论文部分内容阅读
[摘 要] 结合西安建筑科技大学冶金工程专业办学实际情况，提出了冶金工程专业本科实验教学体系拓展性实验教学培养模式的构成与建设理念和特色。包括拓展性实验教学项目定位及规划、实验教学项目建设特色等。为培养学生理论联系实际，提高学生的科学实验能力进行了一定的理论探索。
[关 键 词] 冶金工程专业；实验教学体系；拓展性实验教学；人才培养
[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2016）01-0056-03
西安建筑科技大学冶金工程专业是在1958年建立的炼铁、炼钢、有色金属冶炼等专业基础上逐步发展起来的，现为陕西省特色专业和省级名牌专业。作为西北地区办学最早的该类专业，一直保持着自己的特色和优势，其中冶金物理化学为省级重点学科。现开设的实验课程与冶金传输原理、冶金原理、钢铁冶金学、有色冶金学、钢铁冶金原料处理与工艺、特种冶金和冶金实验技术等主干课程配套的本科专业基础实验和专业实验12项，开放性实验8项，总计20项80课时的实验项目。在此基础上，利用多种平台建设了更有利于学生理论联系实际的拓展性实验项目4项16课时，冶金工程专业实验教学总学时达到96课时。拓展性实验项目的建设为培养学生的创新精神、创造能力、创业能力，提高学生的综合素质，使之成为适应社会发展需要的高素质复合型专业人才做出了理论与实践探索。
一、冶金工程专业实验教学体系总体目标
参照教育部高等学校冶金工程专业教学指导委员会，以及中国工程教育认证协会对冶金工程专业实验教学的基本要求，西安建筑科技大学冶金工程专业实验教学体系旨在培养学生的科学思维和创新意识，以及本专业相关的基本技能和实践动手能力，使学生进一步理解和验证与课堂教学相关的难点与重点原理及知识；冶金工程实验的目的在于培养学生掌握基本操作、技能和方法的同时，培养学生独立思考及独立工作的能力，使学生具有一定的综合运用知识、进行分析问题和解决问题的能力、应用开发研究能力以及科学研究的基本素质，为今后其他课程的学习和进行科研工作打下基础。同时，培养实事求是的科学态度、良好的科学素养、科学的思维方法及综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力。冶金工程实验教学利用基础实验、设计性、综合性专业实验逐步提高、加强和巩固学生的实验基础和技能，培养学生综合运用实验技能解决实际问题的能力、查阅文献资料的能力，利用开放性实验室培养学生的创造性思维和科学创新精神。
本课程为实践性环节，通过本环节的学习，使学生在完成冶金原理、冶金传输原理、冶金学、冶金原料处理与工艺、炼钢厂设计、炼铁厂设计、冶金实验技术等课程后，巩固所学的冶金理论知识和冶金工艺流程，培养动手能力、科学思维和工程意识，掌握冶金工程的基本实验研究技能，以培养和提高学生进行生产实践及科学研究的综合素质为根本目的。掌握实验步骤，懂得实验数据的取得和处理方法，能够按要求完成实验报告，对于设计性和综合性实验应在教师指导下自行查阅资料，拟定实验方案和步骤，独立完成实验，培养创新能力。要求学生实验前认真学习实验指导书，理解实验原理和方法，掌握实验设备和仪器的使用方法。基础理论研究和应用研究两者之间是相互渗透，相辅相成的。冶金生产工艺发展是一个不断进取、不断完善的过程，冶金工程专业实验的开设有助于学生理论联系实际，为培养学生的科学实验能力奠定良好的基础。
二、实验教学体系构成
冶金工程专业实验教学体系包括计划内实验（已建设）及计划外实验两部分。计划内实验为依据培养方案及课程体系，学生必须完成独立设课实验；计划外实验为进一步提高学生创新能力的拓展性实验即冶金开放性实验。
计划内实验由基础实验模块、专业基础实验模块和专业方向实验模块构成，各个模块的实验项目又分为综合性、设计性等多个层次。计划内实验中，设计性与综合性实验共12项48学时，分别占实验项目总数和实验总学时数的60%和60%。冶金工程专业实验教学体系为单独设课的冶金专业实验和冶金开放性实验两门课程。
