基于工程教育认证的冶金实验教育改革探讨

2018-03-31朱航宇李建立

山东化工 2018年13期

余岳，张翔，朱航宇，李建立

(武汉科技大学材料与冶金学院，湖北武汉 430081)

中国于2016年正式加入《华盛顿协议》，成为第18个正式成员国。《华盛顿协议》是国际上最具权威性和影响力的工程教育互认协议之一，其宗旨是通过多边认可工程教育资格，促进工程学位互认和工程技术人员的国际流动。

在工程教育认证的条件下，培养人才方式需从“以知识传授为主、以教师为中心”的传统教学理念向“以学生为中心、以能力输出为导向”的新型教育模式进行转变[1]，以工程教育认证推动实验教学改革。这对实验教学提出了更高的要求，不仅要求培养学生的创新意识、独立思考能力，而且要培养学生解决复杂工程工问题的能力。

1 存在的问题

1.1 学生对实验设备不熟悉

学生进入实验环节前，存在从来没接触过本实验设备的问题。虽然在进入实验环节前，学生通过学习《冶金实验方法》和预习实验指导书等途径了解了实验过程，但是由于钢铁冶金实验很多属于高温、毒性实验，存在一定的安全隐患，使得教师对于学生直接动手操作有所顾忌，不能让没经过培训的学生直接操作，导致学生主观印象不深与实践能力差，不利于学习能力的培养。

1.2 实验目的不明确

目前，我校冶金工程专业实验教学的主要任务是通过实验让学生了解冶金方法，并且将知识应用至实际中去[2]。然而，绝大多数实验以验证性实验为主，学生按照实验指导书列出的实验的目的、原理、仪器设备及实验步骤按部就班，有些学生在实验过程中没有思考，完全处于被动接受的状态，少数学生完成实验后尚不清楚为何做此实验。导致学生是为了完成实验学时和实验课程来进行实验，实验内容科学研究和工程问题成分少，没有明确带着问题来进行实验研究，导致对学生工程实践能力的培养不足。

1.3 实验积极性不高

在传统的大学实验中，一般以老师讲授为主。学生缺乏好奇心，学习不具备针对性[3-4]。学生觉得内容老套，没有可操作的空间，对所学课程在实验中的应用没有清晰的认知，实践能力的培养和提高成效不明显。

由于实验条件的限制，学生上实验课时往往几个人使用一台实验设备。而很大一部分冶金实验属于高温实验，实验过程耗时较长。受实验课时限制，在学生开始实验课时，老师已经完成了部分实验环节，并且现在实验设备自动化程度较高，学生动手操作的时间短。这样失去了实验教学过程中培养学生动手能力、创造能力、分析问题和解决实际问题能的作用，很难达到实验教学的目的。

2 解决问题方式

工程教育认证要求学校培养有解决复杂工程问题能力的工程师。因此，需要优化和完善冶金专业实验教学大纲，通过专业课程的学习掌握一定的专业基础理论知识和实验研究，培养学生在冶金领域的创新意识、创新思维和创新技能[5]。

2.1 建立实验室准入制度

随着本专业逐渐开始实行实验室开放制度，对学生的安全和实验技能提出了新的要求。根据冶金实验室的实际环境，对学生在进入实验室前进行基础培训，使其对实验室的制度和紧急处理措施有所了解，减少安全隐患。经过考核通过的学生才可进入实验室进行课程研究，这种措施不仅可以增加学生的安全意识，同时还增强了学生的责任心。

本专业单独设立了《冶金实验研究方法》的课程，但是学生对实验设备的了解仅停留在书面上，在实践应用方面还有所欠缺。本专业采用现场教学和网络慕课教学的方式，对冶金工程现有的实验设备和操作方法进行全面的培训，将冶金工程的实验技术、基本原理、常用的研究方法和常用的仪器设备使用方法结合起来，使学生能够对所要开展的实验项目从实验内容、原理、方法和设备等方面有全面系统的了解[6]。然后学生自主设计实验方案，预约实验时间，按照实验教学大纲中要求的成实验项目和实验学时。

