基于工程教育認證的冶金實驗教育改革探討

余 岳，張 翔，朱航宇，李建立

(武漢科技大學 材料與冶金學院，湖北 武漢 430081)

中國于2016年正式加入《華盛頓協議》，成為第18個正式成員國。《華盛頓協議》是國際上最具權威性和影響力的工程教育互認協議之一，其宗旨是通過多邊認可工程教育資格，促進工程學位互認和工程技術人員的國際流動。

在工程教育認證的條件下，培養人才方式需從“以知識傳授為主、以教師為中心”的傳統教學理念向“以學生為中心、以能力輸出為導向”的新型教育模式進行轉變[1]，以工程教育認證推動實驗教學改革。這對實驗教學提出了更高的要求，不僅要求培養學生的創新意識、獨立思考能力，而且要培養學生解決復雜工程工問題的能力。

1 存在的問題

1.1 學生對實驗設備不熟悉

學生進入實驗環節前，存在從來沒接觸過本實驗設備的問題。雖然在進入實驗環節前，學生通過學習《冶金實驗方法》和預習實驗指導書等途徑了解了實驗過程，但是由于鋼鐵冶金實驗很多屬于高溫、毒性實驗，存在一定的安全隱患，使得教師對于學生直接動手操作有所顧忌，不能讓沒經過培訓的學生直接操作，導致學生主觀印象不深與實踐能力差，不利于學習能力的培養。

1.2 實驗目的不明確

目前，我校冶金工程專業實驗教學的主要任務是通過實驗讓學生了解冶金方法，并且將知識應用至實際中去[2]。然而，絕大多數實驗以驗證性實驗為主，學生按照實驗指導書列出的實驗的目的、原理、儀器設備及實驗步驟按部就班，有些學生在實驗過程中沒有思考，完全處于被動接受的狀態，少數學生完成實驗后尚不清楚為何做此實驗。導致學生是為了完成實驗學時和實驗課程來進行實驗，實驗內容科學研究和工程問題成分少，沒有明確帶著問題來進行實驗研究，導致對學生工程實踐能力的培養不足。

1.3 實驗積極性不高

在傳統的大學實驗中，一般以老師講授為主。學生缺乏好奇心，學習不具備針對性[3-4]。學生覺得內容老套，沒有可操作的空間，對所學課程在實驗中的應用沒有清晰的認知，實踐能力的培養和提高成效不明顯。

由于實驗條件的限制，學生上實驗課時往往幾個人使用一臺實驗設備。而很大一部分冶金實驗屬于高溫實驗，實驗過程耗時較長。受實驗課時限制，在學生開始實驗課時，老師已經完成了部分實驗環節，并且現在實驗設備自動化程度較高，學生動手操作的時間短。這樣失去了實驗教學過程中培養學生動手能力、創造能力、分析問題和解決實際問題能的作用，很難達到實驗教學的目的。

2 解決問題方式

工程教育認證要求學校培養有解決復雜工程問題能力的工程師。因此，需要優化和完善冶金專業實驗教學大綱，通過專業課程的學習掌握一定的專業基礎理論知識和實驗研究，培養學生在冶金領域的創新意識、創新思維和創新技能[5]。

2.1 建立實驗室準入制度

隨著本專業逐漸開始實行實驗室開放制度，對學生的安全和實驗技能提出了新的要求。根據冶金實驗室的實際環境，對學生在進入實驗室前進行基礎培訓，使其對實驗室的制度和緊急處理措施有所了解，減少安全隱患。經過考核通過的學生才可進入實驗室進行課程研究，這種措施不僅可以增加學生的安全意識，同時還增強了學生的責任心。

本專業單獨設立了《冶金實驗研究方法》的課程，但是學生對實驗設備的了解僅停留在書面上，在實踐應用方面還有所欠缺。本專業采用現場教學和網絡慕課教學的方式，對冶金工程現有的實驗設備和操作方法進行全面的培訓，將冶金工程的實驗技術、基本原理、常用的研究方法和常用的儀器設備使用方法結合起來，使學生能夠對所要開展的實驗項目從實驗內容、原理、方法和設備等方面有全面系統的了解[6]。然后學生自主設計實驗方案，預約實驗時間，按照實驗教學大綱中要求的成實驗項目和實驗學時。

