新工科背景下冶金实验研究方法课程教改探索*

王喜然，王 维，姚 怀，刘 伟

(河南科技大学材料科学与工程学院，河南 洛阳 471023)

世界范围内新一轮科技革命的兴起，新技术、新业态、新模式、新产业为代表的新经济蓬勃发展和“一带一路”、“中国制造 2025”、“互联网+”等国家重大战略的实施，对工程科技人才提出了更高的要求，使得高等学校工程教育的改革和发展面临新的问题和挑战[1-3]。教育部于2017年以来发布《教育部高等教育司关于开展“新工科”研究与实践的通知》等系列文件，提出工程教育的新理念、学科专业的新结构、人才培养的新模式、教育教学的新质量、分类发展的新体系五个“新”工程教育改革战略，并积极推进新工科建设和工程教育改革创新[4-6]。同时，为了落实三全育人的思想和推进高校思政教育，实现高等学校专业知识传授、专业能力培养和价值观重塑三位一体的育人目标，就必须积极推动高校的课程改革[7-9]。

专业课作为高等教育人才培养课程体系中的重要组成部分，在完善学生专业知识结构、培养创新性思维及工程应用能力、开阔专业视野、促进学生个性化发展、适应社会就业需求等方面起着不可替代的作用。因此，培养具有“创新、创造、创业”能力的“新工科”技术人才，必须重视高等学校中专业课的教育改革和创新。冶金实验研究方法是冶金工程专业重要的一门专业选修课，是集理论、实践和创新于一体的综合性课程，有很强的实用性。在“新工科”背景下，如何在有限学时内完成课程的讲授，并将思政教育融入课堂，激发学生学习热情，提高学生冶金实验研究技能、专业知识工程运用能力和创新能力，成为任课老师亟待解决的问题。为此，本文从以下几个方面，针对冶金实验研究方法课程的教学改革进行了相关探索。

1 切合毕业要求指标点，明确教学目标

冶金工程专业毕业要求的中心是培养学生发现、分析并解决冶金领域复杂工程问题的能力，设计冶金工艺方案及实施工程实验的专业能力和非专业素养[10]。在新工科背景下，结合工程认证和毕业要求，从提高学生知识、实践能力，特别是培养学生应用基础知识分析冶金工程问题、解决问题的能力出发，将该课程内容分解为三大部分，各知识体系关系如图1所示。该课程要求学生掌握冶金实验的基本知识和实验技术，能够将所学知识进行实际应用，并解决工业生产所遇到的复杂问题，拥有从事冶金工程专业及其相关专业科研、生产的基本技能。

图1 冶金实验研究方法的课程知识体系

2 优化配置课程内容

本校开设的《冶金实验研究方法》课程目前授课学时为24个。为了保证在较少学时内完成教学任务和实现课程的教学目标，同时解决多门课程间授课内容相互重复的问题，对该课程内容进行了优化，删减了与其他课程内容重复的部分，如化学平衡与相平衡章节和物理化学、冶金原理课程中的内容重复，现代检测技术章节和冶金及材料分析检测技术课程中的内容重复等。这部分教学内容由学生自主学习，以作业的形式反馈给老师，考核其对该知识点的掌握程度。同时，关注学科的前沿动态，将学科新发现、新理论、新工艺、新的科研成果融入日常教学中，拓宽学生的专业视野，激发学生的学习兴趣。

3 利用各种教学手段，多途径呈现教学内容

冶金实验研究方法课程的特点之一是涉及的知识点，设备多，且需要通过大量实例来讲解。利用黑板板书讲解复杂理论公式的推导(如固体电解质电子导电率)和理论概念(如固体电解质电池工作原理、热电偶热电势等)时，费时、费力，学生学习兴趣不高。课程中涉及的大量设备，实验室无法全部提供给学生观摩和操作，设备的工作原理、结构及工作实况(如机械泵、斯科特容量计等)也很难通过黑板上板书讲解清楚。因此，在讲解理论概念或设备内部结构、工作过程时，充分借助声、像、动画、视频等方式，生动直观的展现课程知识，激发学生的学习兴趣，加深学生对所学知识的理解，以提高教学效果。冶金实验的前沿研究要使用许多精密的实验、检测仪器，如扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪等，这部分仪器价格昂贵、数量稀少，无法对本科生全部开放，故在进行粉体形貌分析实例讲解时，借助多媒体进行相关设备的介绍，以弥补学生在该方面的不足。

同时，鼓励学生充分利用互联网、电子图书、图书馆资料等丰富的教学资源，自主进行文献检索和资料查找，完成自学、预习、复习等学习任务。充分发挥微信、“雨课堂”等相关软件的作用，鼓励学生展开线上实时讨论、答疑，加强薄弱环节，交流、 探索有兴趣的方向和领域，培养学生自主学习、终身学习的意识和能力。