计划外实验分为固定拓展性实验和学生自拟拓展性实验。前者是指具有教学大纲、实验指导书的拓展性实验项目；后者是指以本科生科研训练计划（SSRT）、大创计划、创新创业竞赛活动等为基础的学生自主拟定的拓展性实验项目。
三、拓展性实验的建设与教学
拓展性实验以本科生科研训练计划（SSRT）、大创计划、创新创业竞赛活动等为基础的学生自主拟定的拓展性实验项目，主要方向为：可磨性指数测定实验、高温真空炉的应用与实践、熔盐电解法的应用与实践、网络模拟炼钢应用与实践等。拓展性实验是冶金工程专业本科实验教学体系计划外实验模块的重要组成部分。计划外实验包括固定拓展性实验（涉及冶金原料处理与工艺、冶金实验技术、钢铁冶金学三门主干专业课程的8个综合性实验，合计32学时）和学生自拟拓展性实验两大模块。
（一）拓展性实验教学内容与要求
在冶金工程专业实验教学体系中，为提高本科生的工程实践能力，开发建设了4个全新的学生自拟拓展性实验（16学时），使实验学时增加到96学时，同时，学生在校内实践环节的培养模式上也实现了新的突破。
开发的拓展性开放专业实验项目：
1.可磨性指数测定实验
通过实验掌握依照国标GB2565-87《煤的可磨性指数测定方法》测定烟煤和无烟煤的可磨性，哈氏可磨性指数越大，表明越容易磨碎，对高炉喷吹煤粉制备过程可磨机理提供重要依据。
2.高温真空炉的应用与实践
真空炉在冶金实验室中的应用较为广泛，能实现易氧化、难反应、难熔炼物料的冶炼。进行本实验的目的在于培养学生对真空冶炼相关知识的了解和掌握，丰富学生的专业知识。其中关于不同真空炉内真空实现的原理、多种真空炉的结构，需要学生在自身专业的基础上进行理解；并基于这些内容掌握其应用方向的选择。其次，协助学生练习操作多种危险性较小的真空炉，达到相对熟练的程度。危险性较大的真空炉，例如电极电弧炉等，由教师演示教学。 3.熔盐电解法的应用与实践
熔盐电解法可以实现多种金属的还原、提纯和镀层，是冶金专业内涉及面较为广泛、发展也比较迅速的工艺方法。其下又细分了多种工艺，以应对不同金属和冶炼目标。进行本实验的目的在于基于本方法的学习与实践，了解有色冶金冶炼的各种方法；通过对各种细分工艺的学习，巩固课堂知识的掌握程度。其次，协助学生进行金属熔盐电解还原实验，在实际操作中融会贯通。
4.网络模拟炼钢应用与实践
网络模拟炼钢为学生提供了一个完整、互动、信息丰富的在线学习平台。该平台包括高炉炼铁、转炉炼钢、钢水精炼、连铸、热轧等几大模块，与钢铁企业实际生产结合紧密。本实验拟帮助学生以半娱乐的方式进行自主学习，熟悉该系统并深入了解钢铁是如何生产的。通过虚拟的操作为学生提供真正的互动学习体验，有助于学生对钢铁生产工艺过程进行全面了解。
本实验模块的学习包括理论讲述、实验操作和实验报告三部分，要求学生重点掌握冶金实验室常用仪器、设备的名称、结构、工作原理、使用方法、维护等；掌握冶金实验研究中常用的分析研究方法的原理、操作等；掌握生产工艺过程中的实验研究技术；熟悉网络模拟炼钢系统并深入掌握钢铁生产工艺各环节技术的要领。拓展性实验项目的建设内容与生产实践及所开设专业课程紧密地结合，使冶金工程专业实验教学体系得到了重要的提升和拓展。
（二）实验教学特色
本课程的教学过程包括理论知识讲授、实践操作、研讨与分析、实验分析报告四部分，是一门理论与实践结合性较强的课程，着重突出以学生为主，指导教师为辅的教学理念。实验前由指导教师分配好实验小组3～5人为1组，要求学生预习实验内容，每个实验小组撰写预习实验报告，把可能遇到的问题逐一列出并安排各小组分解整个实验程序。例如，第一组负责分析实验目的、实验背景、实验原材料与耗材的准备；第二组负责分析实验原理；第三组负责分析仪器设备的结构、操作程序；第四组负责分析实验操作过程；第五组负责对注意事项和实验结果的分析与研讨；第六组由各小组选派的一名代表组成实验总运行组，负责设计制订完善的实验程序。实验课上由各小组根据指定的负责内容进行理论课的讲授、操作与指导，整个实验的准备、组织、教学都由学生自己完成，指导教师负责实验现场的管理和实验结束后的总结与研讨。网络模拟炼钢应用与实践实验可以组织各小组设置规定项目在规定时间内进行竞赛，成绩优秀者还可推荐其参加全国大学生网络炼钢大赛。四门实验学时分配均为讲课1学时、实验课2学时、讨论课1学时，合计4学时。