2.2 采用虛擬仿真與實踐相結合的教學方式

隨著虛擬仿真的發展和進步，將虛擬仿真技術引入到實踐教學引起了越來越多的高校的重視。應用VR、多媒體、人機交互、數據庫以及網絡通訊等技術構建虛擬仿真綜合實驗教學平臺和實驗操作環境。實驗對象逼真，使學生在高度自由的虛擬環境中開展高效、安全且經濟的實驗，進而達到真實實驗不具備或難以實現的教學效果，尤其對冶金中涉及高溫、高壓、有毒環境和爆炸風險的實驗形成有力的補充，例如，冶金流程和冶金實驗過程多是在高溫狀態下完成難已進行直接的觀察與測試，但是可通過虛擬仿真實驗課觀察和幫助學生了解冶金過程中的反應變化、流體的狀態、溫度分布以及分析產生上述現象的原因。虛擬仿真實驗教學對傳統的實驗教學思想、體系、模式、內容、方法以及手段等都產生了意義深遠的顛覆性影響，體現出了明顯的優勢?？梢哉f，虛擬仿真實驗教學是高等教育信息化建設的重要內容，體現出信息技術與教育教學融合發展和與學科專業深度融合帶來的實驗教學改革與創新[7]。

然而，學生的實踐創新能力只有經過大量的實踐經驗積累和操作訓練才能不斷提高，實體實踐環節不可替代。鞏固、彌補并促進實體實驗的教學效果才是虛擬仿真實驗教學建設發展的方向。通過教學實驗，學生利用貼近實際的虛擬仿真環境有效直觀地了解燒結、煉鐵、煉鋼和連鑄中的各種復雜的工程問題，加強了現代科學技術和實驗方法在專業實驗教學中的應用。因此，建立實驗操作與專業技能培養相結合、實踐體驗與虛擬仿真相結合的實驗教學模式，這既體現了互聯網對推動實體實驗教學的促進作用，又體現了實體實驗在提高學生實踐創新能力方面的核心作用。但是對于虛擬仿真實驗的作用應采取“虛實互補、能實不虛、以虛促實”的原則[8]，不能把所有的實體實驗都進行虛擬化，更不能因為實體實驗的復雜性、耗時性和潛在危險性而進行虛擬化，這不利于學生對實體實驗的認知。

2.3 引入導師制，提高學習興趣

師生零距離接觸是實驗教學的特點，可由企業中的工程師來對學生的綜合實驗進行指導，將企業生產過程中產生的問題和解決的方式帶入到實驗教學中，引起學生的學習興趣，有利于學生了解企業中的工程問題。

針對這些工程問題，教導學生查閱文獻，自主了解反應原理、實驗目的、反應過程以及可能采用的實驗手段。然后在上課時候再由學生分組討論，設計實驗方案、采用哪些實驗設備，導師進行了解，必要的時候進行引導，進而由學生分組進行團隊合作完成各種綜合性實驗。整個教學過程中，讓學生一直處于主體地位，導師適當指導，最后在實驗教師的監督下讓學生安全自主的完成實驗。這樣學生帶著問題去主動研究和解決問題，而不是“照本宣科”驗證實驗，充分發揮了學生的主觀能動性，使其真正參與到實驗研究中來，充分培養學生的創新能力和解決工程問題的意識與能力。

2.4 改變考核方式

實驗教學主要是培養學生的動手能力和對所學知識的綜合應用能力，考核手段應以多樣化的形式來對學生的實驗進行評價。結合冶金專業實驗的特點，將實驗考核分為小組考核和個人考核。小組考核包括：小組討論報告，實驗方案設計等；個人考核包括：實驗過程實施細節，個人實驗操作和實驗報告。實驗的最終成績就不是由實驗報告決定，而是各個部分的綜合評定。另外考核過程中鼓勵學生對實驗過程和實驗數據進行總結，提倡學生發表論文，或者在班級進行實驗總結和學術匯報，并將這些內容納入到考核體系中來。

3 結論

在工程教育認證的背景下，以培養能解決復雜工程問題工程師為目標。通過完善冶金實驗教學課程內容，強化實驗設備認識，結合虛擬仿真教學、企業導師指導實驗教學，不斷提高學生實踐能力及運用所學知識解決實際問題能力。把理論知識轉化為具體工程實踐能力，適應新時期冶金生產要求，提升學生的創造性。