冶金工程“云计算导论”教学实践研究

雷洪 赵岩

[摘 要] 作为新兴学科，云计算在智能钢铁企业的应用处于探索阶段。云计算导论课程教学采取多媒体和板书相结合的方式，通过对比相似概念，借助企业资源实现学生动手实践，扩展讲授内容提高学生兴趣，了解钢铁公司发展趋势激发学生专业意识，取得了良好的教学效果。云计算导论课程教学的探索能够为我国冶金专业人才的计算机方面课程教学创新改革提供更多科学的意见和建议，加快高校在云計算应用型人才方面的培育步伐。

[关键词] 多媒体;板书;教学实践;智能钢厂;云计算导论

[作者简介] 雷 洪（1973—），男，湖北武汉人，工学博士，东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室、冶金学院教授，博士生导师，主要从事钢的精炼和连铸、电磁冶金、人工智能研究;赵 岩（1971—），男，辽宁海城人，工学博士，东北大学冶金学院讲师，主要从事热能有效利用、中间包冶金研究。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）38-0234-02    [收稿日期] 2020-07-10

随着网络信息技术的不断发展，大数据和云计算的出现已经能够满足网络系统的实时处理数据需要[1-3]，智能钢厂运用这些技术可以推动钢铁行业的可持续发展。为了适应钢铁企业新形势的要求，东北大学于2019年开设了云计算导论课程，希望扩宽同学们的知识面，培养此方面的钢铁冶金复合型人才。正是在此背景下，东北大学参考了兄弟院校在云计算教学方面的经验[4-6]，并结合我国钢铁工业实际和同学们的现状，对云计算导论课程进行了有益探索，逐渐摸索出适合工科专业的云计算理论和实践的教学方式。

一、现实需求

1.钢铁企业的信息化建设现状。经过多年的企业信息化建设，中国钢铁企业根据自身特点已经建立了复杂多样的信息化系统，此系统具有如下特点：（1）为了加强管理和控制、保障生产的顺利进行，钢铁厂通常需要采集各流程生产设备的运行数据，并保存相应管理系统的数据。这些数据的体量非常巨大，传统的数据处理方法无法及时地处理，在大多数情况下会成为历史数据进行归档保存。（2）不同生产工序的数据通常存储在本地，而不会与其它工序分享。例如，连铸工序的生产数据不会实时传送给电炉工序、精炼工序和轧制工序。因此，这些数据往往成为数据孤岛，无法充分发挥这些重要数据的效能。（3）为了满足企业运行的需要，大多数钢铁公司先后建立了企业资源计划系统、制造执行系统，人力资源管理系统、生产调度系统、计量系统等多种信息化系统。这些设备的中央处理器和内存的使用率一般不超过20%，大部分设备在大多数时间实际上处于闲置状态。如何利用这些设备的闲置计算能力，有效地挖掘生产数据和管理数据等潜力，充分发挥设备的效能，最大程度地满足社会和企业的需求，这是本课程的意义所在。

2.未来钢铁企业对复合型人才的需求。为了满足电炉—精炼—连铸—连轧的一体化生产的需要，钢铁公司往往会建立一整套监控设备，从而实现随时精确地获取任何工序的钢水温度、成分等参数;同时钢铁公司还需要分析生产的运行和管理的大数据，阐明整个生产工艺的能量流和物质流的相互影响规律，建立并求解电炉→精炼、精炼→连铸、连铸→轧制的能量流和物质流的协同调控数学模型，针对当前的能量流和质量流提出最佳的计划方案;最后根据用户的订单要求，自动地给出成本最低、时间最短、工序之间最佳匹配的方案，进行实际生产。因此，未来的冶金技术人员必须是精通冶金和信息技术的复合型人才。这正是大学教育需要实现的目标。

二、教学实践

1.以多媒体为主，板书为辅的教学方式。多媒体可以将生硬的文字转化为动画、图、表、文字、声音相结合的PPT形式展现出来，能够激发学生的学习兴趣。例如：采用动画展示散状料经皮带输运→高位料仓→给料→称量料斗→汇总料斗→溜槽→转炉的整个加料过程，帮助学生直观地认识钢铁厂的质量流。板书可以将课程的重点内容按逻辑次序重现在黑板上，学生能够遵循教师的思路理解和掌握课程的重点和难点。

2.对比相似概念，加深理解。对于大多数工科学生而言，云计算仅仅是一个热门词汇，其概念和内涵容易混淆。因此，相关概念的对比讲解十分必要。例如，云计算和并行计算是两个容易混淆的概念。简单而言，并行计算可理解为将多台服务器采用网络连接提供给一个计算任务，目的是减少计算时间;而云计算可理解为将一台服务器的计算资源根据用户需求虚拟为多台计算机给多个用户提供服务，目的是提高设备利用率，实现用户的按需分配。

