冶金工程“云計算導(dǎo)論”教學(xué)實踐研究

雷洪 趙巖

[摘 要] 作為新興學(xué)科，云計算在智能鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用處于探索階段。云計算導(dǎo)論課程教學(xué)采取多媒體和板書相結(jié)合的方式，通過對比相似概念，借助企業(yè)資源實現(xiàn)學(xué)生動手實踐，擴展講授內(nèi)容提高學(xué)生興趣，了解鋼鐵公司發(fā)展趨勢激發(fā)學(xué)生專業(yè)意識，取得了良好的教學(xué)效果。云計算導(dǎo)論課程教學(xué)的探索能夠為我國冶金專業(yè)人才的計算機方面課程教學(xué)創(chuàng)新改革提供更多科學(xué)的意見和建議，加快高校在云計算應(yīng)用型人才方面的培育步伐。

[關(guān)鍵詞] 多媒體;板書;教學(xué)實踐;智能鋼廠;云計算導(dǎo)論

[作者簡介] 雷 洪（1973—），男，湖北武漢人，工學(xué)博士，東北大學(xué)材料電磁過程研究教育部重點實驗室、冶金學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，主要從事鋼的精煉和連鑄、電磁冶金、人工智能研究;趙 巖（1971—），男，遼寧海城人，工學(xué)博士，東北大學(xué)冶金學(xué)院講師，主要從事熱能有效利用、中間包冶金研究。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）38-0234-02? ? [收稿日期] 2020-07-10

隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，大數(shù)據(jù)和云計算的出現(xiàn)已經(jīng)能夠滿足網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實時處理數(shù)據(jù)需要[1-3]，智能鋼廠運用這些技術(shù)可以推動鋼鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。為了適應(yīng)鋼鐵企業(yè)新形勢的要求，東北大學(xué)于2019年開設(shè)了云計算導(dǎo)論課程，希望擴寬同學(xué)們的知識面，培養(yǎng)此方面的鋼鐵冶金復(fù)合型人才。正是在此背景下，東北大學(xué)參考了兄弟院校在云計算教學(xué)方面的經(jīng)驗[4-6]，并結(jié)合我國鋼鐵工業(yè)實際和同學(xué)們的現(xiàn)狀，對云計算導(dǎo)論課程進行了有益探索，逐漸摸索出適合工科專業(yè)的云計算理論和實踐的教學(xué)方式。

一、現(xiàn)實需求

1.鋼鐵企業(yè)的信息化建設(shè)現(xiàn)狀。經(jīng)過多年的企業(yè)信息化建設(shè)，中國鋼鐵企業(yè)根據(jù)自身特點已經(jīng)建立了復(fù)雜多樣的信息化系統(tǒng)，此系統(tǒng)具有如下特點：（1）為了加強管理和控制、保障生產(chǎn)的順利進行，鋼鐵廠通常需要采集各流程生產(chǎn)設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，并保存相應(yīng)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的體量非常巨大，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法無法及時地處理，在大多數(shù)情況下會成為歷史數(shù)據(jù)進行歸檔保存。（2）不同生產(chǎn)工序的數(shù)據(jù)通常存儲在本地，而不會與其它工序分享。例如，連鑄工序的生產(chǎn)數(shù)據(jù)不會實時傳送給電爐工序、精煉工序和軋制工序。因此，這些數(shù)據(jù)往往成為數(shù)據(jù)孤島，無法充分發(fā)揮這些重要數(shù)據(jù)的效能。（3）為了滿足企業(yè)運行的需要，大多數(shù)鋼鐵公司先后建立了企業(yè)資源計劃系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)，人力資源管理系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)、計量系統(tǒng)等多種信息化系統(tǒng)。這些設(shè)備的中央處理器和內(nèi)存的使用率一般不超過20%，大部分設(shè)備在大多數(shù)時間實際上處于閑置狀態(tài)。如何利用這些設(shè)備的閑置計算能力，有效地挖掘生產(chǎn)數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)等潛力，充分發(fā)揮設(shè)備的效能，最大程度地滿足社會和企業(yè)的需求，這是本課程的意義所在。

