彭志偉

融合基礎(chǔ)課程與實踐教學(xué)，提升學(xué)生工程創(chuàng)新能力——以中南大學(xué)礦物加工工程專業(yè)(團礦方向)為例

彭志偉

(中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院，湖南長沙，410083)

文章以中南大學(xué)礦物加工工程專業(yè)(團礦方向)為例，提出將基礎(chǔ)課程鋼鐵冶金原理、煉鐵學(xué)和工程實踐相融合，采用“基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)——認識實習(xí)——理論應(yīng)用——生產(chǎn)實習(xí)”四步法將基礎(chǔ)課程知識與實踐緊密結(jié)合，經(jīng)過三部曲“書本基本理論聯(lián)系現(xiàn)場、現(xiàn)場實踐融通課堂認知、生產(chǎn)實習(xí)重實踐”，使學(xué)生牢固掌握枯燥晦澀的鋼鐵冶金知識點，并將理論應(yīng)用于實踐中，實現(xiàn)基礎(chǔ)課程與實踐的深度融合，進而提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)效率，促進創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，有效提升工科類學(xué)生的工程實踐能力，為工科院校人才培養(yǎng)提供依據(jù)。

基礎(chǔ)課程；實習(xí)；深度融合；工程能力

一、前言

為順應(yīng)全球制造業(yè)發(fā)展趨勢與我國經(jīng)濟發(fā)展的要求，《中國制造2025》提出制造業(yè)強國發(fā)展戰(zhàn)略[1]，這是我國第一次從國家戰(zhàn)略層面描繪建設(shè)制造強國的宏偉藍圖，并把人才作為實現(xiàn)制造業(yè)強國的根本[2-3]。2018年10月19~21日，第三屆中國高等工程教育峰會在四川成都成功舉辦，會議上，四川省教育廳副廳長姜亞軍認為，教育部正加快建設(shè)高起點本科教育，全面提升人才培養(yǎng)能力，以人工智能、大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實、生物技術(shù)為核心的全新的第四次工業(yè)革命已經(jīng)拉開序幕，諸多重大創(chuàng)新和變革正處于臨界期。在新工業(yè)革命的背景下，工程領(lǐng)域傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式需要調(diào)整，以適應(yīng)新時代對人才的要求。同時，會議也為工科類專業(yè)完善工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系、促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級提出了新的挑戰(zhàn)。

2016年的統(tǒng)計數(shù)字表明，我國已經(jīng)擁有世界上最大規(guī)模的工程教育，工科本科在校生有538萬名，畢業(yè)生有123萬人，專業(yè)布點有17037個，工科在校生占到了高等教育在校生總數(shù)的三分之一，我國每年工科本科畢業(yè)生大約占世界總數(shù)的1/3以上。中國工程院教育委員會一局教育處調(diào)研員范桂梅指出，我國仍處于工業(yè)化進程中，工程能力與發(fā)達國家相比還有一定差距?！案母锇l(fā)展教育先行”，中國的工程教育必須抓住新產(chǎn)業(yè)發(fā)展和新技術(shù)創(chuàng)新的機遇，兼顧工程領(lǐng)域近期與遠期的發(fā)展 需求[4-5]。

中南大學(xué)礦物加工工程專業(yè)(團礦方向)起源于1956年成立的國內(nèi)第一個專門從事鐵礦石造塊的團礦專業(yè)。在燒結(jié)球團、直接還原及復(fù)雜鐵礦綜合利用方面的科學(xué)研究處于國際領(lǐng)先水平，為鋼鐵工業(yè)技術(shù)進步和人才培養(yǎng)做出了重要貢獻[6-7]。面向鋼鐵冶金與礦產(chǎn)資源綜合利用等領(lǐng)域，培養(yǎng)學(xué)生的能力要求之一是學(xué)生應(yīng)擁有解決實際工程問題的能力、較強的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力。在教學(xué)過程中，一般重視課程的理論授課，也會重視實踐教學(xué)，在國內(nèi)外取得了很好的教學(xué)效果[6]。但是，將理論教學(xué)和實踐教學(xué)深度融合具有較大難度。作者承擔了鋼鐵冶金原理、煉鐵學(xué)、工程實踐等課程教學(xué)，與其他老師在理論教學(xué)與實踐教學(xué)過程中相學(xué)相長，采用了以下“四步法”的教學(xué)探索，通過3年實踐，受到了學(xué)生的一致好評。

