張紅亮

（中南大學(xué) 冶金科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長沙 410083）

冶金工程專業(yè)是培養(yǎng)具備有冶金工程領(lǐng)域科學(xué)研究與開發(fā)應(yīng)用、工程設(shè)計(jì)與實(shí)施、技術(shù)攻關(guān)與改造、新技術(shù)推廣與應(yīng)用、工程規(guī)劃與冶金企業(yè)管理等技能的高層次專業(yè)人才[1]。專業(yè)課程的學(xué)習(xí)為所有的課程教學(xué)中最重要環(huán)節(jié)之一，要求學(xué)生對整個(gè)冶金過程的的流程、反應(yīng)、原理等進(jìn)行掌握，是學(xué)生日后從事冶金工程領(lǐng)域相關(guān)工作的重要基礎(chǔ)。

一直以來，由于冶金工程一般存在流程長，反應(yīng)復(fù)雜，反應(yīng)器龐大，反應(yīng)大多為高溫高壓高腐蝕的惡劣環(huán)境，學(xué)生很難對整個(gè)流程及內(nèi)部的情況有透徹的了解，而在教學(xué)中常以流程框圖的方式進(jìn)行教學(xué)，往往導(dǎo)致學(xué)生對學(xué)習(xí)的內(nèi)容缺乏興趣，對重點(diǎn)缺乏掌握，學(xué)習(xí)積極型降低，影響了專業(yè)課程的教學(xué)質(zhì)量。

在新的形勢下，為了不斷提高冶金工程專業(yè)課程的教學(xué)質(zhì)量，從計(jì)算機(jī)的角度出發(fā)，在課程的講述模式、課件的制作、冶金流程的3D虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)等方面進(jìn)行了探索研究。

1.課程的講述模式

傳統(tǒng)冶金工程專業(yè)課程的講述以教師口頭講述結(jié)合黑板板書為主，盡管教師的經(jīng)驗(yàn)豐富，專業(yè)知識也很扎實(shí)，但要將所有的內(nèi)容直觀的表述出來是比較困難且費(fèi)時(shí)費(fèi)力的。而且現(xiàn)代冶金生產(chǎn)由于生產(chǎn)規(guī)模龐大、設(shè)備大型化、現(xiàn)代化程度高等特性，因此教師的授課模式需要進(jìn)行革新，這是保證冶金工程專業(yè)課程教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)之一。

為此，結(jié)合當(dāng)前教學(xué)實(shí)際及目前計(jì)算機(jī)軟硬件水平的發(fā)展，提出一種多維授課方式，包括教師課堂講述、多媒體課件展示、企業(yè)工程師網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻操作演示及小組專題討論等授課方式。

1 ）課堂講述

教師為整個(gè)課堂的主導(dǎo)者，對于冶金工程專業(yè)的教師來說，需要有寬廣的知識面和扎實(shí)的專業(yè)理論基礎(chǔ)，在講述過程中，不但要結(jié)合書本，更要結(jié)合實(shí)際，例如將傳統(tǒng)冶金和最新研究成果進(jìn)行穿插講解，如此不但可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的求知欲，更可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，對于專業(yè)課程的授課效率有較大的提高。

2 ）多媒體課件展示

多媒體課件包含圖、文、聲音等多種元素，通過多媒體課件的展示，教師將能更好的將課程內(nèi)容敘述清楚，并可以提前收集各種方式的圖片及文字等，從而可以最大幅度的將冶金流程及反應(yīng)流程講述清晰，并且整個(gè)課程的趣味性與學(xué)術(shù)性大幅度增加。

3 ）企業(yè)工程師網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程視頻操作演示

由于當(dāng)前冶金工程專業(yè)畢業(yè)生最大的短板為其實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，盡管可以通過認(rèn)識實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)彌補(bǔ)，但由于這些實(shí)習(xí)時(shí)間短，學(xué)生需要掌握的內(nèi)容太多，無法對每一實(shí)際流程進(jìn)行仔細(xì)學(xué)習(xí)，更多的是流連于表面，此外，現(xiàn)場不確定因素過多，容易造成安全事故。當(dāng)前，由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，廉價(jià)的網(wǎng)絡(luò)視頻通話無論是在視頻畫質(zhì)及畫面流暢程度上都有大幅度的提高，因此完全可以通過完成會(huì)議模式或者遠(yuǎn)程視頻對話的模式，讓學(xué)生不但可以在教室里觀察現(xiàn)場實(shí)際的操作與工藝流程，還可以與現(xiàn)場企業(yè)工程師進(jìn)行交流。整個(gè)過程可如下圖1所示，該方法相對實(shí)習(xí)的優(yōu)點(diǎn)在于學(xué)生無需深入現(xiàn)場，從而可避免諸多隱患，且整個(gè)系統(tǒng)無需花費(fèi)過多的經(jīng)費(fèi)。

