冶金工程專業課程教學能力培養淺析

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摘要：為了適應冶金工業快速發展和轉型升級，滿足行業對高等工程技術人才的需求，基于冶金工程專業主干課鋼鐵冶金學Ⅱ開展了注重工程能力培養的教學模式探索：強調學生對基本原理和專業知識的系統掌握，注重教師對課程基本知識的講授；采用工程師進課堂、案例教學等，注重理論密切結合實踐的教學；借鑒具有工程性特點的教學方法。

關鍵詞：課堂教學；工程能力；理論結合實踐；教學模式

2017年6月，教育部辦公廳發布了《關于推薦新工科研究與實踐項目的通知》，提出加快工程教育改革創新，培養造就一大批多樣化、創新型卓越工程科技人才，支撐產業轉型升級，鼓勵深化產教融合、校企合作的人才培養模式[1-2]。近年來，中國冶金工業快速發展，生產的潔凈化、智能化、綠色化水平大大提高，冶金行業急需能夠積極應對產業轉型升級的高等工程技術人才。目前，本科生在鋼鐵冶金學Ⅱ課程學習中存在著如下問題：對所學基本原理、基本知識掌握不扎實、不系統；對所學理論知識在實際生產中的應用理解不深，對冶金生產和研究所需技能不甚清晰等。鋼鐵冶金學Ⅱ作為冶金學科的專業主干課，主要講授煉鋼的基本原理、主要化學反應，以及生產各工序的主要設備和工藝，依托該課程探索培養本科生工程能力的教學模式具有重要意義。

一、工程能力培養教學模式分析

工科學生不僅要掌握扎實的理論知識，構建基礎理論體系，更重要的是具備將理論知識應用于具體工程的實踐能力[3]。因此，在該課程的教學中，應做到以下幾點。一是強調對煉鋼學基本知識的學習和掌握。教學中注重煉鋼基本原理、基本反應、工序主要工藝與設備等基本知識的講授。只有通過教師的系統講授，學生才能構建系統的理論知識體系，掌握工程能力必備的基本知識[4]。因此，發揮學生的主體能動性，提高課程參與度。不能對全部課程內容實施“翻轉課堂”，對學生必須掌握的基礎知識部分要采用教師講授為主的教學模式。二是注重理論結合實踐的教學。鋼鐵冶金學Ⅱ是關于煉鋼基本理論與工序工藝的專業課程，工序包括鐵水預處理、轉爐煉鋼、爐外精煉、連續鑄鋼等，該部分內容既是主要工藝和設備的基本知識，也是煉鋼基本原理在工序中的應用，課程本身內容是理論應用于實際生產。授課時把握好該特點，在工藝部分講授時注重理論與實踐的結合。此外，隨著國內冶金技術的快速發展和高校科研工作的開展，煉鋼基本理論和原理在分析和解決冶金生產問題的過程中發揮了很好的指導作用，相關生產案例和科研案例可以納入教學，以培養學生工程能力[5]。三是采用有效的教學方式和方法。在注重基本知識講授和理論結合實踐教學的基礎上，選用合適、有效的教學方式和方法對培養學生工程能力很重要。選取理論知識的載體，有效開展理論結合實踐的教學對于理論知識應用于具體工程的能力培養是非常重要的[6]。

二、教學中注重工程能力培養

針對上述關于工程能力培養的教學模式分析，在鋼鐵冶金學Ⅱ教學過程中，開展了“注重基本知識講授”、“理論結合實踐的教學”、及教學方式和方法探索與實踐。

（一）注重基本知識講授

理論知識應用于具體工程的能力前提是有扎實的基本知識，為此，強調對煉鋼基本工藝原理和專業知識的講授，重視學生對于煉鋼過程基本反應規律的掌握和工程能力培養。根據鋼鐵冶金學Ⅱ教學大綱，將授課內容進一步系統化，分為三部分：煉鋼基礎篇、煉鋼工藝篇及案例分析總結篇。煉鋼基礎篇主要介紹煉鋼的主要任務和脫碳、脫磷、脫硫等基本原理；煉鋼工藝篇主要介紹煉鋼流程中鐵水預處理、轉爐煉鋼、爐外精煉、連續鑄鋼等各工序工藝原理、主要設備和工藝過程；案例分析總結篇在前面兩部分授課內容基礎上，基于生產案例或科研案例，綜合運用煉鋼學原理和工藝知識，分析并解決生產技術問題。教學中強調對煉鋼基本反應、基本現象和基本規律的學習，對煉鋼主要反應和基本原理等安排較多學時重點講授。例如，鋼鐵冶金學Ⅱ課堂教學共48個學時，安排12個學時對煉鋼基本反應授課；在鐵水預處理、轉爐煉鋼、電弧爐煉鋼、爐外精煉、連鑄等章節中，也加強了對各種生產工藝方法基本原理的介紹[7]。講授煉鋼基礎篇和煉鋼工藝篇，學生能夠學習和掌握較為系統扎實的關于煉鋼反應、基本原理的理論知識，以及工序主要設備、工藝方法的專業知識，具備了工程實踐的基本知識。

