计算机技术在冶金工程专业课程教学中的应用浅探

2011-05-08张红亮

中国新技术新产品 2011年1期

张红亮

（中南大学冶金科学与工程学院，湖南长沙 410083）

冶金工程专业是培养具备有冶金工程领域科学研究与开发应用、工程设计与实施、技术攻关与改造、新技术推广与应用、工程规划与冶金企业管理等技能的高层次专业人才[1]。专业课程的学习为所有的课程教学中最重要环节之一，要求学生对整个冶金过程的的流程、反应、原理等进行掌握，是学生日后从事冶金工程领域相关工作的重要基础。

一直以来，由于冶金工程一般存在流程长，反应复杂，反应器庞大，反应大多为高温高压高腐蚀的恶劣环境，学生很难对整个流程及内部的情况有透彻的了解，而在教学中常以流程框图的方式进行教学，往往导致学生对学习的内容缺乏兴趣，对重点缺乏掌握，学习积极型降低，影响了专业课程的教学质量。

在新的形势下，为了不断提高冶金工程专业课程的教学质量，从计算机的角度出发，在课程的讲述模式、课件的制作、冶金流程的3D虚拟现实体验等方面进行了探索研究。

1.课程的讲述模式

传统冶金工程专业课程的讲述以教师口头讲述结合黑板板书为主，尽管教师的经验丰富，专业知识也很扎实，但要将所有的内容直观的表述出来是比较困难且费时费力的。而且现代冶金生产由于生产规模庞大、设备大型化、现代化程度高等特性，因此教师的授课模式需要进行革新，这是保证冶金工程专业课程教学质量的基础之一。

为此，结合当前教学实际及目前计算机软硬件水平的发展，提出一种多维授课方式，包括教师课堂讲述、多媒体课件展示、企业工程师网络远程视频操作演示及小组专题讨论等授课方式。

1 ）课堂讲述

教师为整个课堂的主导者，对于冶金工程专业的教师来说，需要有宽广的知识面和扎实的专业理论基础，在讲述过程中，不但要结合书本，更要结合实际，例如将传统冶金和最新研究成果进行穿插讲解，如此不但可以调动学生的求知欲，更可以激发学生的学习热情，对于专业课程的授课效率有较大的提高。

2 ）多媒体课件展示

多媒体课件包含图、文、声音等多种元素，通过多媒体课件的展示，教师将能更好的将课程内容叙述清楚，并可以提前收集各种方式的图片及文字等，从而可以最大幅度的将冶金流程及反应流程讲述清晰，并且整个课程的趣味性与学术性大幅度增加。

3 ）企业工程师网络远程视频操作演示

由于当前冶金工程专业毕业生最大的短板为其实际工程经验，尽管可以通过认识实习和生产实习弥补，但由于这些实习时间短，学生需要掌握的内容太多，无法对每一实际流程进行仔细学习，更多的是流连于表面，此外，现场不确定因素过多，容易造成安全事故。当前，由于网络技术的发展，廉价的网络视频通话无论是在视频画质及画面流畅程度上都有大幅度的提高，因此完全可以通过完成会议模式或者远程视频对话的模式，让学生不但可以在教室里观察现场实际的操作与工艺流程，还可以与现场企业工程师进行交流。整个过程可如下图1所示，该方法相对实习的优点在于学生无需深入现场，从而可避免诸多隐患，且整个系统无需花费过多的经费。

4 ）小组专题讨论

当前冶金工程专业课的授课模式更多的是一种填鸭式的教学方法，学生都属于一种被动的接收者，如此往往导致学生上课积极性不高，学习兴趣和效率降低。相比国外，小组专题讨论在我国开展较少，故在这方面可以由教师主动引导，分配主题，学生通过自由组合，共同讨论完成任务，并进行相应的讲述和成果展示。这种授课方式，可以让学生更多的参与课堂教学，还可以锻炼学生的团队协作、领导及各种个人能力。

2.课件的制作

当前，由于计算机软硬件的发展，大多数冶金工程的专业课程都开始采用多媒体授课，但这也带来了一些问题，包括讲课速度过快、多媒体课件制作照搬书本，文字太多，学生往往难以一下子消化。为此，对于课件的制作，需要冶金工程的教师不断完善这方面的技巧，而对于冶金工程专业课程的课件来说，需要注意一下几个方面：文字表述；图片格式；流程动画等。

1 ）文字表述：由于多媒体课件不同于书本，其更多的是起到一种提纲的作用，因此不能将书本的内容整段整篇的拷贝到课件中，而是应该对书本内容进行提炼，再以标题的形式给出。如此，则教师在讲课过程中不但能把握大纲，还能调动学生的积极性。

2 ）图片格式：由于目前课本上反应器大多为老式反应器，且图片格式不清晰，因此，在制作课件时，需要教师手机最新的反应器或设备流程图。

3 ）流程动画：经管流程图能较好的展示冶金过程中的物料或者是能量流程图，但如果以动画的形式展示，那整个课程内容将更加生动，学生的兴趣必定大幅度提高。

3.冶金流程的3D虚拟现实

3 D虚拟现实（VR-virtual reality）,也称虚拟实境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。它利用计算机技术生成一个逼真的、具有视觉、听觉、触觉等多感知的三维虚拟环境，通过使用各种交互设备，同虚拟环境进行互动，身临其境地与之进行交互仿真和信息交流。它是一种全新的数字化人机接口技术，也是数字媒体技术的高级阶段。与传统的模拟技术相比，其主要特征是：操作者能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟环境中，与之互动和交流。通过参与者与虚拟环境的相互作用，并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力，帮助启发参与者的思维和认识能力，以全方位地获取虚拟环境所蕴涵的各种空间信息和逻辑信息。沉浸感和实时交互性是虚拟现实的实质性特征，对时空环境的现实构想（即启发思维，获取信息的过程）是虚拟现实的最终目的。对于冶金过程专业课程来说，虚拟现实系统可以让学生对整个冶金流程或者冶金反应器内的反应、物料平衡和能量平衡有全方位的掌握。下图2为典型冶金过程3D虚拟现实系统的架构，通过离线的设计、开发和数据采集可以让该系统更加完善。

4.结束语：冶金专业课程的教学是冶金工程专业学生教育的基础环节之一，针对冶金工程专业课程教学中存在的一些问题，从计算机的角度出发，在课程的讲述模式、课件的制作、冶金流程的3D演示等方面进行了探索研究，初步形成一套较为先进的教学模式，最大程度的利用计算机技术将实际的冶金过程真实的呈现在学生眼前，为学生毕业后独立从是冶金专业工作打下坚实基础。