拓展性实验教学是与理论课程、生产实践相结合的实践教学环节，突出实践操作能力和创新精神的培养，在校内进行的实验，充分利用校内专业实验室完成，既提高了实验仪器设备的利用率，又节约了大量的实践教学经费。同时可以面向本专业和相近专业其他年级的学生展开开放性的实验教学，充分发挥多元化开放实验室的作用，完善实验教学质量评估体系，不断提高实验教学质量，使实验课的内容紧跟时代、紧跟现代化的生产实践为目标。例如，网络模拟炼钢为学生提供了一个把冶金过程内在的基本原理和理论应用到实践的机会，其核心是通过一系列仿真的、灵活的、直观的、互动的像游戏般的模拟，形成对传统理论学习有益的补充，又能说明和演示一些钢铁生产的实例。通过对该网站模拟游戏的学习，可以帮助学生了解现场实际生产的情况，提升理论知识，对培养学生在工作中的兴趣有很大帮助。
四、结束语
冶金工程专业拓展性实验教学注重采用理论与实验、实践并重的举措，提升学生应用实践操作的能力，创造有利条件积极增加学生的实验兴趣，进一步拓宽学生的知识面。同时，改变以往以教师讲授指导为主，学生为辅的传统教学模式，重点突出学生“自主”“自助”实验教学的模式，加强锻炼学生主动思考和勤于动手的能力。冶金工程专业实验教学体系拓展性实验的开设在校内实践环节的培养模式上实现了突破，也必将为参与学生实践能力的提高作出贡献。
参考文献：
[1]鲁路，王超.冶金工程专业卓越工程师开放实验教学探索[J].中国电力教育，2013（6）.
[2]鲁路，杜忠泽.冶金工程专业实验教学探析[J].中国电力教育，2012（5）.
[3]张海臣.冶金技术专业工学结合课程体系的构建[J].中国冶金教育，2010（4）.
[关 键 词] 冶金工程专业；实验教学体系；拓展性实验教学；人才培养
[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2016）01-0056-03
西安建筑科技大学冶金工程专业是在1958年建立的炼铁、炼钢、有色金属冶炼等专业基础上逐步发展起来的，现为陕西省特色专业和省级名牌专业。作为西北地区办学最早的该类专业，一直保持着自己的特色和优势，其中冶金物理化学为省级重点学科。现开设的实验课程与冶金传输原理、冶金原理、钢铁冶金学、有色冶金学、钢铁冶金原料处理与工艺、特种冶金和冶金实验技术等主干课程配套的本科专业基础实验和专业实验12项，开放性实验8项，总计20项80课时的实验项目。在此基础上，利用多种平台建设了更有利于学生理论联系实际的拓展性实验项目4项16课时，冶金工程专业实验教学总学时达到96课时。拓展性实验项目的建设为培养学生的创新精神、创造能力、创业能力，提高学生的综合素质，使之成为适应社会发展需要的高素质复合型专业人才做出了理论与实践探索。
一、冶金工程专业实验教学体系总体目标
参照教育部高等学校冶金工程专业教学指导委员会，以及中国工程教育认证协会对冶金工程专业实验教学的基本要求，西安建筑科技大学冶金工程专业实验教学体系旨在培养学生的科学思维和创新意识，以及本专业相关的基本技能和实践动手能力，使学生进一步理解和验证与课堂教学相关的难点与重点原理及知识；冶金工程实验的目的在于培养学生掌握基本操作、技能和方法的同时，培养学生独立思考及独立工作的能力，使学生具有一定的综合运用知识、进行分析问题和解决问题的能力、应用开发研究能力以及科学研究的基本素质，为今后其他课程的学习和进行科研工作打下基础。同时，培养实事求是的科学态度、良好的科学素养、科学的思维方法及综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力。冶金工程实验教学利用基础实验、设计性、综合性专业实验逐步提高、加强和巩固学生的实验基础和技能，培养学生综合运用实验技能解决实际问题的能力、查阅文献资料的能力，利用开放性实验室培养学生的创造性思维和科学创新精神。
