基于学生为主导的《钢冶金学》课程教学设计*

2020-03-13唐道文王家伟

广州化工 2020年16期

唐道文，王家伟，王芹，刘利

(贵州大学材料与冶金学院，贵州贵阳 550025)

以高校教学改革及专业发展的要求和指导原则为依据，自1996年起我校将原有的“钢铁冶金”和“有色金属冶金”两个本科专业合并为冶金工程专业[1]。专业的合并既有利于我校立足贵州，又能服务全国的办学理念。在“大冶金”背景下，以兼顾学生就业和深造理念相结合为指导，合并后专业秉承“钢铁”和“有色”并重的模式来进行课程体系设置。经不懈探索与实践，逐步形成了“大冶金、重铝钛、兼生态”的课程设置体系和培养方案。但随着专业的合并，一系列急需解决的问题随之而来，譬如：如何安排课程教学？如何提高教学的灵活性和针对性问题？如何更好地把理论与实际结合起来？如何改变传统教师“一言堂”的教学模式？如何充分调动学生积极性和主动性？等等。可见，专业的合并不仅意味着学生学习课程的增加，课程学分、学时的减少，而且意味着如何安排教学是专业面临的重要问题，因此，新形势下需要改革相关的课程教学模式，探索适应冶金工程专业在全国招生后的教学需求，满足卓越工程师班培养计划和新工科工程认证的教学要求[3-5]。

《钢冶金学》作为冶金工程专业的主干课程，是一门理论性和实践性较强的课程。不但要强调基础理论知识的综合性和实用性的教学，而且要注重学生综合应用理论知识来解决生产实践问题的能力的培养[2]。鉴于此，《钢冶金学》的教学主要围绕“四脱、两去、两调整、一浇注”(炼钢的主要任务)来进行讲授。在讲授过程中，如何以问题、任务和案例为导向，针对不同的教学内容和教学要求，尝试不同教学的模式与改革(如：感受式教学模式、互动式教学+讲座式教学模式、比拟式教学模式、任务驱动式教学模式、微课教学模式、讨论教学模式、项目教学模式、翻转课堂教学模式，案例教学模式等？)一直是我们在教学中积极探索的问题。结合《钢冶金学》教学大纲的要求，经过课题组和教研室深入讨论，形成了教学设计方案。

1 教学方式

1.1 第一章概述：(4学时)

教学内容和任务：明确钢铁工业在国民经济中的重要地位；讲授钢和铁的主要区别及其钢材的优越性能。

教学目标：激发学生自主学习本课程的兴趣，调动学生参与课程改革的积极性、主动性；进一步巩固和强化学生的专业热情；了解《钢冶金学》的主要教学内容和教学要求。

教学形式：感受式教学模式

教学设计方案：本章以教师PPT讲授为主，使用详实的图片和视频资料，结合工业生产、日常生活中使用的钢铁材料，介绍钢铁材料的主要用途与性能。围绕着为什么要“百炼成钢”为课程问题，以前苏联小说《钢铁是怎样炼成的》为先导，对学生进行必要的思想品德和专业教育。在此基础上，重点分析钢与铁的主要区别，讲述钢材的主要用途和优越性能，以期巩固先修课程《金属学》、《铁冶金学》课程的相关知识。

另外，本部分的教学中还要结合我国现代化钢铁工业如何从无到有、从弱到强的历史进程，展示我国钢铁工业发展现状、取得的伟大成就以及目前存在的问题；引导学生展望我国钢铁工业的未来发展前景，彰显我国钢铁工业的发展不仅在世界历史发展中发挥了巨大作用，更直接促进了我国国民经济和社会发展。在通过教学激发、巩固同学们的专业热情和创新潜能的同时，对学生辅之以必要的爱国主义教育[8]。

1.2 第二章炼钢的任务与原材料：(6学时)

教学内容和任务：掌握炼钢的主要任务“四脱、两去、两调整和一浇注”；熟悉钢中杂质对钢性能的影响；了解炼钢对原材料的要求。

教学目标：进一步巩固《金属学》的相关知识，提高学生的学习能力。

教学形式：交互式教学模式+任务的下达和分配

教学设计方案：围绕炼钢的主要任务“四脱、两去、两调整和一浇注”进行设计和讲授。结合钢和铁的主要区别，讲解杂质元素对钢性能的影响；讲授热脆、冷脆、蓝脆等基本概念；通过钢与铁性能的对比，让学生掌握为什么要“百炼成钢”的重要性，进一步强化对炼钢任务的理解。本章可结合硫、磷元素对钢铁性能的正反两个方面的影响，介绍含硫易切屑钢和含磷武器用钢的主要性能及其热脆、冷脆的钢的影响，开展深入的对比和分析，培养学生辩证、严谨的科学态度，激发学生的创新思维模式。

本章的教学还要围绕炼钢过程中为什么要脱碳、脱硫、脱磷和脱氧？为什么要去除钢水气体和夹杂物等问题？就“理论上实现的机理？”、“实践中如何操作？”去预设7～10个课程问题和相关任务。让同学们通过自行选题、分组完成相应的任务，并在自主学习的基础上在第三章教学中进行讲授(严格要求学生自行温习和巩固《物理化学》、《冶金原理》、《冶金热工基础》和《铁冶金学》等相关课程的相关知识)。

另外本章的交互式教学，安排学生自学并讲解炼钢对原材料的要求。

1.3 第三章炼钢的理论基础：(18学时)

教学内容和任务：让学生掌握理论上是如何完成炼钢主要任务的？重点掌握脱碳、脱硫、脱磷和脱氧的基本原理；掌握夹杂物和气体的去除机理；熟悉溶渣的物理化学性能及其在炼钢过程中的作用；了解炼钢过程中的搅拌作用等基本知识和基本原理。

