于春梅， 韓麗輝， 劉 云

（北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京 100083）

冶金工程本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探索

于春梅， 韓麗輝， 劉 云

（北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院，北京 100083）

冶金工程本科生實(shí)驗(yàn)是一門綜合性、實(shí)踐性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)課，是北京市精品課程“冶金工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)”的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)部分。針對(duì)冶金工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心培養(yǎng)研究型創(chuàng)新人才為目標(biāo)，結(jié)合本專業(yè)學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)冶金工程本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了全面系統(tǒng)的改革，構(gòu)建新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，進(jìn)行了一定的研究與探索。

研究型實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)教學(xué);教學(xué)方法

0 引言

冶金工程學(xué)科是我校的特色學(xué)科，冶金工程專業(yè)是一門理論和實(shí)踐緊密結(jié)合，實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，良好的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰υ诤艽蟪潭壬蠜Q定了學(xué)生的綜合科研素養(yǎng)。近年來(lái)，我校本科生教育發(fā)展很快，冶金工程學(xué)科自2000年以來(lái)，每年招收300多名本科生，為社會(huì)培養(yǎng)了大量的專業(yè)人才，得到了社會(huì)各界的好評(píng)。但隨著本科生招生數(shù)量的增多，人才培養(yǎng)質(zhì)量不容忽視，因此不斷提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量是實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員的重要工作。冶金工程專業(yè)學(xué)生的教學(xué)和培養(yǎng)需要通過理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的相結(jié)合，針對(duì)這一特點(diǎn)，我校2004年起面向冶金工程專業(yè)本科生開展了一項(xiàng)課堂和實(shí)踐教學(xué)改革措施，對(duì)冶金工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了優(yōu)化整合:構(gòu)建新的課程體系;優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容;改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與考核方式，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)進(jìn)行分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力［1-3］。

1 設(shè)置獨(dú)立的綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程

對(duì)本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，設(shè)置《冶金工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)》實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)現(xiàn)了專業(yè)課和專業(yè)基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合統(tǒng)一，內(nèi)容涵蓋冶金工程學(xué)科3個(gè)專業(yè)方向的16門課程，促進(jìn)了相關(guān)課程的交叉和實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的有機(jī)融合，提高了學(xué)生系統(tǒng)把握和運(yùn)用學(xué)科知識(shí)能力和綜合能力。

冶金工程本科生教學(xué)實(shí)驗(yàn)是2004年我院對(duì)冶金工程專業(yè)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行改革，建立了獨(dú)立設(shè)課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，配備由我院工程實(shí)踐能力強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)豐富的陳偉慶教授主編實(shí)驗(yàn)教材《冶金工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)》，此書于2004年出版，2006年被評(píng)為“北京高等教育精品教材”，教材中①將各專業(yè)基礎(chǔ)課程中有關(guān)實(shí)踐教學(xué)的環(huán)節(jié)綜合統(tǒng)一，目的是結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)實(shí)踐知識(shí)和研究技能、創(chuàng)新手段的全面了解;②根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，將冶金工程本科生教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容拓寬。系統(tǒng)地融合并闡述了本學(xué)科的相關(guān)實(shí)踐環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)理論、科學(xué)技術(shù)與研究方法和學(xué)科理論知識(shí)與發(fā)展［4］。同時(shí)，重視實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書作用，每年修訂實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，不斷增加新的內(nèi)容，有效地指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)任務(wù)的完成。對(duì)實(shí)驗(yàn)課程結(jié)構(gòu)優(yōu)化，理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)并舉，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)。

2 更新和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

一直以來(lái)，冶金工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課都在不斷調(diào)整和更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。近年來(lái)在原有的高溫綜合實(shí)驗(yàn)、物相綜合研究、鐵礦石冶金性能、冶金過程水模擬和數(shù)值模擬、粉體綜合性能、熔點(diǎn)粘度測(cè)定、電化學(xué)、差熱分析等13個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室教師承擔(dān)的48項(xiàng)省部級(jí)以上獲獎(jiǎng)?wù)n題又轉(zhuǎn)化出5個(gè)新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋冶金資源高效利用、濕法有色冶金、微波冶金等新興領(lǐng)域，5年來(lái)，實(shí)驗(yàn)更新率高達(dá)30%，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更具有先進(jìn)性和創(chuàng)新性。真正實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研的上下貫通和有機(jī)融合，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)尤其是創(chuàng)新性人才培養(yǎng)注入了新的活力。

