虛擬交互學(xué)習(xí)在鋼鐵冶金教學(xué)中的應(yīng)用

宋卓斐，李運(yùn)剛，李俊國(guó)

（河北聯(lián)合大學(xué) 河北省現(xiàn)代冶金技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 唐山 063009）

虛擬交互學(xué)習(xí)在鋼鐵冶金教學(xué)中的應(yīng)用

宋卓斐，李運(yùn)剛，李俊國(guó)

（河北聯(lián)合大學(xué) 河北省現(xiàn)代冶金技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 唐山 063009）

冶金過程是一個(gè)復(fù)雜且危險(xiǎn)源較多的工業(yè)過程。學(xué)生在實(shí)習(xí)過程中無法親自操作設(shè)備，也難以把握整個(gè)流程。虛擬交互學(xué)習(xí)系統(tǒng)集成了煉鐵、煉鋼、連鑄、軋制等冶金生產(chǎn)環(huán)節(jié)。通過學(xué)生不同的角色扮演，可以深刻理解并掌握生產(chǎn)工藝。對(duì)專業(yè)課的學(xué)習(xí)也起到了促進(jìn)作用。

教學(xué)；虛擬；交互學(xué)習(xí)

一、建設(shè)背景

鋼鐵廠是學(xué)生實(shí)習(xí)的重要場(chǎng)所，但廠內(nèi)冶金工藝流程長(zhǎng)，工段多，并且各個(gè)工段均存在多種類危險(xiǎn)因素，主要是高溫燙傷、粉塵污染、爆炸等。特別強(qiáng)調(diào)的是，有些危險(xiǎn)一旦發(fā)生，常常是連鎖反應(yīng)，后果很嚴(yán)重。比如在轉(zhuǎn)爐車間內(nèi)，自爐下渣鋼處理設(shè)備至車間頂部高位料倉(cāng)，多達(dá)十幾層操作平臺(tái)，每層平臺(tái)均存在高溫、粉塵、噪音等危險(xiǎn)因素，尤其是上部平臺(tái)，存在煤氣中毒的危險(xiǎn)，因此一般不允許學(xué)生進(jìn)入這些位置參觀實(shí)習(xí)。雖然可以為學(xué)生配備勞保服鞋帽、防塵防噪器，甚至CO報(bào)警儀等，使學(xué)生可以到各工段參觀實(shí)習(xí)，但成本較高，仍有許多潛在危險(xiǎn)。近年來，冶金工程專業(yè)學(xué)生人數(shù)不斷增加、實(shí)習(xí)壓力增大；而另一方面，企業(yè)基于安全、保密、管理等各方面的考慮，接待實(shí)習(xí)政策發(fā)生轉(zhuǎn)變，給實(shí)習(xí)深入現(xiàn)場(chǎng)的傳統(tǒng)實(shí)習(xí)方式的實(shí)施帶來了困難。學(xué)生在高危場(chǎng)所開展實(shí)習(xí)，安全隱患較大。但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)可使學(xué)生身臨其境，有大工業(yè)生產(chǎn)的真實(shí)感受，是不能取消的，因此迫切需要一種虛擬仿真交互實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，為學(xué)生提供一種安全而又能身臨其境的實(shí)習(xí)之地。

二、基本構(gòu)架

硬件方面，建立大型服務(wù)器，用來存儲(chǔ)虛擬交互軟件程序和基本交互式操作數(shù)據(jù)，配置網(wǎng)絡(luò)電腦群，供學(xué)生一人一機(jī)學(xué)習(xí)使用。軟件方面，開發(fā)了冶金工程虛擬交互學(xué)習(xí)軟件，如圖所示，包括鐵礦粉造塊、高爐煉鐵、轉(zhuǎn)爐煉鋼、鋼水精煉、連續(xù)鑄鋼等模塊，可實(shí)現(xiàn)鋼鐵流程全方位虛擬交互學(xué)習(xí)。其模式包含自主巡游、闖關(guān)學(xué)習(xí)考核、危險(xiǎn)場(chǎng)景再現(xiàn)等功能，如圖所示。

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

將冶金虛擬交互學(xué)習(xí)軟件運(yùn)用在此平臺(tái)上并進(jìn)一步完善，配置學(xué)習(xí)和使用賬號(hào)，設(shè)計(jì)指導(dǎo)手冊(cè)，制定教學(xué)規(guī)劃。

三、主要功能

冶金工程虛擬交互學(xué)習(xí)平臺(tái)具有3D場(chǎng)景再現(xiàn)的功能，學(xué)生可以自主進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)，扮演工程師角色。平臺(tái)內(nèi)包括燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、精煉、連鑄等各個(gè)工序的巨大場(chǎng)景，學(xué)生可參觀鋼鐵廠每一個(gè)角落，寓教于樂。虛擬交互學(xué)習(xí)平臺(tái)內(nèi)設(shè)有安全實(shí)訓(xùn)教學(xué)，當(dāng)學(xué)生參觀、操作錯(cuò)誤，模擬產(chǎn)生爆炸、燙傷、中毒等各種危險(xiǎn)情景，并要求學(xué)生迅速處理后果。虛擬平臺(tái)系統(tǒng)通過量化評(píng)分，對(duì)學(xué)生的使用進(jìn)行評(píng)價(jià)，產(chǎn)生激勵(lì)作用。冶金工程虛擬交互學(xué)習(xí)平臺(tái)給學(xué)生提供了豐富多彩的實(shí)訓(xùn)場(chǎng)景和強(qiáng)大的學(xué)習(xí)功能。采用開放自主型實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式，學(xué)生冶金工程虛擬交互學(xué)習(xí)平臺(tái)上，利用計(jì)算機(jī)，角色扮演鋼鐵廠工程師，自由游覽鋼鐵流程各工序，認(rèn)識(shí)和操作各種設(shè)備，學(xué)習(xí)和掌握各種工藝，自主掌握和運(yùn)用大腦中已有的冶金技能和知識(shí)。

四、教學(xué)效果

虛擬交互學(xué)習(xí)平臺(tái)使學(xué)生身臨其境，自由游覽學(xué)習(xí)，大大提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，突出學(xué)生的個(gè)性培養(yǎng)，通過知識(shí)過關(guān)考核、危險(xiǎn)情況處理等環(huán)節(jié)的實(shí)訓(xùn)，可大大增強(qiáng)學(xué)生的感知、動(dòng)手和綜合學(xué)習(xí)能力。使學(xué)生將生產(chǎn)實(shí)習(xí)過程的現(xiàn)場(chǎng)感受與虛擬交互學(xué)習(xí)相結(jié)合，將現(xiàn)實(shí)環(huán)境與虛擬世界相結(jié)合，對(duì)鋼鐵冶金工業(yè)有更深刻的認(rèn)識(shí)和感受。在設(shè)計(jì)冶金工程虛擬仿真教學(xué)體系時(shí)，以學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力培養(yǎng)為核心，牢牢把握“以講授為基礎(chǔ)，以虛擬仿真學(xué)習(xí)為重點(diǎn)”的多層次、開放型、全過程的教學(xué)原則，通過冶金工程虛擬仿真學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力的目標(biāo)。

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[3]王麗霞，畢然.虛擬交互工作與學(xué)習(xí)環(huán)境中的職業(yè)教育培訓(xùn)探究[J].現(xiàn)代交際，2009，（12）：152.

[4]鄭曉薇，任艷波.基于有效教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)交互學(xué)習(xí)系統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)距離教育，2008，（05）：69-71.

G642.4

A

1674-9324（2014）11-0089-02