“新工科”背景下冶金工程专业人才培养体系探索

2021-05-28胡绍岩王德永盛敏齐屈天鹏

科教导刊 2021年2期

胡绍岩　王德永　盛敏齐　屈天鹏

摘要本文以苏州大学冶金工程专业“新工科”建设为背景，论述了学科交叉融合的必要性和紧迫性，构建了以冶金基本原理为核心，以工艺开发、设备认知、检测技术、控制技术、模型算法、工程管理为辅助的课程体系，强化虚拟仿真、工程实践和融合训练，“头脑风暴”贯穿教育全过程，着力培养厚基础、宽领域、重应用、懂管理的复合型工程技术人才。

关键词新工科冶金工程学科交叉复合型人才

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2021.01.038

Abstracts Based on the background of "New Engineering Education" construction in Soochow University， this paper discusses the necessity and urgency of interdisciplinary integration. A curriculum system coupled with metallurgical principles and process development， equipment cognition， detection technology， model algorithm， engineering management is proposed. The goal is to cultivate compound engineering and technical personnel with thick foundation， wide field， heavy application and understanding management.

Keywords new engineering; metallurgical engineering; interdisciplinary integration; compound talents

0 引言

中国正处于由“制造业大国”向“制造业强国”迈进的关键时期，亟须进行产业转型升级和科技创新发展，教育部于2017年开始持续推动新工科研究和实践，“新工科”计划的提出可谓恰逢其时。围绕工程教育的新理念、学科专业新结构、人才培养新模式、教育教学新质量、分类发展新体系5个方面，大力推进工程教育改革创新，培养造就一批多样化、创新性的卓越工程技术人才，适应新一轮科技革命与产业变革，引领中国制造业高质量发展。[1]

冶金工业属于传统制造业领域，为建筑、交通、机械、化工、能源、航空航天、国防军工等各行各业提供所需的材料产品，是国家工业实力的重要标志。[2]现代冶金工业顺应时代发展和科技变革，早已摆脱“傻大黑粗”的传统印象，取而代之的是自动化、信息化、智能化的先进生产工艺流程，[3]各种机器人、传感器、高端仪器设备、大数据系统、智慧算法在冶金企业中广泛应用，冶金工业的产品升级和产业升级对传统的冶金工程教育模式也提出了新的挑战。[4]

1 传统教育模式存在的问题

传统的工程教育模式，过分拘泥于专业的细节，强调专业的深度，容易将学生的思维局限在狭小的专业空间内;[5]此外，课程设置以工艺类课程为主，忽视机械设备、自动化控制等工艺载体，导致学生难以真正理解工程问题。

冶金工程专业涉及选矿、烧结、球团、焦化、炼铁、炼钢、精炼、铸造等多个生产工序，涉及物质流、能量流、信息流等多要素协同，工艺流程长，生产设备繁多，生产组织复杂。传统教育模式培养的学生缺乏系统观和大工程观，在工程实践中难以系统全面地分析问题和解决问题。实践表明，学科隔阂、创新思维训练不足、深层次的工程实践缺失等是制约冶金工程专业培养厚基础、宽领域、重应用、懂管理的复合型工程技术人才的关键因素。[6]

首先，冶金專业本科阶段课程受限于较狭窄的冶金学科领域限制，以冶金基础课和冶金专业课为主，通识教育不足，知识面窄，无法满足工程实践中多学科交叉融合的现状。

其次，现有培养模式是以教师为中心的，教师教什么，学生学什么，对于学生创新意识、创新能力及解决冶金相关领域复杂工程问题能力的训练仍显不足。

此外，工程教育离不开工程实践，目前普遍采取的认知实习和生产实习模式难以真正落实，受限于安全问题、组织协调问题等，学生在生产现场普遍是走马观花，无法将理论学习与实际生产真正结合起来并融会贯通。

2 学科交叉的必要性探讨

现实中，哪怕一个小产品都可能涉及多学科问题，如发光二极管（LED），从学科言，涉及电子、物理、材料、制造、机械等诸多领域。可见，在产业转型升级的时代，在新的工业革命来临之际，人们必须充分意识到今后遇到的科技问题和工程问题都将越来越复杂，仅靠单一学科往往难以有效解决，多学科交叉的重要性将日益凸显。强调学科交叉，就是要考虑科技创新的上下游融通和不同学科的融通，加强基础学科之间、基础学科与应用学科、科学与技术、自然科学与人文社会科学的交叉融合，在交叉学科领域耕耘具有颠覆性意义的原创性成果。[7-9]

对于冶金工程领域，不仅要通过领域内部相互借鉴、相互渗透促成新技术的产生与发展，同时也要加强与相关联学科领域的相互交叉融合，形成多学科、多产业协同发展，促进系统性、颠覆性技术的产生。[10]

因此，“新工科”要帮助学生建立多学科交叉的意识，让学生认识到新技术的发展需要依赖于多学科交叉，养成在多学科空间观察、思考问题的习惯，释放学生的想象力和创造力。[11]“新工科”教育体系需要重新审视专业边界，以冶金工程专业为例，将传感器与检测技术、物联网、大数据分析、人工智能等专业知识纳入课程体系是十分必要的。[12]

3 复合型人才培养体系构建

冶金工程专业是苏州大学“新工科”建设的重点专业，学院自成立以来一直以建设国际一流的冶金人才培养和冶金技术研发中心为目标，强调学科交叉融合，目前已形成先进钢铁流程关键技术、轻金属材料制备与成形、冶金资源高效清洁利用、新能源材料制备4个特色发展方向，实现了高品质金属材料研发、冶炼、加工、循环的全流程化。