2.2 采用虚拟仿真与实践相结合的教学方式

随着虚拟仿真的发展和进步，将虚拟仿真技术引入到实践教学引起了越来越多的高校的重视。应用VR、多媒体、人机交互、数据库以及网络通讯等技术构建虚拟仿真综合实验教学平台和实验操作环境。实验对象逼真，使学生在高度自由的虚拟环境中开展高效、安全且经济的实验，进而达到真实实验不具备或难以实现的教学效果，尤其对冶金中涉及高温、高压、有毒环境和爆炸风险的实验形成有力的补充，例如，冶金流程和冶金实验过程多是在高温状态下完成难已进行直接的观察与测试，但是可通过虚拟仿真实验课观察和帮助学生了解冶金过程中的反应变化、流体的状态、温度分布以及分析产生上述现象的原因。虚拟仿真实验教学对传统的实验教学思想、体系、模式、内容、方法以及手段等都产生了意义深远的颠覆性影响，体现出了明显的优势。可以说，虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设的重要内容，体现出信息技术与教育教学融合发展和与学科专业深度融合带来的实验教学改革与创新[7]。

然而，学生的实践创新能力只有经过大量的实践经验积累和操作训练才能不断提高，实体实践环节不可替代。巩固、弥补并促进实体实验的教学效果才是虚拟仿真实验教学建设发展的方向。通过教学实验，学生利用贴近实际的虚拟仿真环境有效直观地了解烧结、炼铁、炼钢和连铸中的各种复杂的工程问题，加强了现代科学技术和实验方法在专业实验教学中的应用。因此，建立实验操作与专业技能培养相结合、实践体验与虚拟仿真相结合的实验教学模式，这既体现了互联网对推动实体实验教学的促进作用，又体现了实体实验在提高学生实践创新能力方面的核心作用。但是对于虚拟仿真实验的作用应采取“虚实互补、能实不虚、以虚促实”的原则[8]，不能把所有的实体实验都进行虚拟化，更不能因为实体实验的复杂性、耗时性和潜在危险性而进行虚拟化，这不利于学生对实体实验的认知。

2.3 引入导师制，提高学习兴趣

师生零距离接触是实验教学的特点，可由企业中的工程师来对学生的综合实验进行指导，将企业生产过程中产生的问题和解决的方式带入到实验教学中，引起学生的学习兴趣，有利于学生了解企业中的工程问题。

针对这些工程问题，教导学生查阅文献，自主了解反应原理、实验目的、反应过程以及可能采用的实验手段。然后在上课时候再由学生分组讨论，设计实验方案、采用哪些实验设备，导师进行了解，必要的时候进行引导，进而由学生分组进行团队合作完成各种综合性实验。整个教学过程中，让学生一直处于主体地位，导师适当指导，最后在实验教师的监督下让学生安全自主的完成实验。这样学生带着问题去主动研究和解决问题，而不是“照本宣科”验证实验，充分发挥了学生的主观能动性，使其真正参与到实验研究中来，充分培养学生的创新能力和解决工程问题的意识与能力。

2.4 改变考核方式

实验教学主要是培养学生的动手能力和对所学知识的综合应用能力，考核手段应以多样化的形式来对学生的实验进行评价。结合冶金专业实验的特点，将实验考核分为小组考核和个人考核。小组考核包括：小组讨论报告，实验方案设计等；个人考核包括：实验过程实施细节，个人实验操作和实验报告。实验的最终成绩就不是由实验报告决定，而是各个部分的综合评定。另外考核过程中鼓励学生对实验过程和实验数据进行总结，提倡学生发表论文，或者在班级进行实验总结和学术汇报，并将这些内容纳入到考核体系中来。