本课程为实践性环节，通过本环节的学习，使学生在完成冶金原理、冶金传输原理、冶金学、冶金原料处理与工艺、炼钢厂设计、炼铁厂设计、冶金实验技术等课程后，巩固所学的冶金理论知识和冶金工艺流程，培养动手能力、科学思维和工程意识，掌握冶金工程的基本实验研究技能，以培养和提高学生进行生产实践及科学研究的综合素质为根本目的。掌握实验步骤，懂得实验数据的取得和处理方法，能够按要求完成实验报告，对于设计性和综合性实验应在教师指导下自行查阅资料，拟定实验方案和步骤，独立完成实验，培养创新能力。要求学生实验前认真学习实验指导书，理解实验原理和方法，掌握实验设备和仪器的使用方法。基础理论研究和应用研究两者之间是相互渗透，相辅相成的。冶金生产工艺发展是一个不断进取、不断完善的过程，冶金工程专业实验的开设有助于学生理论联系实际，为培养学生的科学实验能力奠定良好的基础。
二、实验教学体系构成
冶金工程专业实验教学体系包括计划内实验（已建设）及计划外实验两部分。计划内实验为依据培养方案及课程体系，学生必须完成独立设课实验；计划外实验为进一步提高学生创新能力的拓展性实验即冶金开放性实验。
计划内实验由基础实验模块、专业基础实验模块和专业方向实验模块构成，各个模块的实验项目又分为综合性、设计性等多个层次。计划内实验中，设计性与综合性实验共12项48学时，分别占实验项目总数和实验总学时数的60%和60%。冶金工程专业实验教学体系为单独设课的冶金专业实验和冶金开放性实验两门课程。
计划外实验分为固定拓展性实验和学生自拟拓展性实验。前者是指具有教学大纲、实验指导书的拓展性实验项目；后者是指以本科生科研训练计划（SSRT）、大创计划、创新创业竞赛活动等为基础的学生自主拟定的拓展性实验项目。
三、拓展性实验的建设与教学
拓展性实验以本科生科研训练计划（SSRT）、大创计划、创新创业竞赛活动等为基础的学生自主拟定的拓展性实验项目，主要方向为：可磨性指数测定实验、高温真空炉的应用与实践、熔盐电解法的应用与实践、网络模拟炼钢应用与实践等。拓展性实验是冶金工程专业本科实验教学体系计划外实验模块的重要组成部分。计划外实验包括固定拓展性实验（涉及冶金原料处理与工艺、冶金实验技术、钢铁冶金学三门主干专业课程的8个综合性实验，合计32学时）和学生自拟拓展性实验两大模块。
（一）拓展性实验教学内容与要求
在冶金工程专业实验教学体系中，为提高本科生的工程实践能力，开发建设了4个全新的学生自拟拓展性实验（16学时），使实验学时增加到96学时，同时，学生在校内实践环节的培养模式上也实现了新的突破。
开发的拓展性开放专业实验项目：
1.可磨性指数测定实验
通过实验掌握依照国标GB2565-87《煤的可磨性指数测定方法》测定烟煤和无烟煤的可磨性，哈氏可磨性指数越大，表明越容易磨碎，对高炉喷吹煤粉制备过程可磨机理提供重要依据。
2.高温真空炉的应用与实践
真空炉在冶金实验室中的应用较为广泛，能实现易氧化、难反应、难熔炼物料的冶炼。进行本实验的目的在于培养学生对真空冶炼相关知识的了解和掌握，丰富学生的专业知识。其中关于不同真空炉内真空实现的原理、多种真空炉的结构，需要学生在自身专业的基础上进行理解；并基于这些内容掌握其应用方向的选择。其次，协助学生练习操作多种危险性较小的真空炉，达到相对熟练的程度。危险性较大的真空炉，例如电极电弧炉等，由教师演示教学。 3.熔盐电解法的应用与实践
