疫情下“虚拟仿真与线上直播”相融合的工科实习教学创新与实践

高鹏 余建文 韩跃新 崔宝玉 孙永升 卢冀伟

摘  要：生产实习和毕业设计是工科类专业本科生在校学习期间不可或缺的实践教学环节，是高校培养训练学生综合运用所学理论知识分析和解决工程实际问题能力的重要载体。然而2020年以来，受新型冠状病毒肺炎疫情影响，各大高校无法开展现场实习实践教学。作者以矿物加工工程专业生产实习为例，对疫情影响下实践教学模式的改革进行了认真思考，提出了“虚拟仿真与线上直播”相融合的工科实习新模式，对破解当前工科类大学生的生产实习和毕业设计难题给出了新方案。在授课过程中加入疫情防控“思政”元素，实现了知识传授与价值引领相结合。实践证明，新的实习教学模式实施后，学生的理论学习和线上实习积极性较高，达到了实习教学目的，起到了良好的示范和带动效应。

关键词：疫情防控;实践教学;毕业设计;模式改革;课程思政

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）15-0023-04

Abstract： Graduation project and production practice play an essential role in university education， which support the cultivating students to be able to integrate the knowledge to analyze and solve the practical problems. However Since2020， affected by COVID-19， major colleges and universities cannot carry out on-site practical teaching. In production practice course for mineral engineering， for example， the authors seriously considered the reform of the practical teaching mode under the influence of COVID-19， and proposed a new engineering internship mode of "virtual simulation and online live broadcast"， which successfully solved the existing problems of production practice and graduation design. Meanwhile， the epidemic prevention and control were introduced in "course politics". Thus， the combination of "knowledge and value guidance" was achieved. The practice shows that， students are more motivated for theoretical study and online internship after the implementation of the new practice teaching mode， which achieved the purpose of practice teaching and cultivating talents， and played a good demonstration and driving effect.

Keywords： epidemic prevention and control; practical teaching; graduation project; mode reform; course politics

生产实习和毕业设计是工科类专业本科生在整个大学阶段必不可少的实践教学环节，是专业基本理论知识教学与生产实践、工程设计等相结合的重要体现，是锻炼学生实践动手能力、团队协作能力、综合所学理论知识应用于解决工程实际问题的有效措施，对高校培养适应性强、创新能力和综合素质高的创新型、实用型、复合型人才具有不可替代的作用[1]。长期以来，工科类专业的生产实习模式一直采用的是“课堂讲授+现场参观”模式，即生产实习过程中由带队教师进行课堂讲授，同时聘请工厂相关技术人员进行现场指导[2]。通过深入工厂的生产车间，熟悉企业的生产工艺流程、典型设备及主要技术资料，了解车间的工作制度和生产设备的工作原理、操作方法、应用场合及使用特点，对现场生产过程球磨机“涨肚”、浮选机“跑槽”等突发情况的处理措施进行分析和消化，为后续毕业设计打下坚实的基础。然而，受此次新型冠状病毒肺炎疫情的影响，全国高校本科生无法正常返校开学，高校也无法组织和开展现场参观实践实习教学，导致学生无法和导师见面交流接受指导、无法考察企业生产布局与设备配置、无法了解生产工艺流程与技术指标、无法建立三维空间设计概念等系列问题，这势必将造成实习教学质量的下降，达不到实践教学的预期目的。针对这种情况，作者对传统的生产实习模式进行了改革，采取了“线上直播与虚拟仿真”相融合的实习新模式，努力将疫情对生产实习及毕业设计的影响降至最低，在我校2016级矿物加工工程专业生产实习中进行了实践，取得了良好的教学效果和示范效应，并相继被中国新闻网、新华网、中国教育新闻网、教育部官网等多家媒体予以专题报道。

一、疫情下工科实习课程教学存在的问题

为深入贯彻落实习近平总书记关于新型冠状病毒肺炎疫情防控有关重要讲话和指示批示精神，全面落实教育部“停课不停教、停课不停学”的政策方针，在新型冠状病毒肺炎疫情下，我校课堂教学纷纷改为线上教学。但受疫情的影响生产实习无法开展，而生产实习作为毕业设计的重要组成部分，是同学们了解生产实践、考察选厂布局与设备配置、建立三维空间设计概念的重要环节。如果没有生产实习，同学们对大型现代化选矿厂的理解犹如“盲人摸象”，不能对后期畢业设计过程中的工艺流程选择、设备计算选型和厂房设备配置等建立整体概念，甚至会影响同学们的正常毕业。因此，很有必要针对疫情防控下生产实习教学内容和方式进行改革和创新，努力将疫情对生产实习及毕业设计的影响降至最低，以适应新型冠状病毒肺炎防控等特殊时期人才培养的需求。

