冶金工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究

路焱　李杰

摘 要：本文以冶金工程專業(yè)課程體系為依托，結(jié)合專業(yè)實(shí)踐教學(xué)具體情況，審視綜合實(shí)驗(yàn)當(dāng)前存在的主要問題，研究了綜合實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)教學(xué)改革的新途徑。采取及時(shí)轉(zhuǎn)變教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容模塊化、改變考核模式的措施進(jìn)行實(shí)踐改革，以達(dá)到切實(shí)提高教學(xué)效果的目的。

關(guān)鍵詞：綜合實(shí)驗(yàn)；冶金工程；教學(xué)改革；課程體系

【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【文章編號】1008-1216（2018）01B-0098-02

21世紀(jì)以來，我國高等教育事業(yè)隨國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展呈現(xiàn)出了持續(xù)進(jìn)步的態(tài)勢，高等教育的培養(yǎng)目標(biāo)由傳統(tǒng)的專業(yè)型人才培養(yǎng)逐漸演變?yōu)樽⒅貙W(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的手段和過程也日漸豐富。這對高等學(xué)校如何有效地培育學(xué)生的專業(yè)能力和綜合素質(zhì)提出了更嚴(yán)格的要求。

以內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)冶金工程專業(yè)（2012版）的培養(yǎng)方案為例，要求其對實(shí)踐環(huán)節(jié)必須有所側(cè)重，指導(dǎo)性教學(xué)計(jì)劃中亦要求有所體現(xiàn)。冶金綜合實(shí)驗(yàn)作為冶金工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中的重要課程，在課程體系中起著重要的傳承作用。其教學(xué)目的在于：通過實(shí)驗(yàn)的手段使該專業(yè)學(xué)生深刻理解鋼鐵及有色金屬冶金的原理及工藝，熟悉相關(guān)的冶金研究方法，并學(xué)會分析、處理、應(yīng)用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，掌握成為高級應(yīng)用型人才的專業(yè)實(shí)驗(yàn)技能。然而，冶金綜合實(shí)驗(yàn)的效能較低是專業(yè)培育過程中所體現(xiàn)出的主要問題，通過教學(xué)改革來提高教學(xué)效能則成為促進(jìn)專業(yè)建設(shè)的必然途徑。本文依托內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)冶金工程專業(yè)課程體系，就冶金綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中存在的相關(guān)問題，提出教學(xué)研究改革的新方法。

一、冶金綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中存在的問題

從綜合實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)上講，該課程是將專業(yè)理論、實(shí)驗(yàn)技能相互融合的實(shí)驗(yàn)形式，具備了系統(tǒng)性、綜合性、實(shí)踐性等特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容緊密聯(lián)系專業(yè)課程理論知識。該課程的實(shí)施情況因受限于教學(xué)環(huán)境、師資力量、學(xué)生個(gè)體差異等客觀條件，教學(xué)過程中易出現(xiàn)如下幾方面的問題。

（一）學(xué)時(shí)少，任務(wù)重

現(xiàn)階段，大量繁重的實(shí)驗(yàn)任務(wù)與較短的教學(xué)時(shí)間存在著矛盾，為了保證實(shí)驗(yàn)任務(wù)順利完成，在實(shí)施過程中常會出現(xiàn)提前或者延后實(shí)驗(yàn)時(shí)間的情況。目前，冶金專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)具體內(nèi)容在該校的設(shè)置為：輕金屬或者稀土合金原料設(shè)計(jì)及配料；熔煉工藝設(shè)計(jì)及實(shí)施；試樣制備及成型；試樣組織性能測試與分析；撰寫綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這些教學(xué)環(huán)節(jié)所需要的時(shí)間不等，其中輕金屬或稀土合金原料設(shè)計(jì)及配料耗時(shí)較短，需要約1天；而熔煉工藝、試樣制備階段需要約3天；試樣組織性能測試與分析耗時(shí)較長，需要約3～4天。而該課程的學(xué)時(shí)數(shù)為一周，這就與教學(xué)計(jì)劃相互沖突。為完成正常的實(shí)踐教學(xué)活動，老師們通常要求學(xué)生提前一周完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和計(jì)算環(huán)節(jié)，另外，在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行周需要學(xué)生延長實(shí)驗(yàn)時(shí)間，晚間也要安排學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這種現(xiàn)象勢必會影響到其他教學(xué)環(huán)節(jié)的開展，夜間實(shí)驗(yàn)的安全問題得不到保障，甚至導(dǎo)致達(dá)不到實(shí)驗(yàn)預(yù)期效果的情況產(chǎn)生。