同時(shí)，根據(jù)學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)，調(diào)整理論課與實(shí)驗(yàn)課的課時(shí)比例，冶金專業(yè)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)從36學(xué)時(shí)提高到54學(xué)時(shí)。取消了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過多，實(shí)驗(yàn)時(shí)間過長(zhǎng)、課后學(xué)生消化不好、實(shí)驗(yàn)中大量接觸強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和劇毒試劑的分離提取實(shí)驗(yàn)。還在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中取消了大部分演示實(shí)驗(yàn)，提高綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)比例到90%以上，增加動(dòng)手課時(shí)［5］。

通過綜合性實(shí)驗(yàn)加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生綜合運(yùn)用相關(guān)知識(shí)解決問題能力的培養(yǎng);通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，全面達(dá)到了提高學(xué)生綜合把握和運(yùn)用學(xué)科知識(shí)的能力;強(qiáng)化分析問題和解決問題能力，全面掌握專業(yè)實(shí)驗(yàn)技能和方法，并具有一定的科研能力和工程實(shí)踐能力。

3 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

(1)調(diào)整實(shí)驗(yàn)課授課時(shí)間。實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間安排在第7學(xué)期，分為課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩部分，是我院冶金工程專業(yè)本科學(xué)生的必修實(shí)驗(yàn)課程，第7學(xué)期開始先進(jìn)行18學(xué)時(shí)的“冶金工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)”課程講授，重點(diǎn)講授冶金工程的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和基本原理以及常用的研究方法，較為系統(tǒng)地講授冶金工程實(shí)驗(yàn)研究中常用的儀器設(shè)備和使用方法，使學(xué)生能夠從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等方面對(duì)所要開展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有全面系統(tǒng)的了解。之后按照實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的先后順序?qū)W生自主安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，完成教學(xué)大綱中要求的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)［6-8］。

(2)“分平臺(tái)小班授課”，改善教學(xué)效果。為了確?！敖獭焙汀皩W(xué)”良性互動(dòng)，開展“分平臺(tái)小班授課”，統(tǒng)一大綱、統(tǒng)一課件、統(tǒng)一教學(xué)進(jìn)度、統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)、統(tǒng)一作業(yè)、統(tǒng)一考試，提高了教學(xué)效率和教學(xué)效果。

(3)在教學(xué)中引入現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)和研究方法［9-11］。隨著科技發(fā)展進(jìn)步，現(xiàn)代數(shù)學(xué)計(jì)算方法和數(shù)值模擬技術(shù)的應(yīng)用得到高度重視。實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中加強(qiáng)科學(xué)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法在專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐，將現(xiàn)代將數(shù)值模擬技術(shù)引入到教學(xué)中，使得學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)方法模擬冶金過程。例如，冶金過程多是在高溫狀態(tài)下完成，很難對(duì)冶金過程的進(jìn)行直接的觀察與測(cè)試，因此通過冶金過程水模擬和數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)課，采用物理模擬實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)冶金傳輸過程加以研究，讓學(xué)生了解鋼包或中間包的水模型建立方法，實(shí)現(xiàn)鋼包或中間包內(nèi)模擬鋼水的流動(dòng)可視化顯示，利用計(jì)算機(jī)CFD等商用軟件進(jìn)行冶金設(shè)備－中間包中鋼液穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬。

此外，打造貼近實(shí)際的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，建立實(shí)驗(yàn)操作與專業(yè)技能培養(yǎng)相結(jié)合、實(shí)踐體驗(yàn)與虛擬仿真相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。通過教學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生利用計(jì)算軟件有效地進(jìn)行高爐煉鐵過程氣-固反應(yīng)、氣流分布、料層阻力、傳熱與冷卻，煉鋼過程中鋼包冶金、連鑄中間包、結(jié)晶器等冶金工藝過程模擬計(jì)算和分析，加強(qiáng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法在專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。

(4)以科研促進(jìn)教學(xué)，將科技成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容。依托冶金工程學(xué)科學(xué)術(shù)和研究水平國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)，由院士、長(zhǎng)江學(xué)者、杰出青年基金獲得者等知名學(xué)者直接參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，將先進(jìn)理論、技術(shù)與科研方法融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)生科學(xué)研究和科技創(chuàng)新的能力，充分體現(xiàn)了科研支持實(shí)驗(yàn)教學(xué)、服務(wù)人才培養(yǎng)的作用;同時(shí)，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)與創(chuàng)新教育結(jié)合，把實(shí)踐教學(xué)作為創(chuàng)新精神與能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，強(qiáng)化了本科生探索性實(shí)踐教育，從而達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的目的［12-14］。例如應(yīng)用國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)成果，建立了以相似原理為基礎(chǔ)的水模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括國(guó)內(nèi)第一套1∶1水模型及1∶2～1∶5的系列水模型。為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供有效的手段，并達(dá)到拓寬學(xué)生學(xué)術(shù)視野，提高學(xué)生掌握學(xué)術(shù)前沿知識(shí)和科研訓(xùn)練能力和水平的效果。

