虚拟环境下《炼钢生产操作与控制》教学新模式的探索与实践

林 磊

（天津冶金职业技术学院，天津 300400）

近年来，随着虚拟现实技术的发展，许多高职院校已引进仿真软件来满足教学要求，但是课程本身的教学模式并没有改变，教学效果不理想。《炼钢生产操作与控制》课程作为高职冶金技术专业的核心课，由于知识点多，应用性强，且要求学生具有较高的动手操作能力和问题分析能力，因此，学生学习难度较大，学习兴趣不高。如何改革虚拟环境下的教学模式，切实提高学生的学习兴趣，增强学习效果，使学生毕业后真正成为高端技能型专门人才，是专业教师面临的重要工作。本文对高职冶金类专业《炼钢生产操作与控制》课程在虚拟环境下的教学新模式进行了探索和实践。

一、课程现状

《炼钢生产操作与控制》课程是冶金技术专业必修的核心主干课程，是一门综合性强、实践性强的专业实践课程，也是与企业紧密结合的理实一体化课程，在专业人才培养中具有十分重要的地位。目前该课程在教学过程中主要存在以下问题：

（一）课程内容选择不合理

第一课程内容的选择应该是获得某门具体课程的知识、技能、态度及其组织关系，基本参照点是完成工作任务所需要的职业能力，应避免学科本位、学科知识系统化和完整化。但由于课程的任课教师都是学科本位模式培养的，学科本位的烙印很深，故在选择课程内容时还是在习惯按学科本位确定课程内容，使得课程内容不注重学生的能力培养。第二课程内容中的职业态度和素质内容较少。根据用人单位的反馈意见，现在企业对毕业生的职业态度和素质也很看重，这是他们选人的第一标准，而这部分重要内容没有贯穿在整个学习和训练的全过程中，无法能够确保达到课程目标的要求。

（二）教学过程设计不合理

高职课程的教学设计要体现以学生为主体，教师要转变给学生灌输知识的传统角色，应根据课程内容采用有利于学生综合职业能力培养的教学方法，成为学生学习的指导者和组织者。目前该课程主要还是采用以教师为中心的传统教学模式，忽视了学生的认知主体作用，在整个教学过程中，以“教”为主，缺少师生间的互动，教学方法单一、教学手段落后，难以激发学生的学习热情，不利于技能型专门人才的培养。

二、构建虚拟环境下理论与实践一体化的教学新模式

（一）按照典型工作任务整合序化教学内容

组织任课教师深入天津钢铁集团有限公司、天津钢管集团股份有限公司等钢铁企业进行调研，通过到生产车间现场观察、与企业技术人员和工人专家进行座谈等方式，进行岗位能力分析，描述出完成职业岗位实际工作任务所需要的知识、能力、素质要求，结合学习者特征，确定课程目标。同时依据虚拟仿真教学设计的原则，选取企业真实的炼钢生产工艺流程中的钢铁料的选用、渣料的选用、装料操作、吹氧操作、造渣操作和溅渣护炉等26项工作为典型工作任务。然后以“操作新手、操作能手、技术能手、创新炉长”学生职业能力发展四阶段为主线重构教学内容，参照炼钢工职业资格标准、结合全国炼钢工职业技能竞赛内容，以转炉冶炼产品为载体，确定了Q235B钢冶炼、Q235A钢冶炼、不锈钢冶炼、45钢冶炼和Q235B天钢120t转炉冶炼5项典型学习项目，每个项目都是一个完整的炼钢工作过程。在项目内容的安排上，根据炼钢工作流程，每个学习项目下都安排了结构相似的学习任务，学习任务既是企业真实的工作过程，又融入了典型工作任务。随着学习项目的推进，学生的综合职业能力不断提升。

（二）虚拟环境下理论与实践一体化的教学过程

围绕炼钢生产仿真系统，将所要学习的新技能、新知识隐含在学习任务中，以学习任务为驱动，精心设计每个学习任务的教学过程。整个教学过程中学生在教师的启发引导下，通过参与任务解决的过程，发现问题、提出问题、解决问题，实现理论与实践的高度融合，激发自主学习的动力，让学生成为学习的主体。教学过程主要包括教学准备和教学活动两部分。下面以Q235A钢冶炼项目中学习任务冶炼操作为例说明虚拟环境下理实一体化的教学实施过程。

1．教学准备。教学准备是在进行教学之前教师需要进行的必要准备，是好的教学活动顺利进行的基础。主要包括学生分析、教学条件分析、学习目标确定和学习评价设计四个方面。

学生分析是通过对学习者特征分析，了解学生的基础知识、学习风格等特征，为后续设计提供依据。通过前期对学生的学习特征分析得出冶金10－3班学生综合能力水平高中低分别为10人、22人和8人。教学条件分析主要是熟识教学所需的和已具备的外部条件，为教学活动进行提供依据。该任务的教学条件包括：实践教学条件为炼钢生产仿真系统；理论学习条件为教材第四章1－5节内容和某钢厂转炉冶炼岗位操作规程。