二、基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)：掌握專業(yè)課程理論，奠定堅實的專業(yè)知識基礎(chǔ)

礦物加工工程專業(yè)(團礦方向)的學(xué)生，除了需學(xué)習(xí)大學(xué)數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、工科大學(xué)化學(xué)、工程制圖、流體力學(xué)、工程力學(xué)等工科基礎(chǔ)課外，在第四學(xué)期，還將學(xué)習(xí)鋼鐵冶金原理課程。該課程為礦物加工工程專業(yè)(團礦方向)及冶金工程專業(yè)本科生的學(xué)科基礎(chǔ)課，主要講述鋼鐵冶金過程的反應(yīng)熱力學(xué)及動力學(xué)、金屬熔體、冶金爐渣、化合物的分解?生成反應(yīng)等基礎(chǔ)原理及其在鋼鐵冶金實際生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，包含冶金反應(yīng)熱力學(xué)、動力學(xué)的基礎(chǔ)理論及冶金熔體和爐渣的結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)特性及物理化學(xué)性質(zhì)。課程除要求學(xué)生掌握以上基本理論外，還要學(xué)會運用上述理論對鋼鐵冶金過程發(fā)生的諸如化合物形成?分解及碳、氫燃燒、還原熔煉、氧化熔煉、鋼液的二次精煉等反應(yīng)的現(xiàn)象及過程規(guī)律進行分析。通過掌握鋼鐵冶金過程的物理化學(xué)基礎(chǔ)理論和工藝技術(shù)分析方法，提升專業(yè)能力，為礦物加工工程專業(yè)(團礦方向)學(xué)生進一步學(xué)習(xí)燒結(jié)球團學(xué)、煉鐵學(xué)、煉鋼學(xué)等專業(yè)課程以及未來從事本領(lǐng)域的科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐奠定理論基礎(chǔ)。

三、認識實習(xí)：深化專業(yè)認知，融合理論教學(xué)與現(xiàn)場實踐

認識實習(xí)也稱認知實習(xí)，主要幫助學(xué)生鞏固所學(xué)的書本知識。工科類學(xué)生一般需要到與本專業(yè)相關(guān)的工作崗位或者工作環(huán)境去參觀了解今后將要工作(實習(xí))的環(huán)境，增加對將要從事的職業(yè)的初級認識，一般要了解工作崗位的一般要求、工作環(huán)境的基本條件、目前在本專業(yè)崗位工作的人們對職業(yè)崗位的認識和理解以及企業(yè)或公司對員工的基本要求。讓學(xué)生對本專業(yè)形成初步的認識，這樣才能有針對性地繼續(xù)學(xué)習(xí)。