二、疫情下工科实习课程教学改革与实践

为实现教育部《关于在疫情防控期间做好普通高等学校在线教学组织与管理工作的指导意见》“停课不停教、停课不停学”的教学目标，本着“重过程，强内涵，保质量”的人才培养理念，作者积极响应，应对新问题新挑战，转变思路、破解难题、大胆推动疫情期间生产实习教学创新改革，提出了“虚拟仿真与线上直播”相融合的生产实习新模式，制定并实施了以在线直播实习为主、以虚拟仿真教学为辅的生产实习方案。同时，充分利用朝阳东大矿冶研究院、中国黄金集团内蒙古矿业有限公司和长春黄金设计院有限公司等学校战略合作资源，努力将新型冠状病毒肺炎疫情对生产实习及毕业设计的影响降至最低，确保疫情防控期间矿物加工工程专业2020届本科生如期平稳毕业。

（一）加强师资队伍建设，精心策划实习教学内容

面对突如其来的新冠肺炎疫情，作者在实习前多次组织会议研讨和方案论证，系统规划了课程安排和教学内容，形成了矿物加工工程专业线上远程实习教学方案。确定了充分发挥线上教学、生产一线及设计院所“三个课堂”的耦合优势，组建了学科教师、现场工程师与设计大师“三维教学”的授课师资队伍，并相继邀请了长春黄金设计院有限公司党委书记、教授级高级工程师纪强，副总工程师、教授级高级工程师邹春林，辽宁牧鼎矿业科技有限公司王尚羽总工程师三位设计大师先后为矿物加工工程专业师生讲述了乌山选矿厂的设计历程和国外特大型铁矿选矿工程设计案例，如图1所示。他们从设备的选择与计算、设备配置与厂区布置、投资概算等方面介绍了乌山选矿厂及其他多项选矿厂设计实践案例，分享了设计过程中选矿工艺优化、设备安装等诸多细节的设计经验，为同学们的毕业设计提供了全面、合理的参考。通过这种模式，尤其是听取线上技术讲座，让学生能够在线“面对面”接受行业知名设计大师的直接指导，深入了解选矿厂设计难点与重点，在疫情特殊时期保障了人才培养质量，为2020届毕业生保质保量完成毕业实习、如期毕业奠定了基础。

此外，聘请校外拥有丰富设计经验的工程师作为本科生的毕业设计副导师，为学生高质量地完成毕业设计任务保驾护航;对学生开展实习动员及理论课教育，实习动员工作主要是加强学生的疫情防控责任意识和强调实习的重要性、实习安排、成绩考核等问题，让参加实习的学生能够充分重视;实习的理论授课是关系学生实习效果的基本前提，为了让学生充分理解并掌握那些艰涩难懂的理论知识，如生产设备的结构特点与工作原理等（见图2），借助虚拟仿真技术与视频动画播放等方式呈现在学生面前，直观易懂，化难为易，拉近理论与实际距离，为提高学生线上生产实习效果奠定了基础。

（二）虚拟仿真实习，学生随时随地“走进”选矿厂

为了使学生能够更好地将理论联系实际，提升实习效果，作者结合实习大纲和理论教学情况，开发了一套基于虚拟仿真的选矿厂实习软件，包括矿石破磨分级系统、磁选系统、浓缩过滤系统等，涵盖选矿生产全过程。辅以专业教师线上授课讲解，加深学生对设备配置、矿石及矿浆走向、设备结构与工作过程等选矿厂细节认识，如图3所示。同时，虚拟仿真选矿厂实习软件全天24小时开放，让学生随时随地可以“走进”选矿厂，这样学生可以在任何时段登入软件系统针对某个生产设备或系统工作过程进行实践操作、回顾与复习，有助于提高学生获取知识的效率，大大增强了学生的实习积极性。

与现场实习相比，虚拟仿真实习没有那么直观。但是，虚拟仿真实习对设备结构与工作原理的掌握、对整个生产工艺流程的学习，特别是对各管道、阀门和工艺环节控制操作的学习更加全面具体。此外，由于虚拟仿真实习画面标识清晰、色彩丰富，还可以方便学生的回顾、学习球磨机、分级机、磁选机等生产设备的内部结构和工作原理，对整个生产过程进行操作、监控和调整，从而进一步加深了对选矿厂设计的认识，尤其是在选矿厂厂房平台布置，设备安装连接及安全生产操作等具体细节方面有了清楚直观的三维认识，为后续毕业设计中图纸设计奠定了坚实基础。