（二）教學(xué)容量與教學(xué)條件不匹配

因冶金綜合實(shí)驗(yàn)為工科專業(yè)的大型綜合性實(shí)驗(yàn)課程，這對教學(xué)單位的教學(xué)條件提出了較高的要求，需要“硬件”條件和“軟件”條件相匹配，這其中涉及實(shí)驗(yàn)場地、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)人員配備、教師數(shù)量、教師水平、教學(xué)計(jì)劃安排等多方面的因素。該校冶金工程專業(yè)設(shè)置的班容量近年來一直保持為每一年級2個(gè)班，在校生人數(shù)常年保持在270～290人。目前的教學(xué)容量相比2013年以前得到了一定的擴(kuò)充，冶金工程實(shí)驗(yàn)室場地面積由89.6m2增加到172.1m2，實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺套數(shù)由45套增加到82套，實(shí)驗(yàn)設(shè)備總價(jià)值由83.6萬元增加到174.62萬元，冶金工程實(shí)驗(yàn)室人員數(shù)量由13人增加到20人。

雖然從數(shù)據(jù)上看，教學(xué)容量得到了有效的提升，但仍然無法滿足學(xué)生數(shù)量的增長需求。因此，產(chǎn)生不利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問題的可能性隨之增加，常見的問題有：

1.實(shí)驗(yàn)場地?fù)頂D。雖然冶金工程實(shí)驗(yàn)室場地總面積不小，但是冶金實(shí)驗(yàn)設(shè)備體積較大，另外分為多個(gè)分實(shí)驗(yàn)室，實(shí)際上每個(gè)分實(shí)驗(yàn)室的場地有效空間依然較小，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中依然感覺不夠?qū)挸?，?shí)驗(yàn)時(shí)也會相互影響。

2.存在較大的安全隱患。場地?fù)頂D可能會帶來一些安全隱患，有些學(xué)生距離實(shí)驗(yàn)設(shè)備很近，冶金實(shí)驗(yàn)設(shè)備多數(shù)時(shí)間處于高溫狀態(tài)下，極易產(chǎn)生危險(xiǎn)。另外，教師在指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的過程中必須兼顧實(shí)驗(yàn)教學(xué)和人員安全問題，教學(xué)質(zhì)量得不到保障。

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)備故障率較高。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)計(jì)劃安排緊湊，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間很長，尤其是在進(jìn)行高溫實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果無法保證較長的冷卻時(shí)間就很容易引起設(shè)備老化甚至損毀。

4.實(shí)驗(yàn)效果下降。綜合前面幾個(gè)問題，其負(fù)面作用最終都會反饋在實(shí)際的教學(xué)過程中，致使教學(xué)效果無法得到有效保證。

（三）教學(xué)形式缺乏靈活性

冶金綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)形式同其他工科專業(yè)大型綜合實(shí)驗(yàn)別無二致，主要體現(xiàn)為漸進(jìn)式的教學(xué)模式，大部分工科專業(yè)實(shí)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和“準(zhǔn)備—實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)—實(shí)驗(yàn)操作—實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析”的傳統(tǒng)教學(xué)方法，對創(chuàng)新型教學(xué)特色的體現(xiàn)程度有所欠缺。尤其近年來，教育體系的框架限制導(dǎo)致學(xué)生的自學(xué)能力和實(shí)操能力嚴(yán)重下滑，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的反饋效果不良，無法有效融合專業(yè)理論知識，進(jìn)一步削弱了專業(yè)培養(yǎng)的特色和要求。此外，以前通過其他專業(yè)課及實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)了解的專業(yè)信息與咨詢并沒能有效激發(fā)學(xué)生的專業(yè)興趣，學(xué)生對于專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的學(xué)習(xí)熱情每況愈下，部分學(xué)生主動學(xué)習(xí)的意愿和能力也不斷降低，對整個(gè)班級甚至專業(yè)的學(xué)習(xí)環(huán)境也會產(chǎn)生不良影響。長此以往，學(xué)生培養(yǎng)的效果將不再特色鮮明，不僅會影響到學(xué)校、專業(yè)的發(fā)展，更不利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。

二、冶金綜合實(shí)驗(yàn)改革新途徑

（一）教學(xué)理念應(yīng)及時(shí)轉(zhuǎn)變并緊隨工程教育認(rèn)證體系

2016年6月2日，我國成為國際本科工程教育學(xué)會互認(rèn)協(xié)議《華盛頓協(xié)議》的第十八個(gè)正式會員，這意味著，對于本科院校學(xué)生，只要其所在的專業(yè)取得了工程教育專業(yè)認(rèn)證，就擁有了國際工程教育“質(zhì)量保證書”。此背景下，高等院校本科教學(xué)的傳統(tǒng)理念受到極大影響，應(yīng)以學(xué)生的綜合素質(zhì)培養(yǎng)為首要目標(biāo)，提升培養(yǎng)要求和質(zhì)量，以達(dá)到國際通用水平。endprint

