周雪嬌 陳永利 尹建國 夏文堂 安 娟 楊文強 袁曉麗

（重慶科技學(xué)院冶金與材料工程學(xué)院 重慶 401331）

《輕金屬冶金學(xué)》是我校冶金工程專業(yè)有色金屬冶金方向的一門骨干專業(yè)課程，是一門工程實踐性很強的課程。本課程重點介紹輕金屬冶金的基本概念、原理、主要生產(chǎn)工藝以及應(yīng)用基礎(chǔ)理論分析和解決實際問題的基本方法。學(xué)生除了需要具備良好的基礎(chǔ)理論外，還需具備較好的分析問題、解決問題的能力。

案例教學(xué)是一種在教師的指導(dǎo)下，帶學(xué)生進入“現(xiàn)場”，通過案例討論與分析以提高學(xué)習(xí)效果的教學(xué)方法。它把實際生產(chǎn)、科研中的問題展示給學(xué)生，使他們在課堂上即可接觸到生產(chǎn)及科研中的實際問題，從而有效彌補實踐的不足。而微課則可以根據(jù)《輕金屬冶金學(xué)》的具體知識點精心設(shè)計，強化目標(biāo)輸出。如果基于OBE理念，將案例教學(xué)與微課教學(xué)融合，形成微課化案例教學(xué)，這必將有利于調(diào)動學(xué)生積極性，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，提升課程教學(xué)的質(zhì)量，最終強化學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出。因此，本課題即是基于OBE理念，將微課化案例教學(xué)融入到《輕金屬冶金學(xué)》課程的教學(xué)中，以提高教學(xué)效果，強化學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出。

我校人才培養(yǎng)定位為應(yīng)用型，2018年我校冶金工程專業(yè)通過了專業(yè)教育認證，對課程目標(biāo)及畢業(yè)要求達成度提出了明確的要求。基于OBE理念，發(fā)現(xiàn)由于教材內(nèi)容陳舊、實踐環(huán)節(jié)缺失和教學(xué)方法落后等問題，學(xué)生對輕金屬提取過程理解不深、興趣不濃、掌握不全，影響學(xué)生畢業(yè)后從事輕金屬生產(chǎn)和科研工作的適應(yīng)性與發(fā)展?jié)摿?。將微課化案例教學(xué)引入《輕金屬冶金學(xué)》課程的教學(xué)設(shè)計和實施過程中，對培養(yǎng)應(yīng)用型冶金工程專業(yè)人才具有重大現(xiàn)實意義，可有效改善這些情況，但目前尚存在一些問題需要解決。

1 存在問題

1.1 案例資源缺乏

目前，本課程使用的教材和大部分國內(nèi)外專著中，主要論述的是輕金屬冶金的基本原理、工藝以及設(shè)備等，介紹的工藝技術(shù)參數(shù)相對陳舊，缺乏現(xiàn)代輕金屬冶金先進技術(shù)、工藝和設(shè)備的案例。中南大學(xué)在案例教學(xué)上進行了探索，討論了選擇案例應(yīng)遵循的基本原則，介紹了課堂教學(xué)組織的實施方案等，但具體案例報道很少。相應(yīng)案例的缺乏使《輕金屬冶金學(xué)》案例教學(xué)成為無源之水，制約了案例教學(xué)的有效開展。

1.2 微課資源匱乏

前期工作中，課題組收集了許多老牌冶金強校的一些教學(xué)資源，包括課件PPT、教學(xué)大綱、試題資料等，但能用于《輕金屬冶金學(xué)》課程的微課資源卻較少見到，而將生產(chǎn)現(xiàn)場視頻及圖片與教材中設(shè)備、原理和工藝對應(yīng)講解的微課資源更加稀缺。微課資源的匱乏使微課化案例教學(xué)舉步維艱。