第四學(xué)期結(jié)束時，本專業(yè)學(xué)生在指導(dǎo)教師的帶領(lǐng)下到鋼鐵企業(yè)完成為期兩周的工程實踐I課程(認識實習(xí))。學(xué)生主要了解國家鋼鐵冶金工業(yè)的發(fā)展歷史和鋼鐵企業(yè)的發(fā)展歷程及規(guī)劃；了解鋼鐵冶金生產(chǎn)工業(yè)原料來源、組成與性能及冶金產(chǎn)品的名稱、成分、物料性質(zhì)、外觀形態(tài)及其應(yīng)用；了解工藝流程中主體設(shè)備作用和結(jié)構(gòu)、規(guī)格、性能；了解鋼鐵冶金工廠產(chǎn)房設(shè)置的基本要求和企業(yè)生產(chǎn)的安全與環(huán)保要求；了解冶金生產(chǎn)的輔助工藝和設(shè)備，如物料輸送設(shè)備、化工設(shè)備、電器、動力設(shè)施等的規(guī)格、工作條件與性能。通過該課程，加深學(xué)生對冶金過程關(guān)鍵環(huán)節(jié)的理解[8]，并使其重點掌握實習(xí)企業(yè)鋼鐵冶金工藝流程及技術(shù)調(diào)控參數(shù)，進而分析工藝流程的制定及參數(shù)調(diào)控的依據(jù)，深刻理解冶金反應(yīng)熱力學(xué)、動力學(xué)的基礎(chǔ)理論及冶金熔體和爐渣的結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)特性及物理化學(xué)性質(zhì)對工藝流程及技術(shù)調(diào)控的重要性，進一步加深對鋼鐵冶金過程中的還原熔煉、氧化熔煉、鋼液的二次精煉等環(huán)節(jié)的認知。將理論與認識實習(xí)結(jié)合起來，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與愛國情懷，使其學(xué)會將理論知識與實際生產(chǎn)結(jié)合，從工程的角度去提出問題、分析問題和解決 問題。

四、理論應(yīng)用：加強知識融通，提升學(xué)生對理論知識的掌握水平

認識實習(xí)后的第五學(xué)期，學(xué)生將學(xué)習(xí)燒結(jié)球團學(xué)、煉鐵學(xué)、煉鋼學(xué)等課程。其中煉鐵學(xué)課程內(nèi)容包括高爐煉鐵的基本物理化學(xué)原理、傳輸理論、能量利用、工藝過程與強化方法、數(shù)學(xué)模型及非高爐煉鐵的原理與工藝等，主要講述煉鐵過程的基本理論、工藝過程及煉鐵技術(shù)的最新發(fā)展。結(jié)合認識實習(xí)，教師引導(dǎo)學(xué)生深化對鋼鐵冶金原理課程中鋼鐵冶金過程的反應(yīng)熱力學(xué)及動力學(xué)、金屬熔體、冶金爐渣、化合物的分解-生成反應(yīng)等基礎(chǔ)原理及其在實際生產(chǎn)過程中的應(yīng)用的理解。同時，進一步激發(fā)學(xué)生聯(lián)系認識實習(xí)在現(xiàn)場了解到的煉鐵過程、煉鐵設(shè)備、安全、管理及煉鐵參數(shù)的要求等方面知識，融通實踐認識與書本理論，強化教學(xué)效果。此外，教師將第四學(xué)期學(xué)習(xí)的鋼鐵冶金原理課程內(nèi)容與現(xiàn)場技術(shù)緊密聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與對專業(yè)的熱愛，加強對鋼鐵冶金原理課程知識的融通，使學(xué)生正確理解煉鐵過程的基本原理以及高爐冶煉工藝過程及其強化措施，進而了解高爐冶煉過程數(shù)學(xué)模型、自動控制技術(shù)、非高爐煉鐵的原理與工藝及煉鐵技術(shù)的最新發(fā)展。結(jié)合認識實習(xí)與物理化學(xué)、傳輸理論、能量利用等相關(guān)基礎(chǔ)知識在燒結(jié)球團學(xué)、煉鐵學(xué)、煉鋼學(xué)中的應(yīng)用，使學(xué)生形成應(yīng)用煉鐵過程的基本原理分析及解決煉鐵工藝過程中各類實際問題的能力。

五、生產(chǎn)實習(xí)：深度融合理論與實踐，提高學(xué)生具備解決復(fù)雜工程問題的能力

生產(chǎn)實習(xí)是高校學(xué)生在生產(chǎn)現(xiàn)場以工人、技術(shù)員、管理員等身份，直接參與生產(chǎn)過程，使專業(yè)知識與生產(chǎn)實踐相結(jié)合的教學(xué)形式。在工科類學(xué)生的教學(xué)計劃中，一般安排2~4周的生產(chǎn)現(xiàn)場實習(xí)。

