冶金工程专业课程教学能力培养浅析

摘要：为了适应冶金工业快速发展和转型升级，满足行业对高等工程技术人才的需求，基于冶金工程专业主干课钢铁冶金学Ⅱ开展了注重工程能力培养的教学模式探索：强调学生对基本原理和专业知识的系统掌握，注重教师对课程基本知识的讲授；采用工程师进课堂、案例教学等，注重理论密切结合实践的教学；借鉴具有工程性特点的教学方法。

关键词：课堂教学；工程能力；理论结合实践；教学模式

2017年6月，教育部办公厅了《关于推荐新工科研究与实践项目的通知》，提出加快工程教育改革创新，培养造就一大批多样化、创新型卓越工程科技人才，支撑产业转型升级，鼓励深化产教融合、校企合作的人才培养模式[1-2]。近年来，中国冶金工业快速发展，生产的洁净化、智能化、绿色化水平大大提高，冶金行业急需能够积极应对产业转型升级的高等工程技术人才。目前，本科生在钢铁冶金学Ⅱ课程学习中存在着如下问题：对所学基本原理、基本知识掌握不扎实、不系统；对所学理论知识在实际生产中的应用理解不深，对冶金生产和研究所需技能不甚清晰等。钢铁冶金学Ⅱ作为冶金学科的专业主干课，主要讲授炼钢的基本原理、主要化学反应，以及生产各工序的主要设备和工艺，依托该课程探索培养本科生工程能力的教学模式具有重要意义。

一、工程能力培养教学模式分析

工科学生不仅要掌握扎实的理论知识，构建基础理论体系，更重要的是具备将理论知识应用于具体工程的实践能力[3]。因此，在该课程的教学中，应做到以下几点。一是强调对炼钢学基本知识的学习和掌握。教学中注重炼钢基本原理、基本反应、工序主要工艺与设备等基本知识的讲授。只有通过教师的系统讲授，学生才能构建系统的理论知识体系，掌握工程能力必备的基本知识[4]。因此，发挥学生的主体能动性，提高课程参与度。不能对全部课程内容实施“翻转课堂”，对学生必须掌握的基础知识部分要采用教师讲授为主的教学模式。二是注重理论结合实践的教学。钢铁冶金学Ⅱ是关于炼钢基本理论与工序工艺的专业课程，工序包括铁水预处理、转炉炼钢、炉外精炼、连续铸钢等，该部分内容既是主要工艺和设备的基本知识，也是炼钢基本原理在工序中的应用，课程本身内容是理论应用于实际生产。授课时把握好该特点，在工艺部分讲授时注重理论与实践的结合。此外，随着国内冶金技术的快速发展和高校科研工作的开展，炼钢基本理论和原理在分析和解决冶金生产问题的过程中发挥了很好的指导作用，相关生产案例和科研案例可以纳入教学，以培养学生工程能力[5]。三是采用有效的教学方式和方法。在注重基本知识讲授和理论结合实践教学的基础上，选用合适、有效的教学方式和方法对培养学生工程能力很重要。选取理论知识的载体，有效开展理论结合实践的教学对于理论知识应用于具体工程的能力培养是非常重要的[6]。

二、教学中注重工程能力培养

针对上述关于工程能力培养的教学模式分析，在钢铁冶金学Ⅱ教学过程中，开展了“注重基本知识讲授”、“理论结合实践的教学”、及教学方式和方法探索与实践。

（一）注重基本知识讲授

理论知识应用于具体工程的能力前提是有扎实的基本知识，为此，强调对炼钢基本工艺原理和专业知识的讲授，重视学生对于炼钢过程基本反应规律的掌握和工程能力培养。根据钢铁冶金学Ⅱ教学大纲，将授课内容进一步系统化，分为三部分：炼钢基础篇、炼钢工艺篇及案例分析总结篇。炼钢基础篇主要介绍炼钢的主要任务和脱碳、脱磷、脱硫等基本原理；炼钢工艺篇主要介绍炼钢流程中铁水预处理、转炉炼钢、炉外精炼、连续铸钢等各工序工艺原理、主要设备和工艺过程；案例分析总结篇在前面两部分授课内容基础上，基于生产案例或科研案例，综合运用炼钢学原理和工艺知识，分析并解决生产技术问题。教学中强调对炼钢基本反应、基本现象和基本规律的学习，对炼钢主要反应和基本原理等安排较多学时重点讲授。例如，钢铁冶金学Ⅱ课堂教学共48个学时，安排12个学时对炼钢基本反应授课；在铁水预处理、转炉炼钢、电弧炉炼钢、炉外精炼、连铸等章节中，也加强了对各种生产工艺方法基本原理的介绍[7]。讲授炼钢基础篇和炼钢工艺篇，学生能够学习和掌握较为系统扎实的关于炼钢反应、基本原理的理论知识，以及工序主要设备、工艺方法的专业知识，具备了工程实践的基本知识。

