(chǎn)實(shí)習(xí)過程中所面臨的難題，使學(xué)生能夠在實(shí)踐教學(xué)中提高學(xué)習(xí)效果[6-7]。因此，網(wǎng)絡(luò)煉鋼平臺(tái)在實(shí)踐教學(xué)過程中的重要性尤為突出。

4 新實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

世界鋼鐵大學(xué)網(wǎng)絡(luò)煉鋼平臺(tái)是一種以網(wǎng)頁(yè)形式展現(xiàn)的互聯(lián)網(wǎng)交互性學(xué)習(xí)系統(tǒng)[8]，可供冶金工程專業(yè)學(xué)生開展網(wǎng)絡(luò)模擬煉鋼操作，且不受時(shí)間、成本、場(chǎng)地及安全等因素限制。學(xué)生可在校內(nèi)通過網(wǎng)絡(luò)煉鋼平臺(tái)，在虛擬環(huán)境中開展各冶煉工序的生產(chǎn)操作。該平臺(tái)不僅要求學(xué)生熟悉掌握冶金設(shè)備的操作規(guī)范，而且要求學(xué)生能夠?qū)⒁苯鹄碚撝R(shí)與實(shí)際生產(chǎn)工藝相結(jié)合，有利于提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決實(shí)際問題的能力。

4.1 網(wǎng)絡(luò)煉鋼實(shí)踐教學(xué)資源

世界鋼鐵大學(xué)網(wǎng)站的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容由淺及深，并且免費(fèi)開放，適合有基本冶金學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)生參與學(xué)習(xí)，使其從整體認(rèn)識(shí)高爐煉鐵、煉鋼(轉(zhuǎn)爐/電爐)、精煉、連鑄、軋鋼等實(shí)際生產(chǎn)工藝流程。其界面操作簡(jiǎn)捷，便于掌握，與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合緊密，學(xué)生可不到現(xiàn)場(chǎng)便能完成由冶煉到軋鋼的實(shí)際生產(chǎn)操作[9]。

同時(shí)，湖北理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院具備100 M的互聯(lián)網(wǎng)接入帶寬和可同時(shí)容納60人的計(jì)算機(jī)機(jī)房，只需實(shí)現(xiàn)機(jī)房聯(lián)網(wǎng)，就可以滿足實(shí)踐教學(xué)要求。根據(jù)冶金工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)，在煉鋼平臺(tái)上，學(xué)生便可開展高爐煉鐵、煉鋼(轉(zhuǎn)爐/電爐)、精煉、連鑄、軋鋼等實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目。因此，在校內(nèi)開展網(wǎng)絡(luò)煉鋼實(shí)踐教學(xué)具有一定的可行性。

4.2 基于網(wǎng)絡(luò)煉鋼平臺(tái)的生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)模式

為了彌補(bǔ)校外生產(chǎn)實(shí)習(xí)的局限性，基于網(wǎng)絡(luò)煉鋼平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)，以網(wǎng)絡(luò)煉鋼平臺(tái)為載體，建立與校外生產(chǎn)實(shí)習(xí)相融合的耦合機(jī)制，并將其作為生產(chǎn)實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)的重要內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)我校冶金工程專業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變。為充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)煉鋼平臺(tái)在生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)模式轉(zhuǎn)變中的作用，在該實(shí)踐教學(xué)實(shí)施之前，需制定完整的實(shí)踐教學(xué)大綱，包括具體的教學(xué)目的和任務(wù)、內(nèi)容及要求、重難點(diǎn)、學(xué)時(shí)分配、考核方式、與其他課程的關(guān)聯(lián)性以及參考指導(dǎo)書等，并將其寫入專業(yè)培養(yǎng)方案中，以便對(duì)整個(gè)實(shí)踐教學(xué)過程給予有力指導(dǎo)，并在以后的教學(xué)過程中逐步完善，從而推動(dòng)基于網(wǎng)絡(luò)煉鋼平臺(tái)的生產(chǎn)實(shí)習(xí)教學(xué)模式的有效開展。