4 ）小組專題討論

當(dāng)前冶金工程專業(yè)課的授課模式更多的是一種填鴨式的教學(xué)方法，學(xué)生都屬于一種被動(dòng)的接收者，如此往往導(dǎo)致學(xué)生上課積極性不高，學(xué)習(xí)興趣和效率降低。相比國外，小組專題討論在我國開展較少，故在這方面可以由教師主動(dòng)引導(dǎo)，分配主題，學(xué)生通過自由組合，共同討論完成任務(wù)，并進(jìn)行相應(yīng)的講述和成果展示。這種授課方式，可以讓學(xué)生更多的參與課堂教學(xué)，還可以鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、領(lǐng)導(dǎo)及各種個(gè)人能力。

2.課件的制作

當(dāng)前，由于計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)展，大多數(shù)冶金工程的專業(yè)課程都開始采用多媒體授課，但這也帶來了一些問題，包括講課速度過快、多媒體課件制作照搬書本，文字太多，學(xué)生往往難以一下子消化。為此，對于課件的制作，需要冶金工程的教師不斷完善這方面的技巧，而對于冶金工程專業(yè)課程的課件來說，需要注意一下幾個(gè)方面：文字表述；圖片格式；流程動(dòng)畫等。

1 ）文字表述：由于多媒體課件不同于書本，其更多的是起到一種提綱的作用，因此不能將書本的內(nèi)容整段整篇的拷貝到課件中，而是應(yīng)該對書本內(nèi)容進(jìn)行提煉，再以標(biāo)題的形式給出。如此，則教師在講課過程中不但能把握大綱，還能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

2 ）圖片格式：由于目前課本上反應(yīng)器大多為老式反應(yīng)器，且圖片格式不清晰，因此，在制作課件時(shí)，需要教師手機(jī)最新的反應(yīng)器或設(shè)備流程圖。

3 ）流程動(dòng)畫：經(jīng)管流程圖能較好的展示冶金過程中的物料或者是能量流程圖，但如果以動(dòng)畫的形式展示，那整個(gè)課程內(nèi)容將更加生動(dòng)，學(xué)生的興趣必定大幅度提高。

3.冶金流程的3D虛擬現(xiàn)實(shí)

3 D虛擬現(xiàn)實(shí)（VR-virtual reality）,也稱虛擬實(shí)境，是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它利用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)逼真的、具有視覺、聽覺、觸覺等多感知的三維虛擬環(huán)境，通過使用各種交互設(shè)備，同虛擬環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)，身臨其境地與之進(jìn)行交互仿真和信息交流。它是一種全新的數(shù)字化人機(jī)接口技術(shù)，也是數(shù)字媒體技術(shù)的高級階段。與傳統(tǒng)的模擬技術(shù)相比，其主要特征是：操作者能夠真正進(jìn)入一個(gè)由計(jì)算機(jī)生成的交互式三維虛擬環(huán)境中，與之互動(dòng)和交流。通過參與者與虛擬環(huán)境的相互作用，并借助人本身對所接觸事物的感知和認(rèn)知能力，幫助啟發(fā)參與者的思維和認(rèn)識能力，以全方位地獲取虛擬環(huán)境所蘊(yùn)涵的各種空間信息和邏輯信息。沉浸感和實(shí)時(shí)交互性是虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)質(zhì)性特征，對時(shí)空環(huán)境的現(xiàn)實(shí)構(gòu)想（即啟發(fā)思維，獲取信息的過程）是虛擬現(xiàn)實(shí)的最終目的。對于冶金過程專業(yè)課程來說，虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以讓學(xué)生對整個(gè)冶金流程或者冶金反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)、物料平衡和能量平衡有全方位的掌握。下圖2為典型冶金過程3D虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的架構(gòu)，通過離線的設(shè)計(jì)、開發(fā)和數(shù)據(jù)采集可以讓該系統(tǒng)更加完善。

4.結(jié)束語：冶金專業(yè)課程的教學(xué)是冶金工程專業(yè)學(xué)生教育的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)之一，針對冶金工程專業(yè)課程教學(xué)中存在的一些問題，從計(jì)算機(jī)的角度出發(fā)，在課程的講述模式、課件的制作、冶金流程的3D演示等方面進(jìn)行了探索研究，初步形成一套較為先進(jìn)的教學(xué)模式，最大程度的利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將實(shí)際的冶金過程真實(shí)的呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，為學(xué)生畢業(yè)后獨(dú)立從是冶金專業(yè)工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

圖2

[1]任鵬，黃曉然，董君偉.淺析冶金工程專業(yè)[J].高校招生，2006(4)：55.