因此，傳統(tǒng)教學(xué)理念必須轉(zhuǎn)變，大型綜合實(shí)驗(yàn)也應(yīng)如此。應(yīng)該明確教學(xué)的核心思想是“以學(xué)生為中心”，主要體現(xiàn)為綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)性和團(tuán)隊(duì)性。冶金綜合實(shí)驗(yàn)的環(huán)境更接近于實(shí)際生產(chǎn)，如鋁板帶的軋制工藝設(shè)計(jì)需要依據(jù)不同鋁板軋件尺寸進(jìn)行軋制溫度、速度等工藝參數(shù)調(diào)整，軋輥直徑、軋制壓力等軋機(jī)運(yùn)行調(diào)試等工作也應(yīng)陸續(xù)完成，這些環(huán)節(jié)皆體現(xiàn)了設(shè)計(jì)工作的重要性。在這一環(huán)節(jié)的實(shí)踐中，通過模擬真實(shí)的生產(chǎn)環(huán)境達(dá)到著重培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計(jì)工程方案的能力的目的。此外，綜合實(shí)驗(yàn)的綜合程度決定了教學(xué)過程中必須發(fā)揮團(tuán)隊(duì)作用，教師、學(xué)生都需要充當(dāng)團(tuán)隊(duì)角色，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容自行研發(fā)設(shè)計(jì)方案，并提出有效解決辦法，錘煉學(xué)生在多學(xué)科背景下的團(tuán)隊(duì)意識?？傊?，專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)理念應(yīng)該順應(yīng)專業(yè)未來的發(fā)展趨勢，適時(shí)“轉(zhuǎn)彎”，以工程教育認(rèn)證為“目的地”，加快改革速度，這樣才能更好地適應(yīng)教育全球化的大勢。

（二）教學(xué)內(nèi)容逐步實(shí)現(xiàn)“模塊化”

冶金綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，應(yīng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)大綱和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，發(fā)揮學(xué)院科研優(yōu)勢和地方專業(yè)特色，凝練具代表性、設(shè)計(jì)性于一體的模塊化實(shí)驗(yàn)。該專業(yè)在以往綜合實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出三個(gè)“模塊”，具體如圖1所示。

在圖1中，綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容被劃分為 “黑色金屬模塊”“稀土模塊”和 “有色金屬模塊”三部分。其中黑色金屬模塊的主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為黑色金屬的熔煉、鑄造、成型、制樣、力學(xué)性能測試及材料表面分析；稀土模塊主要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為稀土化合物的冶金過程、稀土材料合成制備、稀土合金性能測試及表征；有色金屬模塊的主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為鋁、鎂等輕金屬的電解過程、輕金屬合金的制備、輕金屬合金的熱處理、合金力學(xué)性能測試及表征。

其中，稀土模塊因我校所處地域優(yōu)勢（地處內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市，毗鄰包頭市白云鄂博稀土礦）和指導(dǎo)教師的科學(xué)研究方向，可以重點(diǎn)打造為綜合實(shí)驗(yàn)特色模塊，也建議學(xué)生選擇稀土模塊作為實(shí)驗(yàn)任務(wù)。另外，該專業(yè)的學(xué)生可以提前依據(jù)實(shí)驗(yàn)說明書，自由分組并選擇三個(gè)模塊其中之一，使其在選擇并制定實(shí)驗(yàn)方案時(shí)更具靈活性。并且，三個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K可以分不同的周次進(jìn)行，鼓勵(lì)學(xué)生選擇兩個(gè)甚至全部模塊，使其更加全面地參與綜合實(shí)驗(yàn)，全方位汲取相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)知識和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。這種“模塊化”實(shí)驗(yàn)設(shè)置模式使教師和學(xué)生都能夠在實(shí)驗(yàn)過程中突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的束縛，利用學(xué)院的科研平臺和相關(guān)聯(lián)的科研項(xiàng)目，積極調(diào)動教師的主觀能動性，充分發(fā)揮學(xué)生的自主意識，以提高實(shí)驗(yàn)參與度和認(rèn)同度，進(jìn)而達(dá)到“學(xué)習(xí)即產(chǎn)出”的效果。

（三）教學(xué)考核模式需要變化

以往的考核模式較為單一，主要是以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的評閱為主，平時(shí)的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)為輔，最后綜合評定成績進(jìn)行考核。新形勢下，教學(xué)考核模式可以將實(shí)驗(yàn)報(bào)告的評估和實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的答辯環(huán)節(jié)更好地結(jié)合起來，再加上以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為基礎(chǔ)進(jìn)行科技論文的撰寫訓(xùn)練。新的考核模式能夠全面提升學(xué)生的專業(yè)認(rèn)知及應(yīng)用水平，對綜合實(shí)驗(yàn)要求的設(shè)計(jì)、分析、總結(jié)歸納能力都是有效的鍛煉。另外，通過撰寫論文，能夠使學(xué)生更直觀地了解本學(xué)科的發(fā)展方向與前沿動態(tài)，有利于激發(fā)學(xué)生的專業(yè)熱情。

三、結(jié)束語

在冶金專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系中，綜合實(shí)驗(yàn)的有效實(shí)施可以發(fā)揮重要作用。冶金綜合實(shí)驗(yàn)的改革能夠切實(shí)提高學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐能力，能夠有效發(fā)揮實(shí)踐環(huán)節(jié)的培養(yǎng)作用。學(xué)生在實(shí)踐中收獲專業(yè)理論知識、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、自主分析和解決問題的素質(zhì)、團(tuán)隊(duì)合作經(jīng)驗(yàn)及持續(xù)學(xué)習(xí)和發(fā)展的能力，是工科專業(yè)實(shí)踐教育的進(jìn)步。

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