4.3 網(wǎng)絡(luò)煉鋼實(shí)踐教學(xué)安排及考核

為確保新模式下的實(shí)踐教學(xué)效果，教師可在課前規(guī)定教學(xué)項(xiàng)目的具體內(nèi)容及要求。學(xué)生在提前預(yù)習(xí)、熟悉相關(guān)指導(dǎo)手冊(cè)和參考資料的前提下，按要求在規(guī)定課堂時(shí)間內(nèi)進(jìn)行模擬操作，并在課后按要求撰寫完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。網(wǎng)絡(luò)煉鋼實(shí)踐教學(xué)安排在第5學(xué)期，共32學(xué)時(shí)。網(wǎng)絡(luò)煉鋼實(shí)踐教學(xué)安排見表1。網(wǎng)絡(luò)煉鋼平臺(tái)系統(tǒng)的部分網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)截圖如圖1所示。

表1 網(wǎng)絡(luò)煉鋼實(shí)踐教學(xué)安排

網(wǎng)絡(luò)煉鋼實(shí)踐教學(xué)可以妥善解決以往實(shí)踐課程考核量化難的問題。該平臺(tái)可詳細(xì)記錄學(xué)生的所有操作數(shù)據(jù)，當(dāng)操作結(jié)束提交后，系統(tǒng)會(huì)在基礎(chǔ)理論知識(shí)、操作順序、物料成本、質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)、產(chǎn)量等多個(gè)方面進(jìn)行綜合考核，根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，對(duì)學(xué)生的操作即時(shí)給出量化考核成績(jī)及依據(jù)。同時(shí)，教師可對(duì)學(xué)生的考核數(shù)據(jù)進(jìn)行教學(xué)分析。這不僅完善了理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容體系，而且形成了由“基礎(chǔ)理論→模擬操作→生產(chǎn)實(shí)習(xí)→理論與模擬操作結(jié)合”的教學(xué)模式，從而不斷提高教學(xué)質(zhì)量。

(a) 高爐煉鐵 (b) 轉(zhuǎn)爐煉鋼 (c) 電爐煉鋼 (d) 二次精煉

4.4 網(wǎng)絡(luò)煉鋼競(jìng)賽與實(shí)踐教學(xué)耦合體系構(gòu)建

自2017年以來(lái)，湖北理工學(xué)院冶金工程專業(yè)的學(xué)生分別參加了由中國(guó)金屬學(xué)會(huì)主辦、重慶科技學(xué)院(2017年)及內(nèi)蒙古科技大學(xué)(2018年)協(xié)辦的“全國(guó)網(wǎng)絡(luò)虛擬煉鋼-軋鋼大賽”，并取得了較好的成績(jī)[10]。目前，該學(xué)科競(jìng)賽激發(fā)了廣大學(xué)生的興趣，學(xué)生們熱情高漲。因此，將網(wǎng)絡(luò)煉鋼競(jìng)賽納入到專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中，把學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)煉鋼競(jìng)賽活動(dòng)中的表現(xiàn)計(jì)入創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程學(xué)分中，可有效激發(fā)學(xué)生參與全國(guó)及國(guó)際賽事的熱情，更有利于學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)。為此，學(xué)院可專門制定網(wǎng)絡(luò)煉鋼學(xué)科競(jìng)賽實(shí)施辦法，以制促賽，并對(duì)表現(xiàn)優(yōu)異的學(xué)生予以獎(jiǎng)勵(lì)和相應(yīng)創(chuàng)新學(xué)分?；诰W(wǎng)絡(luò)煉鋼平臺(tái)，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)煉鋼競(jìng)賽與實(shí)踐教學(xué)的耦合機(jī)制，為學(xué)生提供廣闊的創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力；有望在開闊學(xué)生眼界，提升學(xué)生學(xué)習(xí)熱情及創(chuàng)造性思維等方面取得明顯突破。

5 結(jié)束語(yǔ)

構(gòu)建基于網(wǎng)絡(luò)煉鋼平臺(tái)的實(shí)踐教學(xué)體系，有利于突破傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)模式的局限性，也有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。通過該平臺(tái)開展實(shí)踐教學(xué)，可增強(qiáng)學(xué)生對(duì)專業(yè)的認(rèn)可度，加快湖北理工學(xué)院冶金工程專業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。網(wǎng)絡(luò)煉鋼平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的充分融合，對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)起到了良好的促進(jìn)作用?？傊?，基于網(wǎng)絡(luò)煉鋼平臺(tái)開展冶金工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。這一嶄新的實(shí)踐教學(xué)模式，對(duì)于實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)模式與新形勢(shì)下實(shí)踐教學(xué)模式的良好對(duì)接意義重大。