3.借用企业资源，加强感性认识。云计算是一门注重实践的课程。利用浪潮公司提供的浪潮云环境，同学们采用远程访问方式体验了教育云盘、在线教育和并行计算等云服务。在实践课结束后，采用大作业的形式要求同学们采取网络检索和图书馆查阅文献相结合的方式总结云计算的应用特点，进一步加强对云计算的认识。

4.借助资深技术人员，深入探究云计算的内核和扩展。不同类型的公司定位不同，其所搭建的云计算平台各有侧重。例如，谷歌公司侧重储存及运算水平扩充能力，微软公司侧重所用软件及数据服务的整合，亚马逊公司侧重弹性虚拟平台的建设。通过邀请百度公司、曙光公司相关技术人员宣讲本公司研发工作重点，比较各公司云平台应用的相同和不同之处，帮助同学们了解云计算的原理和在生活中的应用。

5.利用慕课资源，推动课程教与学模式的创新。云计算毕竟是一门计算机类的课程，非计算机专业老师透彻地讲授此课程十分困难。幸运的是，慕课资源有“云计算基础教程”“云计算技术与应用”等课程，将这些网课内容穿插在课堂教学中，可以提高课堂教学效果，有效地培养同学们的自学能力。学生可以随时下载慕课资源进行线下学习。慕课资源授课的灵活、便捷的属性，为同学们的自主学习提供了有力支撑。

6.扩展知识面，提高学习兴趣。云计算是一个与大数据、人工智能、5G网络、并行计算等密切相关的课程。对于冶金工程的学生而言，这些内容只是一些似懂非懂的概念。为了将云计算教学实用化，并行计算被选为一个重要内容。课堂对C++源代码进行现场编译和执行，从而让同学们近距离接触并行计算[7]，消除并行计算的神秘色彩，培养学生的好奇心和求知欲，切实提高教学质量。

7.紧密结合钢厂现状，提高专业兴趣。目前，大数据已经成为现代企业重要的战略资源。企业在互联网上建立信息化平台，采用云计算技术挖掘和整理对自身的营销业务有价值的数据信息。例如，钢铁公司建立全球钢铁交易电商平台，为同行和下游用户提供便利服务。通过分析电商平台的交易大数据，不但可以掌握其他鋼铁公司的生产钢种、规格、价格、供应量和质量指标等信息，还可以收集下游用户对特定产品的需求信息。

三、结语

智慧钢厂是钢铁企业的发展方向，而云计算在智慧钢厂的建设中是不可或缺的一环。针对钢铁行业这一迫切需求，东北大学新增设了云计算导论课程。本课程教学采取多媒体和板书为相结合的方式，激发学生的学习兴趣;通过概念对比、亲身体验等方式增加学生的感性认识，准确掌握课程内容;紧密联系钢铁公司实际，开阔了学生的视野。

参考文献

[1]许豪，邱雅，曹蕾.云计算导论[M].西安：西安电子科技大学出版社.2015：130-153.

[2]朱清峰.走进云计算[M].北京：人民邮电出版社，2018：139-204.

[3]王鹏，李俊杰，谢志明，等.云计算和大数据技术：概念、应用与实战[M].北京：人民邮电出版社，2016：97-189.

[4]武利秀，姚晓峰.“大数据与云计算”课程教学方法研究[J].电脑知识与技术.2020，16（1）：146-148.

[5]封旭.基于开源云计算技术的虚拟实验教学平台的构建与研究[J].教育教学论坛.2019，（17）：279-280.

[6]吴多万.基于应用型人才培育的云计算专业课程体系构建[J].当代教育实践与教学研究.2020，（5）：106-107.

[7]雷洪.多核异构并行计算OpenMP 4.5 C/C++篇[M].北京：冶金工业出版社.2018：7-14.

Study on Teaching Practice of Introduction to Cloud Computing in Metallurgical Engineering

LEI Honga，b，ZHAO Yanb

（a.Key Laboratory of Electromagnetic Processing of Materials，Ministry of Education，

b.School of Metallurgy，Northeastern University，Shenyang，Liaoning 110819，China）

Abstract：Cloud Computing is a new course，and the application of cloud computing in intelligent steel enterprises is in the exploration stage.The teaching method of Introduction to Cloud Computing includes multimedia and blackboard writing.By comparing similar concepts，carrying out practice with the help of enterprise resources，improving students' interest by expanding knowledge，and stimulating students' professional consciousness by understanding the development trend of iron and steel company，the teaching of Introduction to Cloud Computing has achieved good results.The course teaching can provide more scientific opinions and suggestions for the reform of computer teaching innovation of metallurgical talents in China，and accelerate the cultivation of application-oriented talents in cloud computing in colleges and universities.

Key words：multimedia;blackboard writing;teaching practice;intelligent steel company;Introduction of Cloud Computing