1.3 《輕金屬冶金學(xué)》課程微課化案例教學(xué)體系尚未建立

從世界范圍來看，案例教學(xué)最早興起于經(jīng)濟、管理等領(lǐng)域，并于近年發(fā)展到其它專業(yè)的教學(xué)活動中，而由于工科技術(shù)的復(fù)雜性，案例教學(xué)在冶金工程專業(yè)課程教學(xué)中還較少應(yīng)用。而“微課”概念自2011年在國內(nèi)首次提出后，作為一種新型的教育信息資源形式就以其短小精悍的特點被大家廣泛認可并實踐。將案例教學(xué)融入到微課教學(xué)實例極少，而綜合應(yīng)用于《輕金屬冶金學(xué)》課程，并形成相應(yīng)的教學(xué)體系，更是未見報道。開展《輕金屬冶金學(xué)》課程微課化案例教學(xué)可有效提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，強化課程教學(xué)效果及學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出。

2 微課化案例教學(xué)探索

針對當(dāng)前《輕金屬冶金學(xué)》微課化案例教學(xué)中存在的的問題，本課程采用了以下建設(shè)方法：

2.1 教學(xué)案例庫建設(shè)

本著理論和實踐相結(jié)合的原則，案例的內(nèi)容必須包括所講授的基本理論、工藝與設(shè)備等。案例的選取應(yīng)與時俱進，不應(yīng)以落后的甚至是淘汰的技術(shù)或手段處理生產(chǎn)中的問題作為應(yīng)用案例。在平時生產(chǎn)實習(xí)、科學(xué)研究、仿真實訓(xùn)和媒體、期刊、網(wǎng)絡(luò)等報道中，課題組非常注重典型案例收集、分析與匯總，教學(xué)案例庫素材即來源于此。

2.1.1 企業(yè)實際案例

例如，在某電解鋁企業(yè)實習(xí)時，發(fā)現(xiàn)陽極上有的上部穿孔，有的底部開溝，看起來與眾不同。引導(dǎo)學(xué)生觀察后，學(xué)生都覺得很新奇，就問教師陽極為什么要穿孔、開溝。教師先讓同學(xué)思考后，再通過討論讓學(xué)生談?wù)勛约旱目捶ǎ谟懻撨^程中啟發(fā)學(xué)生從極距構(gòu)成及其對電壓降的影響等方面思考，分析其基本原理及設(shè)計思路等。通過討論學(xué)生了解到穿孔或開溝陽極有利于氣體產(chǎn)物二氧化碳、一氧化碳等排出。當(dāng)然，在與一線工人交流的時候，也發(fā)現(xiàn)了一些需要改進的地方，比如說采用穿孔陽極后，操作更加復(fù)雜、陽極效應(yīng)系數(shù)增加、陽極使用壽命縮短等。而這就需要研究人員進一步完善該技術(shù)，才能更好地推廣應(yīng)用。創(chuàng)新，可以說是一個企業(yè)生存、發(fā)展之道，而不斷的完善則可以讓其走得更遠。

后來，據(jù)此建立了鋁電解節(jié)能案例庫，如：異型陽極、異型陰極以及陰-陽極集成節(jié)能技術(shù)等這些企業(yè)實際應(yīng)用的創(chuàng)新技術(shù)。課堂教學(xué)過程中，引入這些技術(shù)創(chuàng)新的案例，讓同學(xué)們思考其設(shè)計思路、節(jié)能降耗的基本原理、以及優(yōu)缺點，大家都非常感興趣，學(xué)習(xí)產(chǎn)出效果良好。在企業(yè)實習(xí)時，課題組還會收集相關(guān)輕金屬如鋁、鎂的生產(chǎn)現(xiàn)場視頻及圖片，豐富教學(xué)資源庫。此外，課題組也會針對權(quán)威報道引入企業(yè)實際案例，以便提供學(xué)生真實感受，引導(dǎo)其思考，積極討論并參與課堂。

