計算機技術在冶金工程專業課程教學中的應用淺探

張紅亮

（中南大學 冶金科學與工程學院，湖南 長沙 410083）

冶金工程專業是培養具備有冶金工程領域科學研究與開發應用、工程設計與實施、技術攻關與改造、新技術推廣與應用、工程規劃與冶金企業管理等技能的高層次專業人才[1]。專業課程的學習為所有的課程教學中最重要環節之一，要求學生對整個冶金過程的的流程、反應、原理等進行掌握，是學生日后從事冶金工程領域相關工作的重要基礎。

一直以來，由于冶金工程一般存在流程長，反應復雜，反應器龐大，反應大多為高溫高壓高腐蝕的惡劣環境，學生很難對整個流程及內部的情況有透徹的了解，而在教學中常以流程框圖的方式進行教學，往往導致學生對學習的內容缺乏興趣，對重點缺乏掌握，學習積極型降低，影響了專業課程的教學質量。

在新的形勢下，為了不斷提高冶金工程專業課程的教學質量，從計算機的角度出發，在課程的講述模式、課件的制作、冶金流程的3D虛擬現實體驗等方面進行了探索研究。

1.課程的講述模式

傳統冶金工程專業課程的講述以教師口頭講述結合黑板板書為主，盡管教師的經驗豐富，專業知識也很扎實，但要將所有的內容直觀的表述出來是比較困難且費時費力的。而且現代冶金生產由于生產規模龐大、設備大型化、現代化程度高等特性，因此教師的授課模式需要進行革新，這是保證冶金工程專業課程教學質量的基礎之一。

為此，結合當前教學實際及目前計算機軟硬件水平的發展，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、企業工程師網絡遠程視頻操作演示及小組專題討論等授課方式。

1 ）課堂講述

教師為整個課堂的主導者，對于冶金工程專業的教師來說，需要有寬廣的知識面和扎實的專業理論基礎，在講述過程中，不但要結合書本，更要結合實際，例如將傳統冶金和最新研究成果進行穿插講解，如此不但可以調動學生的求知欲，更可以激發學生的學習熱情，對于專業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流程講述清晰，并且整個課程的趣味性與學術性大幅度增加。

3 ）企業工程師網絡遠程視頻操作演示

由于當前冶金工程專業畢業生最大的短板為其實際工程經驗，盡管可以通過認識實習和生產實習彌補，但由于這些實習時間短，學生需要掌握的內容太多，無法對每一實際流程進行仔細學習，更多的是流連于表面，此外，現場不確定因素過多，容易造成安全事故。當前，由于網絡技術的發展，廉價的網絡視頻通話無論是在視頻畫質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議模式或者遠程視頻對話的模式，讓學生不但可以在教室里觀察現場實際的操作與工藝流程，還可以與現場企業工程師進行交流。整個過程可如下圖1所示，該方法相對實習的優點在于學生無需深入現場，從而可避免諸多隱患，且整個系統無需花費過多的經費。

4 ）小組專題討論

當前冶金工程專業課的授課模式更多的是一種填鴨式的教學方法，學生都屬于一種被動的接收者，如此往往導致學生上課積極性不高，學習興趣和效率降低。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引導，分配主題，學生通過自由組合，共同討論完成任務，并進行相應的講述和成果展示。這種授課方式，可以讓學生更多的參與課堂教學，還可以鍛煉學生的團隊協作、領導及各種個人能力。

2.課件的制作

當前，由于計算機軟硬件的發展，大多數冶金工程的專業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課程的課件來說，需要注意一下幾個方面：文字表述；圖片格式；流程動畫等。

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容整段整篇的拷貝到課件中，而是應該對書本內容進行提煉，再以標題的形式給出。如此，則教師在講課過程中不但能把握大綱，還能調動學生的積極性。

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

3 ）流程動畫：經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，但如果以動畫的形式展示，那整個課程內容將更加生動，學生的興趣必定大幅度提高。

3.冶金流程的3D虛擬現實

3 D虛擬現實（VR-virtual reality）,也稱虛擬實境，是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機系統。它利用計算機技術生成一個逼真的、具有視覺、聽覺、觸覺等多感知的三維虛擬環境，通過使用各種交互設備，同虛擬環境進行互動，身臨其境地與之進行交互仿真和信息交流。它是一種全新的數字化人機接口技術，也是數字媒體技術的高級階段。與傳統的模擬技術相比，其主要特征是：操作者能夠真正進入一個由計算機生成的交互式三維虛擬環境中，與之互動和交流。通過參與者與虛擬環境的相互作用，并借助人本身對所接觸事物的感知和認知能力，幫助啟發參與者的思維和認識能力，以全方位地獲取虛擬環境所蘊涵的各種空間信息和邏輯信息。沉浸感和實時交互性是虛擬現實的實質性特征，對時空環境的現實構想（即啟發思維，獲取信息的過程）是虛擬現實的最終目的。對于冶金過程專業課程來說，虛擬現實系統可以讓學生對整個冶金流程或者冶金反應器內的反應、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虛擬現實系統的架構，通過離線的設計、開發和數據采集可以讓該系統更加完善。

4.結束語：冶金專業課程的教學是冶金工程專業學生教育的基礎環節之一，針對冶金工程專業課程教學中存在的一些問題，從計算機的角度出發，在課程的講述模式、課件的制作、冶金流程的3D演示等方面進行了探索研究，初步形成一套較為先進的教學模式，最大程度的利用計算機技術將實際的冶金過程真實的呈現在學生眼前，為學生畢業后獨立從是冶金專業工作打下堅實基礎。

圖2

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