2.未來鋼鐵企業(yè)對復(fù)合型人才的需求。為了滿足電爐—精煉—連鑄—連軋的一體化生產(chǎn)的需要，鋼鐵公司往往會建立一整套監(jiān)控設(shè)備，從而實現(xiàn)隨時精確地獲取任何工序的鋼水溫度、成分等參數(shù);同時鋼鐵公司還需要分析生產(chǎn)的運行和管理的大數(shù)據(jù)，闡明整個生產(chǎn)工藝的能量流和物質(zhì)流的相互影響規(guī)律，建立并求解電爐→精煉、精煉→連鑄、連鑄→軋制的能量流和物質(zhì)流的協(xié)同調(diào)控數(shù)學(xué)模型，針對當(dāng)前的能量流和質(zhì)量流提出最佳的計劃方案;最后根據(jù)用戶的訂單要求，自動地給出成本最低、時間最短、工序之間最佳匹配的方案，進行實際生產(chǎn)。因此，未來的冶金技術(shù)人員必須是精通冶金和信息技術(shù)的復(fù)合型人才。這正是大學(xué)教育需要實現(xiàn)的目標(biāo)。

二、教學(xué)實踐

1.以多媒體為主，板書為輔的教學(xué)方式。多媒體可以將生硬的文字轉(zhuǎn)化為動畫、圖、表、文字、聲音相結(jié)合的PPT形式展現(xiàn)出來，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如：采用動畫展示散狀料經(jīng)皮帶輸運→高位料倉→給料→稱量料斗→匯總料斗→溜槽→轉(zhuǎn)爐的整個加料過程，幫助學(xué)生直觀地認(rèn)識鋼鐵廠的質(zhì)量流。板書可以將課程的重點內(nèi)容按邏輯次序重現(xiàn)在黑板上，學(xué)生能夠遵循教師的思路理解和掌握課程的重點和難點。

2.對比相似概念，加深理解。對于大多數(shù)工科學(xué)生而言，云計算僅僅是一個熱門詞匯，其概念和內(nèi)涵容易混淆。因此，相關(guān)概念的對比講解十分必要。例如，云計算和并行計算是兩個容易混淆的概念。簡單而言，并行計算可理解為將多臺服務(wù)器采用網(wǎng)絡(luò)連接提供給一個計算任務(wù)，目的是減少計算時間;而云計算可理解為將一臺服務(wù)器的計算資源根據(jù)用戶需求虛擬為多臺計算機給多個用戶提供服務(wù)，目的是提高設(shè)備利用率，實現(xiàn)用戶的按需分配。

3.借用企業(yè)資源，加強感性認(rèn)識。云計算是一門注重實踐的課程。利用浪潮公司提供的浪潮云環(huán)境，同學(xué)們采用遠(yuǎn)程訪問方式體驗了教育云盤、在線教育和并行計算等云服務(wù)。在實踐課結(jié)束后，采用大作業(yè)的形式要求同學(xué)們采取網(wǎng)絡(luò)檢索和圖書館查閱文獻(xiàn)相結(jié)合的方式總結(jié)云計算的應(yīng)用特點，進一步加強對云計算的認(rèn)識。

4.借助資深技術(shù)人員，深入探究云計算的內(nèi)核和擴展。不同類型的公司定位不同，其所搭建的云計算平臺各有側(cè)重。例如，谷歌公司側(cè)重儲存及運算水平擴充能力，微軟公司側(cè)重所用軟件及數(shù)據(jù)服務(wù)的整合，亞馬遜公司側(cè)重彈性虛擬平臺的建設(shè)。通過邀請百度公司、曙光公司相關(guān)技術(shù)人員宣講本公司研發(fā)工作重點，比較各公司云平臺應(yīng)用的相同和不同之處，幫助同學(xué)們了解云計算的原理和在生活中的應(yīng)用。