本專業(yè)學(xué)生經(jīng)過第六學(xué)期對鋼鐵冶金環(huán)境工程、鋼鐵冶金設(shè)備、鋼鐵冶金過程控制等課程的學(xué)習(xí)，將在鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)利用4周時間完成工程實踐II課程(生產(chǎn)實習(xí))。實習(xí)過程中，基于學(xué)生學(xué)習(xí)過的鋼鐵冶金原理、煉鐵學(xué)、煉鋼學(xué)等課程的理論知識，教師結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)情況，反復(fù)講解相關(guān)技術(shù)要點，并與學(xué)生分析討論，引導(dǎo)學(xué)生拿著課本去現(xiàn)場尋找問題、發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。通過生產(chǎn)實習(xí)，學(xué)生將書本中鋼鐵冶金的基本理論應(yīng)用到現(xiàn)場冶煉的過程分析，掌握高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐煉鋼等工藝過程控制因素及其強化措施。了解煉鐵、煉鋼工藝的發(fā)展史，技術(shù)進步的理論依據(jù)及實踐操作，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，以培養(yǎng)創(chuàng)新能力。通過生產(chǎn)實習(xí)，深度融合理論知識與工業(yè)實踐，綜合應(yīng)用所學(xué)知識分析、解決生產(chǎn)實際問題，培養(yǎng)學(xué)生具備解決鋼鐵冶金各工藝過程基本工程問題的能力，為學(xué)生進一步學(xué)習(xí)或者工作奠定工程基礎(chǔ)。

通過以上“基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)——認識實習(xí)——理論應(yīng)用——生產(chǎn)實習(xí)”四步法將基礎(chǔ)課程知識與實踐緊密結(jié)合，進行“書本基本理論聯(lián)系現(xiàn)場、現(xiàn)場實踐融通課堂認知、生產(chǎn)實習(xí)重實踐”的“三部曲”實踐，提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力、進行創(chuàng)新性科學(xué)研究及工程實踐的能力，為將來從事本領(lǐng)域的科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐奠定基礎(chǔ)。

六、結(jié)語

以中南大學(xué)礦物加工工程專業(yè)(團礦方向)為例，將基礎(chǔ)課程鋼鐵冶金原理、煉鐵學(xué)和工程實踐深度融合，通過基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)奠定理論基礎(chǔ)，通過認識實習(xí)深化對理論知識的認知，經(jīng)過專業(yè)課程的學(xué)習(xí)在課堂上強化理論知識的應(yīng)用，加強知識內(nèi)容的融通，在生產(chǎn)實習(xí)過程中，通過多交流、多溝通、多分析，深度融合理論知識與工業(yè)實踐。經(jīng)過以上四個步驟，將基礎(chǔ)課程知識與生產(chǎn)實踐緊密結(jié)合，通過三部曲“書本基本理論聯(lián)系現(xiàn)場、現(xiàn)場實踐融通課堂認知、生產(chǎn)實習(xí)重實踐”，使學(xué)生牢固掌握枯燥晦澀的鋼鐵冶金知識點，將理論應(yīng)用到實踐中。深度融合基礎(chǔ)課程與實踐，能有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)效率，促進學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，提升工科類學(xué)生的工程實踐能力。

[1] 陳鵬,薛寒.“中國制造2025”與職業(yè)教育人才培養(yǎng)的新使命[J].西南大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),2018,44(1): 77-83,190.

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2018-12-11；

2019-05-28

教育部“新工科”研究與實踐項目“面向新經(jīng)濟的礦冶類專業(yè)改造升級探索與實踐”(教高廳函〔2018〕17號)；中國高等教育學(xué)會教改項目“高校理論教學(xué)與實踐教學(xué)深度融合提高學(xué)生工程能力的研究與實踐”(16ZD001)

彭志偉(1983—)，男，湖南長沙人，博士，中南大學(xué)副教授，主要研究方向：微波冶金與資源綜合利用，聯(lián)系郵箱：zwpeng@csu.edu.cn

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1674-893X(2019)03?0146?03

[編輯：何彩章]