（二）理论结合实践

与大多数专业课相同，钢铁冶金学Ⅱ课程教学既有基本工艺原理，还包括许多与工艺、设备、操作相关内容，学生对专业课学习兴趣不高，对一些重要工艺、设备等也感觉较难记忆和理解。为了解决这一问题，培养理论分析和解决实际问题能力，采取了理论结合实践的教学方法[8]。该课程主要内容之一是炼钢工序工艺，既是工序主要设备和工艺的基本知识，也是炼钢学原理在冶金生产中的应用。讲授该部分内容时注重前面所授基本原理在工艺中的运用，如铁水预处理中的脱硫预处理是最早发展的铁水预处理方式，结合前面讲授的脱硫原理，分析铁水预处理具有“低氧势”“铁液中硫的活度系数高”等有利于脱硫的热力学条件。冶金生产转炉冶炼中原有的脱硫任务放在更具热力学优势的铁水预处理阶段，不但显著提高了脱硫效率，而且在工序上分解了转炉炼钢的任务，缩短了转炉冶炼周期，优化了炼钢流程。除了讲授炼钢工艺篇时注重基本原理与工艺技术的结合，也强调与钢铁工业重要科研密切结合的教学模式，即案例教学。科研和教学是相互补充的，如果没有科研提供新的思想和内容，教学水平难以提高[9]。案例教学素材来自生产过程中的实际问题，学生通过独立思考与分析，运用所学基础理论，给出案例问题的解决方案。在此过程中，学生不仅对基础理论进一步加深理解，而且培养了运用理论体系分析与解决问题的能力，实现了理论与实践的结合[10]。基于课程大纲和知识点，结合近年来钢铁冶金领域的重要科技进展，通过一些重要科研案例，如通过汽车用的优质钢板生产，加深学生对炼钢过程中脱碳反应、真空精炼设备的工艺方法和基本原理等的认识；结合齿轮、弹簧等高品质特殊钢生产，使学生对钢液脱氧反应、非金属夹杂物控制、炉外精炼工艺过程等有更深刻的认识。此外，科研案例还丰富了课程内容、弥补了教材的滞后性，对激发学生学习本专业的热情、培养创新能力具有重要的意义[11]。除了理论结合实践的教学，还探索了“工程师进课堂”教学模式，即高校教师和来自冶金企业的工程师联合授课。随着冶金工业的发展和越来越多的高学历人才走进冶金企业，生产技术人员的理论水平和研究水平有了很大提高，且具有丰富的生产经验。引入工程师讲授该课程中的部分专业内容，有助于培养学生工程能力。课程全部内容由主讲教师根据教学大纲统筹安排；高校教师主讲基本原理、基本工艺等大纲要求的主要知识内容；对于重要的知识点或模块，选取1～2个，由工程师结合实际生产进行讲授。授课主体发挥各自特长，高校教师从冶金原理的视角、工程师从生产应用视角对该课程进行讲授。例如，转炉炼钢是该课程主要内容之一，在主讲教师讲授基本知识的基础上，邀请冶金企业炼钢部技术人员从转炉生产角度介绍了转炉炼钢设备、工艺过程、炼钢技术进步及绿色化生产等内容。学生听课兴趣很高，在学习转炉炼钢知识的同时，也了解了当前先进冶金企业生产现状、技术水平及需求，取得了很好的教学效果。

（三）体现“工程性”特点的教学方式和方法

为了培养工程能力，注重基本知识讲授和理论结合实践教学，提高课程学习兴趣，发挥学生主观能动性。为此，实践了一些教学方式、方法，以提高教学效果[6]。为了体现课程工程性特点，拉近学生与实际炼钢生产的距离，授课过程中用到的绝大多数图片和录像来自于实际冶金生产和科研结果。随着冶金工业发展和技术进步，对于新动态和发展方向开展专题研讨，即就某一专题设置报告题目，学生通过查阅文献，以5minPPT的形式对全班同学演讲。例如，针对冶金生产的智能化发展，设置了“冶金生产与人工智能”专题；针对目前国内废钢蓄积量的显著增加，设置了“废钢的发展及利用”专题。专题结合了冶金技术发展和当前的新兴技术，符合学生的兴趣爱好，显著提高了学习热情。同时，在查阅文献、综述并报告的过程中培养了主动探索解决问题的创新能力和工程能力。

三、结语

为了适应冶金工业快速发展，满足冶金行业对高等工程技术人才的需求，基于冶金工程专业主干课钢铁冶金学Ⅱ开展了注重工程能力培养的教学模式探索与实践，主要包括注重炼钢学原理和专业知识等基本知识的讲授，工程师进课堂、案例教学等，取得了良好的教学效果。

作者:于会香 单位:北京科技大学冶金与生态工程学院