冶金工程专业实验教学的改革研究

刘洁群

摘要：根据苏州大学冶金工程专业实验教学的现状，构建“三层次、四结合、五模块”实验教学体系。结合冶金工程专业实际情况，加强实验室管理、实验教学的内容和考核模式的改革，探讨适合冶金工程专业学生创新能力培养的实验教学模式。

关键词：冶金工程；实验教学；教学体系；改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）50-0250-02

随着冶金行业的飞速发展，如何培养学生的工程素质和创新能力已经成为当今高等教育实践教学改革的重大课题[1]。实验教学是促进学生理解专业理论知识，掌握专业实验技能，明确实验研究方法的主要实践教学环节。苏州大学沙钢钢铁学院作为一个2010年刚成立的新学院，非常重视实践教学环节，在实验室建设过程中充分利用好沙钢专项资金和中央财政专项基金的经费，建设了有特色的教学实验室和科研创新平台[2]。同时，如何构建实验教学体系，提高实验管理效率，合理开设实验课程、实验项目，创新实验教学的考核模式，对提高冶金工程专业学生的工程素质和创新能力，具有非常重要的意义。

一、构建“三层次、四结合、五模块”实验教学体系

“三层次、四结合、五模块”的教学体系是指分层次、分阶段、分类别设计教学体系及其内容。“三层次”是指对不同年级的学生进行分层次的能力培养，分为基础层次、综合层次和创新层次，“四结合”是指将课堂教学与实验教学、校内实验与校外实验、虚拟仿真与现场实验、学术实验与科研创新对应相结合起来，“五模块”是指构建基础实验模块、自主综合实验模块、虚拟实验模块、自主创新实验和科技创新模块、自主创新实验和毕业论文模块，以提高学生专业基础技能与实践创新能力。

二、改革实验教学内容和教学方法

冶金工程主要开设冶金物理化学、冶金传输原理、钢铁冶金学、金属学及热处理等4门专业实验课程，这4门专业实验课程全部进行独立开设，使实验教学体系具有系统性、有机性和科学性。对应的4门专业课教师作为相应实验教学的负责人，使理论教学与实验教学有机统一，在理论教学中提升实验水平，在实验教学中将理论升华。实验课程采用分组实验教学模式，将学生按照6人/组进行分组教学，每门实验课程都采用操作性实验，保证学生都能参与实验操作，充分锻炼学生的实践能力和创新能力。

加大综合型、设计型实验的开设比例成为本科教学工作水平评估实践教学的重要指标，因此在实验项目上开设综合型、设计型实验的实验成为实验教学改革的重点，综合型、设计型实验是在学生充分理解实验基本原理的基础上，综合运用所掌握的基本理论知识、基本实验技能以及各种技术原理技术方法，自行设计实验方案完成实验过程，其目的在于培养学生的专业综合能力、理论与实践相结合的能力以及科研创新能力。同时，针对一部分基础较好的同学，可以适度开设创新型实验项目，如在冶金工程2012级开设“铁矿球团制备”，该实验通过学生自主设计配矿、生团制备、球团焙烧等实验参数制备球团，并以球团表征性能优劣作为竞赛评分标准，从而更好地培养学生自主科技创新能力。目前，冶金工程专业实验中，综合型、设计型、创新型实验占全部实验课程比例80%。同时，一些不方便开设的实验，可以利用与沙钢集团的深度合作关系，在沙钢钢铁研究院开设自选式的创新型实验。还有一些针对钢铁冶炼过程高温和密闭反应器中诸多过程不可见的实验，通过制作实物仿真模型，和建立综合考虑温度场、流场、应力场及物理化学反应的多相流仿真数学模型，构建工艺仿真模型实验，并将可视化动态仿真结果用于形象化教学。

根据冶金工程本科实验教学的需要，开展了“冶金过程物理实验教学系统”、“热电偶的焊接与标定系统”两项实验教学设备自制项目的研制工作。其中冶金过程物理模拟实验教学系统是结合企业生产实际中的技术难题提出的，主要利用室温下的液体水代替冶金生产过程中的高温钢液，按相似性原则设置模拟设备几何尺寸，通过室温下的液态水模拟设备中的流动状态来反映实际生产过程中钢液在中间包、钢包中的流动状态，为现场工艺制定提供科学依据和理论指导。通过上述两个实验教学自制设备项目的实施，提高了学生和实验室老师的动手能力，促进实验老师深入理解实验课程的实质、内涵、作用以及辅助教学的效果，满足学生实验教学需要，并且还能够降低实验室建设成本。

冶金工程学科专业教师不但参与实验的建设，并且将先进理论、技术与科研方法融入实验教学内容，提升学生科学研究和科技创新的能力，充分体现了科研支持实验教学、服务人才培养的作用。冶金工程学科形成了冶金资源综合利用、高性能材料冶金制备技术、金属材料先进制备技术3个专业的特色方向，并且建设了3个对应的科研创新平台，学生可以根据本科生导师制或者通过大学生各类科技竞赛活动参加有关方向的科研创新实验，早日接触到冶金工程学科发展的前言新技术和新工艺以及新方法，培养了学生的综合能力和科研创新素质。以2011级冶金工程为例，70%以上的学生都参与了科研创新实验，其中大部分同学都保研或者考取了硕士研究生，毕业后直接工作的同学80%以上从事与科研创新相同的研究方向。同时，使得实验教学与创新教育结合，把实践教学作为创新精神与能力培养的重要环节，强化了研究性、探索性实践教育，从而达到了培养学生创新思维和创新能力的目的。