以教育部“新工科”建设为契机，学院对课程体系和人才培养方案进行了全新的升级，围绕冶金基本原理这一核心，开设有关冶金设备、传感技术、控制技术、模型算法、工程管理等的系列课程，着力培养厚基础、宽领域、重应用、懂管理的复合型工程技术人才。

在具体的课程体系方面，分阶段设置基础课程、专业课程、虚拟仿真课程、工程实践和融合训练。在基础课程中，充分利用学生在高中时期积累的理科知识，进一步夯实学生的数学、物理、化学基础，强调基础知识的重要性，正如习近平总书记所说“基础不牢，地动山摇”，为学生今后的科研之路奠定基础;在此前提下，结合冶金过程的基本原理，开设冶金物理化学、冶金传输原理、凝固原理、材料科学基础等专业基础课程，将数学、物理、化学的应用推进至冶金学科领域内。夯实理论基础对于后续工艺问题的理解和再创新都是至关重要的。

在专业课程方面，不区分钢铁冶金和有色金属冶金，统一开设钢铁冶金学和有色金属冶金学课程，促进黑色金属和有色金属冶炼工艺方法的交叉融合，互相借鉴、互相学习;此外，近些年新的冶金工艺迅速发展，如电渣冶金、电磁冶金、生物冶金、超重力冶金、悬浮冶金、真空冶金、微波冶金、超声波冶金、太阳能冶金等等，也应予以重视并编入课程内容，鼓励学生开拓思维，锐意创新。在此基础上，还应开设冶金生态学、现代冶金装备与技术、传感器技术与智能控制等相关课程，鼓励学生自主调研和课外探索，提出新思路、新工艺、新装置等。

在课程学习的基础上，强化虚拟仿真技术在冶金教学中的应用，[13]充分利用学院自主开发的炼钢过程虚拟仿真教学平台和国家虚拟仿真实验教学项目共享平台，通过虚拟仿真的三维视图来真实感知现场工艺设备，了解每个工序的设备组成、工序与工序之间的配置关系。开展虚拟仿真实验教学，让学生亲身体验典型冶金工序的生产操作，将所学理论知识与生产工艺紧密结合。鼓励学生参加钢铁模拟冶炼大赛，以赛促学，加深学生对生产实践的认知。

进一步，开展多样化的工程实践教学，包括冶金实验室参观、冶金过程典型案例教学、冶金企业认知实习和生产实习等多种方式。通过冶金实验室参观让学生了解当前冶金工程学科开展科学研究的基本手段，通过冶金过程典型案例教学向学生展示冶金生产中存在的典型问题、发生原因及解决手段，务必让学生在走进冶金企业实习之前形成感官认识。认知实习和生产实习必须做到实处，采取小组式轮岗实习方式，每组3～5人，确保每个学生都能看到、听到、体验到;建立健全本科生校内-校外双导师制，鼓励学生主动发现问题、提出问题和解决问题。

最后要开展学生专业能力的融合训练，一方面通过开设钢铁厂设计、冶金流程工程学、生产运营管理、政治经济学等课程培养学生的大工程观、系统观和宏观思维，让学生跳出单一工序的限制，站在更高的高度上审视问题。另一方面是鼓励学生提前进入科研实验室，积极参加科技竞赛和科研项目，熟悉研究课题的提出、论证、开展和分析（下转第89页）（上接第86页）流程，既能宏观认识科研项目的实施过程，又能锻炼自身的动手实践能力。

此外，要将“头脑风暴”式的创新训练贯穿全程。将学生的非正式学习纳入教育者的考虑之中，在课堂上抛出开放式问题，引导学生在课余时间进行自主探索、广泛涉猎，了解科技发展动态和前沿趋势，然后在课堂上进行自由讨论，激发学生的科研兴趣。

制定完善的人才培养体系，着力推动学科交叉融合，调动学生的学习积极性和科研兴趣，既有助于“新工科”背景下复合型人才的培养，也有助于冶金工程学科的长远健康发展。

参考文献

[1] 吴爱华，侯永峰，杨秋波，等.加快发展和建设新工科——主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究，2017（01）：1-9.

[2] 洪及鄙，苏天森，仲增墉，等.冶金工程技术学科的研究现状与发展前景[A].中国金属学会.2012-2013冶金工程技术学科发展报告[C].：中国金属学会，2014：34.

[3] 袁晴棠，殷瑞钰，曹湘洪，等.面向2035的流程制造业智能化目标、特征和路径战略研究[J].中国工程科学，2020，22（03）：148-156.

[4] 杨澈，杜涛，刘承军，等.适应行业绿色智能化发展的冶金工程专业改革[J].中国冶金教育，2019（06）：33-36.

[5] 李培根.工科何以而新[J].高等工程教育研究，2017（04）：1-4，15.

[6] 于浩，杨树峰，苗胜军.“新工科”背景下双创型复合人才的培养[J].教育教学论坛，2020（07）：328-330.

[7] 李静海.中国科学技术发展应重视的几个问题[J].中国科学院院刊，2019，34（10）：1119-1120

[8] 路甬祥.学科交叉与交叉科学的意義[J].中国科学院院刊， 2005， 20（001）：58-60.

[9] 吴宜灿.学科交叉与创新型人才培养的实践与思考[J].中国科学院院刊，2009，24（05）：511-517.