2.1.2 科研課題案例

課題組非常注重科研反哺教學(xué)，在教學(xué)中積極引入科研成果，包括課題組的研究成果，作為典型案例與學(xué)生討論、分析課題的來源、思路以及研究手段等。比如介紹完氧化鋁的生產(chǎn)方法時，引入案例教學(xué)，給出原料成分，讓學(xué)生據(jù)此探討高硫鋁土礦生成氧化鋁的可行方法。在案例分析討論過程中，結(jié)合重慶某氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)實例，可以使案例更加具體而生動。在此案例中，將地區(qū)資源綜合利用與科研有效結(jié)合，強化了同學(xué)們服務(wù)社會的意識，激發(fā)了大家對科研的興趣，也突出了課本知識的應(yīng)用，有效提高了學(xué)生分析問題、解決問題的能力，強化了學(xué)習(xí)產(chǎn)出。

在科研案例中，除了課題組的研究成果，課堂上也非常注重其他高校和研究所的成果引入，積極指導(dǎo)學(xué)生及時了解冶金前沿動態(tài)，如焙燒脫硫技術(shù)、濕法脫硫技術(shù)等，建立了脫硫技術(shù)案例庫。在選取具體的案例時都保持客觀、公正地引導(dǎo)與介紹，以拓展學(xué)生思維，強化學(xué)習(xí)產(chǎn)出效果。

2.1.3 仿真實訓(xùn)案例

學(xué)院擁有國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心，其中有色金屬冶金流程仿真實驗室即擁有輕金屬鋁電解仿真實訓(xùn)系統(tǒng)，可實現(xiàn)認知學(xué)習(xí)、仿真操作、考核評價、實踐創(chuàng)新、設(shè)計教學(xué)、資源庫建立等功能。

電解鋁生產(chǎn)虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)主要由現(xiàn)場監(jiān)控、參數(shù)管理、行車控制以及現(xiàn)場輔助等構(gòu)成，可實現(xiàn)加料、開罩、行車移動、提升母線、新極定位、打殼、測量等的實時動態(tài)展示；電解鋁3D虛擬仿真場景可與控制系統(tǒng)形成實時互動，逼真反映企業(yè)真實生產(chǎn)工藝。通過本系統(tǒng)，可實現(xiàn)電解鋁的正常工藝操作，包括換陽極、抬母線、出鋁等常規(guī)作業(yè)。此外，還可以通過本系統(tǒng)建立鋁電解異常工況處理案例，如冷槽、熱槽、滾鋁等異常工況，可結(jié)合3D實際現(xiàn)場界面給予生動的反饋，并能夠?qū)Σ僮鹘Y(jié)果給出相應(yīng)的評價。這樣，學(xué)生在學(xué)習(xí)到相關(guān)理論知識時，即可以通過實訓(xùn)操作強化知識的應(yīng)用，并且操作趣味性很高、結(jié)果的直觀性也非常好，學(xué)生都樂于接受、易于理解，可明顯強化學(xué)習(xí)產(chǎn)出效果。因此，在《輕金屬冶金學(xué)》授課過程中，可以采用本系統(tǒng)建立鋁電解常規(guī)操作案例庫和異常工況處理案例庫，形象生動、實時操作、實時評價，有助于強化學(xué)習(xí)產(chǎn)出效果。

3 網(wǎng)絡(luò)提煉案例

媒體、期刊、網(wǎng)絡(luò)等資源更新迅速，能及時反應(yīng)行業(yè)變化、技術(shù)革新等，課題組也非常關(guān)注。如前面介紹的脫硫技術(shù)就有一部分來源于此。豐富的網(wǎng)絡(luò)資源可使案例庫更加豐富、飽滿而全面，可有效拓展學(xué)生思維，了解行業(yè)前沿動態(tài)。

這樣，根據(jù)教學(xué)計劃和內(nèi)容，課題組通過企業(yè)、科研、仿真以及網(wǎng)絡(luò)等，收集了大量的相關(guān)案例，建設(shè)了《輕金屬冶金學(xué)》教學(xué)案例庫。