隨着冶金工程专业实验室建设的不断推进，逐步建立健全实验室开放制度和管理体制。冶金工程专业实验室全方位向本科学生开放，开展网上预约实验，为落实学生开展综合型、设计型和创新型实验项目提供了更完善的保障，从而加强了学生实践、创新能力的培养。为了更好地加强实验安全管理，对参加开放实验的同学首先进行网上安全实验教育并且通过考核后，实验室负责安全教育的老师再进行课堂的安全教育。同时，在保证完成实验教学任务和教师的科研任务的同时，积极开展为当地的冶金企业进行技术服务，从而更好地提高实验室的开放率和设备使用率，使得实验教学资源得以共享，从而更好地提高实验教学水平。

三、实验室教师与专业教师、企业工程技术骨干共同编写实验教材

实验指导书的编写按冶金物理化学、冶金传输原理、钢铁冶金学、金属学及热处理等4门专业实验课程来进行：首先，每门实验课程均由实验教师和专业教师来共同撰写实验指导书初稿，然后将初稿提交给冶金工程系的老师对初稿进行共同讨论，提出修改意见形成修改稿；修改稿然后由学院组织现场经验丰富的老专家并且聘请沙钢集团的工程技术骨干一起共同进行审核，促使实验课程教学具体内容紧密结合企业生产实际，突出卓越工程师培养计划中按照通用标准和行业标准培养工程人才的内在要求。

四、建立和完善实验教学考核体系

实验课程考核是实验教学工作中一个非常重要的环节，是检查实验教学效果、改进实验教学的一个重要方法。传统的实验教学主要通过实验报告作为评分标准，这样考核的成绩比较片面，并且培养了学生的惰性，很多同学抄袭其他同学的实验报告。为了更好地体验实验教学效果，真实反映学生的实验动手操作能力，应该综合考虑到实验过程中学生的实验准备情况、实验动手操作能力、发现问题、解决问题以及分析问题的情况，构建多元化的实验教学考核体系。这样可以更好地发挥学生参与实验的积极性，重视实验教学的重要性，增强学生的实验动手能力，培养实验的创新意识。

五、建立高水平的实验教学队伍

实验教师队伍的建设是实施实验教学的关键，也是确保实验教学质量的主要核心，只有高素质的实验教师，才能开展高质量、高水平的实验教学工作，才能培养出冶金行业的创新人才，而在提高实验教师队伍素质方面是一项长期的工作。学院在这方面做了许多有益的工作。一是引进高学历、高层次的人才，比如说从中南大学、北京科技大学、武汉科技大学、内蒙古科技大学等老牌冶金高校引进钢铁冶金、有色金属冶金、冶金物理化学的研究生，同时也引进了具有工程背景的工程技术人员充实到实验教师队伍中来，目前实验中心有专职实验教师6人，学历层次高、学缘结构好，工程技术背景强。实验中心由院长主管，并且聘请现场实践经验丰富的专家指导日常建设和管理工作，实验中心主任由冶金工程专业的高级职称教师担任，负责实验室的日常教学运行工作。冶金工程所有专业教师全部参与到实验室的建设和教学工作中来，因此实验教学队伍形成了以博士生导师、工程实践经验丰富的教授、副教授、高级工程师、博士、硕士等为骨干的队伍。在2011级冶金工程专业首次开设专业实验时，指导教师在正式授课之前，学院组织有经验的教师，先后两次听取实验课指导教师的实验试讲和实验试做，达到相应实验教学水平要求后，方可独立讲授与指导实验教学。在开设完第一次实验后，专门出台了《沙钢学院关于实验教学工作安排》的文件，主要对于实验教学质量提升制定了相关的制度，实行实验教学的实验模块负责人、实验中心和学院三层次管理模式，以提升实验教学的质量。

六、结束语

经过几年来的建设，冶金工程专业构建了“三层次、四结合、五模块”的实验教学体系，实验教学内容将基础性、综合性和创新性有机结合起来，将课堂教学与实验教学、校内实验与校外实验、虚拟仿真与现场实验、学术实验与科研创新对应相结合起来，从而构建了五模块的平台，更好地提高学生专业基础技能与实践创新能力，培养了学生的工程意识，提高了学生的工程实践以及应用能力，培养的学生符合冶金行业的要求，契合了冶金工程專业卓越工程师教育计划的培养目标。

参考文献：

[1]张明远，吕俊杰，柳浩.冶金工程专业卓越工程师教育培养学生工程能力的实践教学改革[J].教育与职业，2012，744（32）：117-118.

[2]钟胜奎，王德永，伍凌.冶金工程专业实践教学环节的改革与成效[J].教育教学论坛，2015，34（8）：85-87.