（三）线上现场直播，“网红”工程师带领学生调研生产现场

依托我校省级大学生校外实践教育基地——中国黄金集团内蒙古矿业有限公司（乌努格吐山铜钼矿选矿厂），作者相继邀请了中国黄金集团内蒙古矿业有限公司乌努格吐山铜钼矿选矿厂邵爽工程师、中信泰富澳大利亚矿业公司高级工程师李广分别就中金集团乌山铜钼矿选矿矿厂和澳大利亚SINO铁矿选矿厂进行了线上生产实习。他们变身主播，用手机镜头带同学们“云端漫游”我国单系列处理能力（42000t/d）最大的乌努格吐山铜钼矿选矿厂和世界最大选矿厂——澳大利亚SINO铁矿选矿厂的各生产车间（见图4），形象地介绍选厂工艺流程、设备型号、配置特点、生产指标等具体情况，为同学们带来一场场内容充实、形式新颖的毕业实习课程。通过线上现场直播的形式，确保了疫情防控期间实习进度不缩减、实习质量不降低。同时，现代化大型选矿厂整洁的工作环境、大型的生产装备、高效的自动化水平和先进的技术指標对同学们的毕业设计具有重要的启发和借鉴作用。

三、疫情防控期间课堂上的家国情怀教育

2016年12月，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上，明确提出了“要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程”“要用好课堂教学这个主渠道，各类课程都要与思想政治理论课同向同行，形成协同效应”[3]。2017年10月，习近平总书记在党的十九大报告中进一步指出“要全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务，发展素质教育，推进教育公平，培养德、智、体、美全面发展的社会主义建设者和接班人”[4]。“课程思政”教育的提倡无疑是落实党的教育方针、实现“知识传授与价值引领”相结合的重要途径，也符合社会快速发展、多元文化冲突的时代要求[5]。2020年，一场突如其来的新冠肺炎疫情给全国人民带来了巨大的冲击和挑战。面对疫情，全国上下团结一心，众志成城，共同战“疫”。无论是奋战在一线的医护人员，还是坚守在其他岗位的工作人员，甚至是足不出户的普通民众，都体现出诚挚的赤子之心和深厚的爱国之情。这是一场没有硝烟的战争，也是一场全民参与的伟大战“役”。来势汹汹的新冠肺炎疫情让很多人失去了生命、健康和财富，但与此同时我们也收获了大爱、责任、制度自信和文化自信，这为教育工作者提供了许多鲜活感人的事例与素材。

疫情防控期间， 笔者紧密结合当前疫情防控的形势，借助“虚拟仿真与线上直播”模式开展线上生产实习教学活动的同时，积极在专业课中加入“思政”元素。即在传授专业知识的同时更加注重强化育人使命担当，宣传了抗击疫情的重大举措、感人事迹和生动故事，尤其是来自全国各地和军队的340多支医疗队、42000多名医护人员驰援湖北战“疫”前线，用实际行动谱写了感天动地的大爱篇章，他们与时间赛跑、日夜奋战、顽强拼搏，铸就了战“疫”前线的坚强堡垒，展现了对党、对人民高度负责的精神面貌，成为新时代“最美逆行者”。通过这些感人事迹与生动故事，加强了学生爱国主义、理想信念、爱和感恩教育，弘扬了社会正能量，深化了学生对中国特色社会主义制度优势和全面坚持党的领导的认识，同时培养了学生的家国情怀和使命担当意识，取得了较好的课堂效果。

四、结束语

2020年一场突如其来的新型冠状病毒肺炎疫情，不仅对人民健康和经济建设造成了严重影响，也给高校的教学活动带来了巨大的挑战与转变。为应对疫情对工科类专业实践实习教学活动的影响，笔者在落实教育部、学校“停课不停学”政策方针的基础上，提出了“虚拟仿真与线上直播”相融合的工科实习实践新模式，对破解当前工科类大学生的生产实习和毕业设计难题给出了新方案。实践证明，新的实习教学模式实施后，学生的理论学习和线上实习积极性较高，达到了实习教学目的，起到了良好示范和带动效应。

疫情期间，通过在专业课中加入“思政”元素，如展示疫情防控成效和宣传战“疫”先进典型，做到在学习专业知识的同时，激发学生爱党爱社会主义的热情，增强学生家国情怀和民族自豪感，帮助学生形成正确的世界观、人生观和价值观，并取得了较好的课堂效果。

面对疫情等类似突发事件，提出的“虚拟仿真与线上直播”实践教学模式新举措取得了初步成效，但仍有一些不足。我们将在以后的实践中不断摸索和完善，满足“后疫情时代”高等教育发展的要求，合理地将线上与线下相结合，渐进式推动信息技术与教育教学的深度融合，并使之成为高校教育教学的新常态。

参考文献：

[1]谢昭莉，李楠，郑洁，等.对工科类专业实践教学模式改革的思考[J].实验室研究与探索，2013，32（11）：452-455.

[2]李长庚，孙克辉，盛利元，等.理工類专业生产实习模式改革的实践[J].理工高教研究，2003，22（2）：68-69.

[3]习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上重要讲话[R].新华网，2016.

[4]时金娜，郝贠洪，李元晨.工科专业课程思政融入模式实践研究——以土木工程防灾减灾概论课程为例[J].高教学刊，2019，10（20）：99-104.

[5]邓小伟，王辉，查雪梅，等.工科专业课“课程思政”教学中育人元素探索——以《浮游选矿》为例[J].高教学刊，2020（26）：163-166.