3.1 案例資源微課化

資源收集、匯總、分析后，通過描述和講解將收集的資料、拍攝的照片和視頻，虛擬仿真軟件和教學(xué)內(nèi)容進行對比和聯(lián)系，如拍攝的現(xiàn)場照片、視頻和教材中的設(shè)備和工藝聯(lián)系、收集的先進工藝設(shè)備和教材中的工藝設(shè)備比較等，突出和深化教學(xué)知識要點，并通過相關(guān)軟件制作成微課。須注意得是，案例教學(xué)必須強化學(xué)生的參與度。因此，在微課播放過程中，需注意控制節(jié)奏，讓學(xué)生在掌握基本理論的基礎(chǔ)上，以“問題”引導(dǎo)學(xué)生開放思路，使學(xué)生在討論、分析的過程中獲得知識，然后給出案例解決方案，讓學(xué)生把自己的解決方法與微課中的案例解決方法進行對比分析，最終達到知識遷移、學(xué)以致用的效果。例如，在講授穿孔陽極時，首先用微課向?qū)W生介紹槽電壓組成，導(dǎo)出產(chǎn)物氣體對槽電壓的影響，提出陽極改造問題，繼而讓學(xué)生討論，形成小組意見，然后隨機或指定同學(xué)（如小組長）在課堂上闡述，討論時教師需注意控制節(jié)奏并及時給出評價。若能對知識進行拓展與遷移，效果更佳，如可從穿孔或開溝陽極拓展到不同異型陽極，最后再與微課化案例進行對比并匯總，強化學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出。

3.2 微課化案例教學(xué)體系建設(shè)

梳理現(xiàn)有《輕金屬冶金學(xué)》教學(xué)大綱與教學(xué)授課計劃，針對目前教學(xué)過程中教材內(nèi)容陳舊、實踐環(huán)節(jié)缺失和教學(xué)方法落后的現(xiàn)狀，將來源于企業(yè)實際、科研課題、虛擬實訓(xùn)、網(wǎng)絡(luò)資源的微課化案例融入到日常教學(xué)活動中，補充先進的工藝技術(shù)、理論聯(lián)系實踐、虛擬照進現(xiàn)實，多層次、全方位激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高授課質(zhì)量，強化學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出效果。授課前，應(yīng)對整個課程采用的所有案例進行綜合考慮，注意案例的提煉與編輯組合，使案例貫穿于一條主線，具有一定的系統(tǒng)性、連貫性。如可以根據(jù)氧化鋁生產(chǎn)的溶出、稀釋、晶種分解等生產(chǎn)環(huán)節(jié)設(shè)計案例。

3.3 微課化案例教學(xué)模式的完善

在微課化案例建設(shè)的過程中，逐步優(yōu)化教學(xué)大綱和教學(xué)體系，并逐漸在《輕金屬冶金學(xué)》課程中使用微課化案例教學(xué)。在教學(xué)實踐中，通過當(dāng)堂作業(yè)、第二課堂、階段小測試和考試等了解學(xué)生對所講授知識點的掌握情況、反饋教學(xué)效果，并逐漸優(yōu)化案例、修改微課、完善教學(xué)體系，最終形成獨特的基于OBE理念的微課化案例教學(xué)模式。

通過課程問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，基于OBE理念的微課化案例教學(xué)實施后，學(xué)生對本課程的認可度有一定提高，并且本課程綜合成績平均分也由前面的74.86分提高到了82.87分，學(xué)習(xí)產(chǎn)出效果提高顯著。

4 結(jié)語

案例教學(xué)可有效調(diào)動學(xué)生參與課堂，微課化后可強化內(nèi)容的形散而神不散，而OBE理念則能讓課程目標(biāo)更為具體而突出，使微課化案例教學(xué)具有正確的、可靠的“技術(shù)藍圖”，可有效增強學(xué)習(xí)的靈活性及目標(biāo)性，并可延伸現(xiàn)行教學(xué)內(nèi)容的前沿性與先進性，開闊學(xué)生視野，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)質(zhì)量，強化學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出效果。