教学目标：复习、巩固《物理化学》、《冶金原理》和《铁冶金学》等课程的相关知识，提高学生应用基本理论、基本原理分析解决问题的能力。

教学形式：交互式教学模式、翻转课堂教学模式、纵向贯通的比拟式教学模式、任务驱动式教学。

教学设计方案：本章教学主要以反转课堂为主，严格要求学生结合上一章布置的课程任务为驱动，通过课前的自主学习、资料收集来编制完成教学课件；通过反转课堂让学生围绕炼钢的主要任务与小组分配的章节内容进行课堂讲授和相互的交流点评；通过深入的理论学习掌握在炼钢过程中如何实现脱碳、脱硫、脱磷和脱氧的基础理论，如何去除钢水中的气体和夹杂物等的基本原理；通过学生讲授，在交互式的交流过程中总结和提高，特别要求学生将《物理化学》、《冶金原理》课程的基本理论：如相图、熔渣、活度等等基础知识与炼钢生产理论相结合并能灵活应用。本章教学设计方案重点在于发挥学生的主动性、能动性，引导学生自主思考问题，并以课堂现场作答、辩论和上讲台讲解的方式自行讲授。在此，教师仅发挥归纳总结的作用。希望在教学过程中能形成良好的师生互动、生生互动，产生教、学共鸣和共振，同时进一步提高学生的自主学习能力。同时通过布置作业的方式进一步提升学生的归纳、总结能力。

另外，本部分还要布置转炉炼钢部分的教改作业并分配任务，安排学生进行预习。

1.4 第四章转炉炼钢：(10学时)

教学内容和任务：掌握转炉炼钢的冶金特点及其在操作过程中如何完成炼钢任务，重点掌握装料制度、供氧制度、造渣制度、热制度和终点控制制度的主要内容及操作特点；熟悉顶吹转炉和复吹转炉炼钢冶金特点，了解转炉炼钢技术的发展历程和转炉炼钢新技术和新方向。

教学目标：巩固并掌握学生前期所学的基本理论和基本原理，了解转炉炼钢技术的发展，熟悉转炉炼钢的操作技术。

教学形式：交互式教学模式、反转课堂教学模式、案例教学模式。

教学设计方案：通过转炉炼钢过程中钢液和炉渣的成分变化情况的讲解和分析，要求教师能清晰地分析钢水中硅、锰、碳、氧和炉渣中SiO2、MnO、CaO、MgO、FeO的变化规律与相互的联系，进一步强化和巩固前一章教学的基本理论和基本概念。结合转炉炼钢技术的发展，以转炉炼钢过程中的装料制度、供氧制度、造渣制度、脱氧制度、热制度和终点控制制度等作为问题导向进行任务驱动，让学生收集资料，了解并熟悉转炉冶炼典型钢种在实践中如何操作完成的？本部分要求学生对比装料制度中定量装入、定深装入和分阶段定量装入的异同；供氧制度中恒压变抢、恒枪变压、变枪变压操作如何实现转炉炼钢过程中的软吹和硬吹操作；如何针对原料和目标钢种的成分异同进行单渣法、双渣法和双渣留渣法的操作；脱氧制度中要求学生深刻理解和掌握沉淀脱氧、钢渣界面脱氧、扩散脱氧和真空脱氧的主要区别和实践中如何应用。让学生进一步理解和巩固转炉炼钢过程中的各项操作制度[6]。

结合转炉炼钢技术的发展历程与转炉炼钢新技术发展现状，让学生讨论、分析和对比底吹转炉、顶吹转炉和顶底复合吹炼转炉炼钢技术的区别与相互联系。另外要努力筹措资金申购《钢铁冶金实习实训系统软件》在计算机上进行模拟实践。除此之外，还要鼓励并组织学生参加网络炼钢大赛，让学生在模拟炼钢的实践中、交互式的学习过程中进一步总结和提高。

1.5 第五章电弧炉炼钢：(4学时)

教学内容和任务：掌握电弧炉炼钢的主要特点及其操作过程中如何完成炼钢任务；重点要求学生掌握电炉炼钢熔化期、氧化期和还原期的主要任务、冶炼原理和操作技术；熟悉炼钢过程中的还原与合金化原理及其合金加入量的计算方法和基本要求；了解电弧炉炼钢技术的发展方向。

教学目标：巩固并掌握学生前期所学的基本理论和基本原理，了解电弧炉炼钢技术的发展，熟悉电弧炉炼钢的操作技术。

教学形式：交互式教学模式、反转课堂教学模式、案例教学模式和分组辩论模式。

教学设计方案：本章重点讲授电弧炉炼钢过程中熔化期、氧化期和还原期及合金成分调整的基本理论和计算，熔化期要求学生能理解如何实现快速熔化的操作和提前造渣的目的；氧化期要求学生掌握造渣的目的，尤其是白渣法和电石渣法在生产实践中应用效果及选用依据，两种渣法的异同，同时要掌握合金成分调整的配料计算过程及依据。结合电炉炼钢技术的发展让学生以典型钢种(如不锈钢、合金结构钢等)的冶炼为案例，分析电炉炼钢在理论和实践上与转炉炼钢有何异同？实践中如何完成操作？等问题进行讲解，在交互式的交流过程中总结和提高。根据进度及学生的学习状况适时提出电弧炉炼钢与转炉炼钢谁优谁劣的问题？引导学生自己去思考、辩论，最后教师进行归纳总结，再次形成良好的师生互动、生生互动，产生教、学共鸣和共振，提高学生主动思考和学习的能力[5]。

另外本章教学中要结合现代电炉炼钢技术的发展，介绍目前电炉炼钢采用的泡沫渣操作、废钢预热与直流电弧炉等新工艺、新技术和新设备。