5.利用慕課資源，推動課程教與學(xué)模式的創(chuàng)新。云計算畢竟是一門計算機類的課程，非計算機專業(yè)老師透徹地講授此課程十分困難。幸運的是，慕課資源有“云計算基礎(chǔ)教程”“云計算技術(shù)與應(yīng)用”等課程，將這些網(wǎng)課內(nèi)容穿插在課堂教學(xué)中，可以提高課堂教學(xué)效果，有效地培養(yǎng)同學(xué)們的自學(xué)能力。學(xué)生可以隨時下載慕課資源進行線下學(xué)習(xí)。慕課資源授課的靈活、便捷的屬性，為同學(xué)們的自主學(xué)習(xí)提供了有力支撐。

6.擴展知識面，提高學(xué)習(xí)興趣。云計算是一個與大數(shù)據(jù)、人工智能、5G網(wǎng)絡(luò)、并行計算等密切相關(guān)的課程。對于冶金工程的學(xué)生而言，這些內(nèi)容只是一些似懂非懂的概念。為了將云計算教學(xué)實用化，并行計算被選為一個重要內(nèi)容。課堂對C++源代碼進行現(xiàn)場編譯和執(zhí)行，從而讓同學(xué)們近距離接觸并行計算[7]，消除并行計算的神秘色彩，培養(yǎng)學(xué)生的好奇心和求知欲，切實提高教學(xué)質(zhì)量。

7.緊密結(jié)合鋼廠現(xiàn)狀，提高專業(yè)興趣。目前，大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)重要的戰(zhàn)略資源。企業(yè)在互聯(lián)網(wǎng)上建立信息化平臺，采用云計算技術(shù)挖掘和整理對自身的營銷業(yè)務(wù)有價值的數(shù)據(jù)信息。例如，鋼鐵公司建立全球鋼鐵交易電商平臺，為同行和下游用戶提供便利服務(wù)。通過分析電商平臺的交易大數(shù)據(jù)，不但可以掌握其他鋼鐵公司的生產(chǎn)鋼種、規(guī)格、價格、供應(yīng)量和質(zhì)量指標(biāo)等信息，還可以收集下游用戶對特定產(chǎn)品的需求信息。

三、結(jié)語

智慧鋼廠是鋼鐵企業(yè)的發(fā)展方向，而云計算在智慧鋼廠的建設(shè)中是不可或缺的一環(huán)。針對鋼鐵行業(yè)這一迫切需求，東北大學(xué)新增設(shè)了云計算導(dǎo)論課程。本課程教學(xué)采取多媒體和板書為相結(jié)合的方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;通過概念對比、親身體驗等方式增加學(xué)生的感性認(rèn)識，準(zhǔn)確掌握課程內(nèi)容;緊密聯(lián)系鋼鐵公司實際，開闊了學(xué)生的視野。

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Study on Teaching Practice of Introduction to Cloud Computing in Metallurgical Engineering

LEI Honga，b，ZHAO Yanb

（a.Key Laboratory of Electromagnetic Processing of Materials，Ministry of Education，

b.School of Metallurgy，Northeastern University，Shenyang，Liaoning 110819，China）

Abstract：Cloud Computing is a new course，and the application of cloud computing in intelligent steel enterprises is in the exploration stage.The teaching method of Introduction to Cloud Computing includes multimedia and blackboard writing.By comparing similar concepts，carrying out practice with the help of enterprise resources，improving students' interest by expanding knowledge，and stimulating students' professional consciousness by understanding the development trend of iron and steel company，the teaching of Introduction to Cloud Computing has achieved good results.The course teaching can provide more scientific opinions and suggestions for the reform of computer teaching innovation of metallurgical talents in China，and accelerate the cultivation of application-oriented talents in cloud computing in colleges and universities.

Key words：multimedia;blackboard writing;teaching practice;intelligent steel company;Introduction of Cloud Computing