4 思政融入课堂

为了贯彻执行教育部印发的《高校思想政治工作质量提升工程实施纲要》中提出要大力推动“课程思政”为目的的课堂教学改革，实现思想政治教育与知识体系教育的有机统一，根据冶金实验研究方法课程内容，充分发掘思政元素，使得学生在学习专业知识的同时，潜移默化接受思政教育，引导学生形成正确的价值观和世界观。

根据课程的特点，思政元素融入日常教学。在讲解相关公式推导的过程中，注重培养学生的逻辑思维能力和科学的严谨性。在讲解实验误差对于实验数据的影响、实验数据可疑值的舍弃时，教育学生应该实事求是、去伪存真、明辨是非，培养学生严谨治学，树立求是信念。讲解试验设计部分时，强调合理的试验设计可以节约成本、缩短时间，且达到良好的实验效果；同时拓展设计理念，引导学生对生活、未职业及人生路途进行合理的规划和设计。通过固体电解质传感器在钢铁生产中提高产品质量的实例讲解，激发学生学以致用的信心和专业自豪感，增强学习动力，为我国从钢铁大国迈向钢铁强国贡献自己的力量。讲解温度的测量方法和原理时，联系到目前体温测是人们外出必检的一项内容，鼓励学生抗击新冠疫情，提高共同应对突发社会重大事件的能力。在讲解气体中杂质的危害及气体净化方面的知识时，引导学生思考面对新时代的使命和担当该如何净化自身的思想，排除不良思潮的影响，磨炼坚定自己的意志，树立对社会的责任、对国家的忠诚。通过粉体熔体物性之间相互影响的讲解，引导学生要明辨事物之间的联系，采用唯物辩证思维的方法看待问题。

在冶金实验研究方法教学过程中，通过依托具体的专业知识点，把握好课程教学的切入点，融入课程思政元素，因势利导开展思政教育，同步实现学生专业知识学习与道德情操的培养。

5 实践环节

在“新工科”和工程认证背景下，实践环节教学在人才培养的过程中起着重要作用，理论教学与实践教学进行有机结合，更有利于应用型人才的培养[11]。冶金实验研究方法课程与实践环节的紧密结合，能够很好的促进学生独立科研意识和工程技术能力的提高。

目前，我校冶金实验研究方法课程以课堂教学为主，实验教学并入冶金专业实验课程及综合技能训练中。同时，该课程知识的实践应用还贯穿在冶金专业生产实习、课程设计及毕业设计等环节。冶金实验研究常用的基本技术、设备和测试分析仪器的选择、操作及维护等(如电阻炉、马弗炉、真空干燥箱等)，学生可以通过冶金专业实验、验证实验、演示实验等环节进行直观了解和掌握。冶金工程专业综合实验训练、毕业设计和课程设计环节中，需要学生文献查阅，进行实验设计，然后根据设计方案进行实验安排、选择设备、搭建实验装置，实施实验，并通过文献分析结果解决实验过程中出现的问题，分析和处理实验结果，优化实验方案(如采用极差法或方差法进行方案的筛选)，对实验数据进行理论分析并与文献结果对比，提出创新点，最后撰写科学实验报告、论文或说明书。学生在冶金专业生产实习过程中，将冶金实验研究方法课程知识在生产实际中进行印证和应用，如真空技术在炼钢炉外精炼中的应用，二氧化锆氧传感器测定钢液中的氧含量等。

同时，为学生提供综合的软、硬件实验室。学生可以根据自己的情况参加“自主实践”，如进行开放性实验，参加冶金虚拟仿真炼钢训练及大学生科研训练项目等，激发科学实验兴趣和创新能力，培养和提高个体特长和优势。

在冶金实验研究方法课堂教学与实践环节的有机结合，圆满实现了教学目标。在此过程中，学生把学过的课堂知识与实验内容联系起来，理论知识得到了很好的巩固和应用，自主学习能力、科学实验综合技能、理论应用于实际、独立思考、分析及解决实际问题的能力也大大提高。

6 结 语

在新工科的背景下，高等学校教育改革、学生培养模式的转变均围绕知识型、技能型、创新型人才培养目标进行。冶金实验研究方法作为冶金工程专业重要的选修课之一，从课程目标、教学内容、教学方式、实践环节、思政教育等方面进行的改革和创新，促进了教学效果的提升和培养目标的达成；同时，课程思政教育与专业知识的融合，努力实现“三全育人”的要求，增强了学生的专业情怀，加强学生的民族自豪感，使得学生树立科学的价值观和人生观学生综合素质的提高，从而促进现代化“新”的高素质冶金人才的培养。