（二）理論結合實踐

與大多數專業課相同，鋼鐵冶金學Ⅱ課程教學既有基本工藝原理，還包括許多與工藝、設備、操作相關內容，學生對專業課學習興趣不高，對一些重要工藝、設備等也感覺較難記憶和理解。為了解決這一問題，培養理論分析和解決實際問題能力，采取了理論結合實踐的教學方法[8]。該課程主要內容之一是煉鋼工序工藝，既是工序主要設備和工藝的基本知識，也是煉鋼學原理在冶金生產中的應用。講授該部分內容時注重前面所授基本原理在工藝中的運用，如鐵水預處理中的脫硫預處理是最早發展的鐵水預處理方式，結合前面講授的脫硫原理，分析鐵水預處理具有“低氧勢”“鐵液中硫的活度系數高”等有利于脫硫的熱力學條件。冶金生產轉爐冶煉中原有的脫硫任務放在更具熱力學優勢的鐵水預處理階段，不但顯著提高了脫硫效率，而且在工序上分解了轉爐煉鋼的任務，縮短了轉爐冶煉周期，優化了煉鋼流程。除了講授煉鋼工藝篇時注重基本原理與工藝技術的結合，也強調與鋼鐵工業重要科研密切結合的教學模式，即案例教學。科研和教學是相互補充的，如果沒有科研提供新的思想和內容，教學水平難以提高[9]。案例教學素材來自生產過程中的實際問題，學生通過獨立思考與分析，運用所學基礎理論，給出案例問題的解決方案。在此過程中，學生不僅對基礎理論進一步加深理解，而且培養了運用理論體系分析與解決問題的能力，實現了理論與實踐的結合[10]。基于課程大綱和知識點，結合近年來鋼鐵冶金領域的重要科技進展，通過一些重要科研案例，如通過汽車用的優質鋼板生產，加深學生對煉鋼過程中脫碳反應、真空精煉設備的工藝方法和基本原理等的認識；結合齒輪、彈簧等高品質特殊鋼生產，使學生對鋼液脫氧反應、非金屬夾雜物控制、爐外精煉工藝過程等有更深刻的認識。此外，科研案例還豐富了課程內容、彌補了教材的滯后性，對激發學生學習本專業的熱情、培養創新能力具有重要的意義[11]。除了理論結合實踐的教學，還探索了“工程師進課堂”教學模式，即高校教師和來自冶金企業的工程師聯合授課。隨著冶金工業的發展和越來越多的高學歷人才走進冶金企業，生產技術人員的理論水平和研究水平有了很大提高，且具有豐富的生產經驗。引入工程師講授該課程中的部分專業內容，有助于培養學生工程能力。課程全部內容由主講教師根據教學大綱統籌安排；高校教師主講基本原理、基本工藝等大綱要求的主要知識內容；對于重要的知識點或模塊，選取1～2個，由工程師結合實際生產進行講授。授課主體發揮各自特長，高校教師從冶金原理的視角、工程師從生產應用視角對該課程進行講授。例如，轉爐煉鋼是該課程主要內容之一，在主講教師講授基本知識的基礎上，邀請冶金企業煉鋼部技術人員從轉爐生產角度介紹了轉爐煉鋼設備、工藝過程、煉鋼技術進步及綠色化生產等內容。學生聽課興趣很高，在學習轉爐煉鋼知識的同時，也了解了當前先進冶金企業生產現狀、技術水平及需求，取得了很好的教學效果。

（三）體現“工程性”特點的教學方式和方法

為了培養工程能力，注重基本知識講授和理論結合實踐教學，提高課程學習興趣，發揮學生主觀能動性。為此，實踐了一些教學方式、方法，以提高教學效果[6]。為了體現課程工程性特點，拉近學生與實際煉鋼生產的距離，授課過程中用到的絕大多數圖片和錄像來自于實際冶金生產和科研結果。隨著冶金工業發展和技術進步，對于新動態和發展方向開展專題研討，即就某一專題設置報告題目，學生通過查閱文獻，以5minPPT的形式對全班同學演講。例如，針對冶金生產的智能化發展，設置了“冶金生產與人工智能”專題；針對目前國內廢鋼蓄積量的顯著增加，設置了“廢鋼的發展及利用”專題。專題結合了冶金技術發展和當前的新興技術，符合學生的興趣愛好，顯著提高了學習熱情。同時，在查閱文獻、綜述并報告的過程中培養了主動探索解決問題的創新能力和工程能力。

三、結語

為了適應冶金工業快速發展，滿足冶金行業對高等工程技術人才的需求，基于冶金工程專業主干課鋼鐵冶金學Ⅱ開展了注重工程能力培養的教學模式探索與實踐，主要包括注重煉鋼學原理和專業知識等基本知識的講授，工程師進課堂、案例教學等，取得了良好的教學效果。

作者:于會香 單位:北京科技大學冶金與生態工程學院