熔盐电解法可以实现多种金属的还原、提纯和镀层，是冶金专业内涉及面较为广泛、发展也比较迅速的工艺方法。其下又细分了多种工艺，以应对不同金属和冶炼目标。进行本实验的目的在于基于本方法的学习与实践，了解有色冶金冶炼的各种方法；通过对各种细分工艺的学习，巩固课堂知识的掌握程度。其次，协助学生进行金属熔盐电解还原实验，在实际操作中融会贯通。
4.网络模拟炼钢应用与实践
网络模拟炼钢为学生提供了一个完整、互动、信息丰富的在线学习平台。该平台包括高炉炼铁、转炉炼钢、钢水精炼、连铸、热轧等几大模块，与钢铁企业实际生产结合紧密。本实验拟帮助学生以半娱乐的方式进行自主学习，熟悉该系统并深入了解钢铁是如何生产的。通过虚拟的操作为学生提供真正的互动学习体验，有助于学生对钢铁生产工艺过程进行全面了解。
本实验模块的学习包括理论讲述、实验操作和实验报告三部分，要求学生重点掌握冶金实验室常用仪器、设备的名称、结构、工作原理、使用方法、维护等；掌握冶金实验研究中常用的分析研究方法的原理、操作等；掌握生产工艺过程中的实验研究技术；熟悉网络模拟炼钢系统并深入掌握钢铁生产工艺各环节技术的要领。拓展性实验项目的建设内容与生产实践及所开设专业课程紧密地结合，使冶金工程专业实验教学体系得到了重要的提升和拓展。
（二）实验教学特色
本课程的教学过程包括理论知识讲授、实践操作、研讨与分析、实验分析报告四部分，是一门理论与实践结合性较强的课程，着重突出以学生为主，指导教师为辅的教学理念。实验前由指导教师分配好实验小组3～5人为1组，要求学生预习实验内容，每个实验小组撰写预习实验报告，把可能遇到的问题逐一列出并安排各小组分解整个实验程序。例如，第一组负责分析实验目的、实验背景、实验原材料与耗材的准备；第二组负责分析实验原理；第三组负责分析仪器设备的结构、操作程序；第四组负责分析实验操作过程；第五组负责对注意事项和实验结果的分析与研讨；第六组由各小组选派的一名代表组成实验总运行组，负责设计制订完善的实验程序。实验课上由各小组根据指定的负责内容进行理论课的讲授、操作与指导，整个实验的准备、组织、教学都由学生自己完成，指导教师负责实验现场的管理和实验结束后的总结与研讨。网络模拟炼钢应用与实践实验可以组织各小组设置规定项目在规定时间内进行竞赛，成绩优秀者还可推荐其参加全国大学生网络炼钢大赛。四门实验学时分配均为讲课1学时、实验课2学时、讨论课1学时，合计4学时。
拓展性实验教学是与理论课程、生产实践相结合的实践教学环节，突出实践操作能力和创新精神的培养，在校内进行的实验，充分利用校内专业实验室完成，既提高了实验仪器设备的利用率，又节约了大量的实践教学经费。同时可以面向本专业和相近专业其他年级的学生展开开放性的实验教学，充分发挥多元化开放实验室的作用，完善实验教学质量评估体系，不断提高实验教学质量，使实验课的内容紧跟时代、紧跟现代化的生产实践为目标。例如，网络模拟炼钢为学生提供了一个把冶金过程内在的基本原理和理论应用到实践的机会，其核心是通过一系列仿真的、灵活的、直观的、互动的像游戏般的模拟，形成对传统理论学习有益的补充，又能说明和演示一些钢铁生产的实例。通过对该网站模拟游戏的学习，可以帮助学生了解现场实际生产的情况，提升理论知识，对培养学生在工作中的兴趣有很大帮助。
四、结束语
冶金工程专业拓展性实验教学注重采用理论与实验、实践并重的举措，提升学生应用实践操作的能力，创造有利条件积极增加学生的实验兴趣，进一步拓宽学生的知识面。同时，改变以往以教师讲授指导为主，学生为辅的传统教学模式，重点突出学生“自主”“自助”实验教学的模式，加强锻炼学生主动思考和勤于动手的能力。冶金工程专业实验教学体系拓展性实验的开设在校内实践环节的培养模式上实现了突破，也必将为参与学生实践能力的提高作出贡献。
参考文献：
[1]鲁路，王超.冶金工程专业卓越工程师开放实验教学探索[J].中国电力教育，2013（6）.
[2]鲁路，杜忠泽.冶金工程专业实验教学探析[J].中国电力教育，2012（5）.
[3]张海臣.冶金技术专业工学结合课程体系的构建[J].中国冶金教育，2010（4）.