学习目标确定是结合转炉炼钢岗位群职业能力分析确定学生通过学习应达到的水平和获得的能力。该任务的学习目标：能确定铁水、废钢的加入量；知道吹氧降碳的操作要点；能根据工艺要求吹氧降碳，准确命中终点；能在脱碳时防止喷溅和返干的产生；知道钢水温度与炉口火焰、炉渣颜色、亮度、氧枪进出口水温差的关系；知道各种渣料的加入量和造渣方法；能根据工艺操作要求造好泡沫渣。

学习评价设计是从知识、能力、素质等方面对学生进行多元化的评价，促使学生进行知识整合与自我反省。该任务的评价内容为学生制定的冶炼操作规程和冶炼仿真操作的操作过程；评价方式为小组自评、小组间互评和教师评价相结合。

2．教学活动。教学活动是选用具有企业特色的基于典型任务的班组协作学习模式进行设计和实施。该模式的结构见图1，虚拟仿真平台处于中心位置，其它四个环节围绕这个中心组成一个环形序列。

“项目导入”是起始环节，其目的是通过案例导入学习任务，使学生明确自己应当完成的任务、所需的知识以及所达到的能力。该环节教师的活动包括：（1）以案例导入学习任务及目标、展示项目结果。教师先引入典型案例“某钢厂冶炼岗位操作规程”，然后导出学习任务冶炼操作，学习目标为教学准备中确定的目标，最后规定项目完成的结果为根据炼钢生产仿真系统制定冶炼操作规程，并合作完成仿真操作。（2）以企业的“班组”为单位对学生进行分组，安排任务完成的具体步骤、时间和成果的评价方式等。分组时，按照学生分析的结果，将不同层次的学生平均分成8个“班组”。为了有利于协作学习的开展和提高参与的积极性，在保证每个“班组”均有不同层次学生的同时，按照炉长、一助手、二助手、料口工和炉前工等岗位进行角色扮演。（3）提供给学生必要的学习资源岗位操作规程。此时，学生的活动主要是通过观察和分析，明确自己应当完成的任务、目标及所需知识，并在教师指导下完成分组工作。

在“制定计划”环节，学生以“班组”为单位，通过自主学习、分组讨论和协作学习等方式，共同分析学习任务及目标，确定任务所涉及的各种要素，按角色合理分工，基于虚拟仿真平台进行决策，共同制定出完成任务的详细计划。教师则根据计划制定情况适时对学生进行点拨和指导，使学生能够制定出科学的计划。

在“实施计划”环节，学生按前面制定好的计划逐步完成学习任务。教师则认真观察各组学生的实施情况，并适时进行指导。实施过程中穿插着学生为完成工作任务所必须的知识和技能，计划的实施就是学生知识的构建、岗位能力形成的过程。

在“展示与评价”环节，学生按“班组”进行任务成果展示，并进行小组自评、互评。然后学生根据评价过程中指出的问题改善计划，形成最终方案并上交，图2为学生上交的任务执行方案。学生在展示和评价的过程中，使知识得到整合、完善和巩固。教师则根据学生的展示和评价给予反馈，教师的反馈意见既是对学生在学习过程中存在问题的指导，也是对学生完成任务的一种激励。

图1 基于典型任务的班组协作学习模式

图2 “冶炼操作”任务学生执行方案

三、教学新模式的实践效果

《炼钢生产操作与控制》课程在新模式下的教学过程中，充分发挥了学生的主观能动性，拓展了思路。基于典型任务的班组协作学习模式也培养了学生的自学能力、团队合作能力、逻辑思维能力和创新能力。通过对问卷调查和座谈发现，学生课堂上的学习热情很高，参与意识很强，学习兴趣大大提高。近三年来，全院炼钢工职业资格证书取证率在96%以上，特别是在已举办的两届全国冶金类高职院校学生职业技能竞赛转炉炼钢项目比赛中，我院选派的同学获得了一个一等奖、两个二等奖的优异成绩。

总之，《炼钢生产操作与控制》课程采用虚拟环境下理论与实践一体化的教学新模式，融“教、学、做、评”为一体，充分体现了以学生为主体，教师为主导的课堂教学原则，着力培养学生的职业岗位能力、创新能力和创业能力。但是虚拟环境下的教学模式只能为学生提供获得间接经验的手段，而代替不了现场真实的操作，因此必须与课程后面的企业现场实操实训有机地结合起来，才能达到最佳的教学效果。

［1］王金岗．虚拟现实技术在高职实践教学中的应用研究［J］．中国职业技术教育，2011，（23）．

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［3］王金岗．对高职工学结合有效教学评价特色的探索［J］．职教论，2010，（30）．

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