4 改革實(shí)驗(yàn)課管理方式

將實(shí)驗(yàn)分為必做、選做，滿足學(xué)科發(fā)展和學(xué)生興趣的需要，增強(qiáng)學(xué)生的自主選擇性，尊重個(gè)性。即“以學(xué)生為本”，引導(dǎo)學(xué)生個(gè)性發(fā)展，提高學(xué)生綜合素質(zhì)。在實(shí)踐過程中，根據(jù)教學(xué)計(jì)劃和安排，學(xué)生進(jìn)行分組，通過開放預(yù)約必做、選做實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，指導(dǎo)教師安排各分組進(jìn)行相關(guān)教學(xué)實(shí)驗(yàn)。對(duì)每門實(shí)驗(yàn)課分別設(shè)立學(xué)生簽到制度及主講教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員課堂記錄表，記錄實(shí)驗(yàn)課的名稱、實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師名稱、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、儀器設(shè)備名稱、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備情況、實(shí)驗(yàn)操作過程、學(xué)生的課堂情況等等［15］。

學(xué)生做實(shí)驗(yàn)中，指導(dǎo)教師首先檢查學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告，利用課件和實(shí)驗(yàn)設(shè)備講授實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、方法，?shí)驗(yàn)儀器設(shè)備工作原理、實(shí)驗(yàn)步驟、操作規(guī)程、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等，學(xué)生動(dòng)手完成全部實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)過程中采用互動(dòng)方式，指導(dǎo)教師檢查學(xué)生實(shí)驗(yàn)的正確性，指出問題，并提出相關(guān)問題讓學(xué)生思考［16］。實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)要求撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，近5年來(lái)，通過構(gòu)建新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，冶金工程本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)取得了良好的效果，將整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程的各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)完整統(tǒng)一和相互驗(yàn)證，使本科生對(duì)冶金工程理論與工藝有更進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和理解，又能動(dòng)手實(shí)踐，特別是在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中老師教給學(xué)生更多的是方法，學(xué)生在鉆研中不斷的摸索、完善、創(chuàng)新、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，來(lái)提高自身的科研素質(zhì)。通過全校和全院教師不斷的努力，于2012年10月被評(píng)為國(guó)家級(jí)冶金工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。今后我們將繼續(xù)秉承北京科技大學(xué)“學(xué)風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)、崇尚實(shí)踐”的優(yōu)良傳統(tǒng)，發(fā)揮冶金工程學(xué)科師資、科研和設(shè)備優(yōu)勢(shì)，以培養(yǎng)研究型創(chuàng)新人才為目標(biāo)，積極參加實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究和教學(xué)改革，促進(jìn)教師教育理論、教學(xué)方法和教學(xué)效果的不斷提高，為社會(huì)培養(yǎng)出更多研究型創(chuàng)新人才。

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LIU Sheng-gui，ZOU Juan，WU Di，et al.Exploration on Threedegree open teaching mode of microbiology experiment［J］.Research and Exploration in Laboratory，2011，30(4):111-113.

［16］ 王 波，張 巖，王美玲，等.“模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)”課程的改革［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，32(4):140-143.

WANG Bo，ZHANG Yan，WANG Mei-ling，et al.Reform of the course ofanalog Electronic Experiment［J］. Research and Exploration in Laboratory，2013，32(4):140-143.

Exploration on the Experiment Teaching Mode for Undergraduate Major in Metallurgical Engineering

YU Chun-mei，HAN Li-hui，LIU Yun
(School of Metallurgy and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China)

The experiment teaching for undergraduate major in metallurgical engineering is comprehensive and practical course，.It belongsing to experiment part of“metallurgical engineering experiment technology”Beijing quality Quality curriculumCurriculum.To train student’s researchable and innovative qualities，combining the characteristic of profession construction，the comprehensive and systematic reform for experiment teaching has have been carried out such as establishing new experiment teaching system，optimizing content of experiment teaching，reforming method of teaching and so on.Research and exploration have been developed for improving the student’s innovative capabilities and practice abilities.

researching experiment;experiment teaching;teaching method

G 642.0

A

1006－7167(2014)05－0206－03

2013－06－27

于春梅(1980－)，女，黑龍江蘭西人，碩士，工程師，實(shí)驗(yàn)中心黨支部書記，主要從事冶金工程實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)以及粉體綜合性能、氣體分析領(lǐng)域的研究工作。

Tel.:13718290055;E-mail:yuchunmei@metall.ustb.edu.cn