冶金工程“云計(jì)算導(dǎo)論”教學(xué)實(shí)踐研究

雷洪 趙巖

[摘 要] 作為新興學(xué)科，云計(jì)算在智能鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用處于探索階段。云計(jì)算導(dǎo)論課程教學(xué)采取多媒體和板書相結(jié)合的方式，通過(guò)對(duì)比相似概念，借助企業(yè)資源實(shí)現(xiàn)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，擴(kuò)展講授內(nèi)容提高學(xué)生興趣，了解鋼鐵公司發(fā)展趨勢(shì)激發(fā)學(xué)生專業(yè)意識(shí)，取得了良好的教學(xué)效果。云計(jì)算導(dǎo)論課程教學(xué)的探索能夠?yàn)槲覈?guó)冶金專業(yè)人才的計(jì)算機(jī)方面課程教學(xué)創(chuàng)新改革提供更多科學(xué)的意見和建議，加快高校在云計(jì)算應(yīng)用型人才方面的培育步伐。

[關(guān)鍵詞] 多媒體;板書;教學(xué)實(shí)踐;智能鋼廠;云計(jì)算導(dǎo)論

[作者簡(jiǎn)介] 雷 洪（1973—），男，湖北武漢人，工學(xué)博士，東北大學(xué)材料電磁過(guò)程研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、冶金學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，主要從事鋼的精煉和連鑄、電磁冶金、人工智能研究;趙 巖（1971—），男，遼寧海城人，工學(xué)博士，東北大學(xué)冶金學(xué)院講師，主要從事熱能有效利用、中間包冶金研究。

[中圖分類號(hào)] G642.0? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）38-0234-02? ? [收稿日期] 2020-07-10

隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的出現(xiàn)已經(jīng)能夠滿足網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)需要[1-3]，智能鋼廠運(yùn)用這些技術(shù)可以推動(dòng)鋼鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。為了適應(yīng)鋼鐵企業(yè)新形勢(shì)的要求，東北大學(xué)于2019年開設(shè)了云計(jì)算導(dǎo)論課程，希望擴(kuò)寬同學(xué)們的知識(shí)面，培養(yǎng)此方面的鋼鐵冶金復(fù)合型人才。正是在此背景下，東北大學(xué)參考了兄弟院校在云計(jì)算教學(xué)方面的經(jīng)驗(yàn)[4-6]，并結(jié)合我國(guó)鋼鐵工業(yè)實(shí)際和同學(xué)們的現(xiàn)狀，對(duì)云計(jì)算導(dǎo)論課程進(jìn)行了有益探索，逐漸摸索出適合工科專業(yè)的云計(jì)算理論和實(shí)踐的教學(xué)方式。

一、現(xiàn)實(shí)需求

1.鋼鐵企業(yè)的信息化建設(shè)現(xiàn)狀。經(jīng)過(guò)多年的企業(yè)信息化建設(shè)，中國(guó)鋼鐵企業(yè)根據(jù)自身特點(diǎn)已經(jīng)建立了復(fù)雜多樣的信息化系統(tǒng)，此系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：（1）為了加強(qiáng)管理和控制、保障生產(chǎn)的順利進(jìn)行，鋼鐵廠通常需要采集各流程生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并保存相應(yīng)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的體量非常巨大，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法無(wú)法及時(shí)地處理，在大多數(shù)情況下會(huì)成為歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔保存。（2）不同生產(chǎn)工序的數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在本地，而不會(huì)與其它工序分享。例如，連鑄工序的生產(chǎn)數(shù)據(jù)不會(huì)實(shí)時(shí)傳送給電爐工序、精煉工序和軋制工序。因此，這些數(shù)據(jù)往往成為數(shù)據(jù)孤島，無(wú)法充分發(fā)揮這些重要數(shù)據(jù)的效能。（3）為了滿足企業(yè)運(yùn)行的需要，大多數(shù)鋼鐵公司先后建立了企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)，人力資源管理系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)、計(jì)量系統(tǒng)等多種信息化系統(tǒng)。這些設(shè)備的中央處理器和內(nèi)存的使用率一般不超過(guò)20%，大部分設(shè)備在大多數(shù)時(shí)間實(shí)際上處于閑置狀態(tài)。如何利用這些設(shè)備的閑置計(jì)算能力，有效地挖掘生產(chǎn)數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)等潛力，充分發(fā)揮設(shè)備的效能，最大程度地滿足社會(huì)和企業(yè)的需求，這是本課程的意義所在。

2.未來(lái)鋼鐵企業(yè)對(duì)復(fù)合型人才的需求。為了滿足電爐—精煉—連鑄—連軋的一體化生產(chǎn)的需要，鋼鐵公司往往會(huì)建立一整套監(jiān)控設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)隨時(shí)精確地獲取任何工序的鋼水溫度、成分等參數(shù);同時(shí)鋼鐵公司還需要分析生產(chǎn)的運(yùn)行和管理的大數(shù)據(jù)，闡明整個(gè)生產(chǎn)工藝的能量流和物質(zhì)流的相互影響規(guī)律，建立并求解電爐→精煉、精煉→連鑄、連鑄→軋制的能量流和物質(zhì)流的協(xié)同調(diào)控?cái)?shù)學(xué)模型，針對(duì)當(dāng)前的能量流和質(zhì)量流提出最佳的計(jì)劃方案;最后根據(jù)用戶的訂單要求，自動(dòng)地給出成本最低、時(shí)間最短、工序之間最佳匹配的方案，進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)。因此，未來(lái)的冶金技術(shù)人員必須是精通冶金和信息技術(shù)的復(fù)合型人才。這正是大學(xué)教育需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

二、教學(xué)實(shí)踐

1.以多媒體為主，板書為輔的教學(xué)方式。多媒體可以將生硬的文字轉(zhuǎn)化為動(dòng)畫、圖、表、文字、聲音相結(jié)合的PPT形式展現(xiàn)出來(lái)，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如：采用動(dòng)畫展示散狀料經(jīng)皮帶輸運(yùn)→高位料倉(cāng)→給料→稱量料斗→匯總料斗→溜槽→轉(zhuǎn)爐的整個(gè)加料過(guò)程，幫助學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)鋼鐵廠的質(zhì)量流。板書可以將課程的重點(diǎn)內(nèi)容按邏輯次序重現(xiàn)在黑板上，學(xué)生能夠遵循教師的思路理解和掌握課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

2.對(duì)比相似概念，加深理解。對(duì)于大多數(shù)工科學(xué)生而言，云計(jì)算僅僅是一個(gè)熱門詞匯，其概念和內(nèi)涵容易混淆。因此，相關(guān)概念的對(duì)比講解十分必要。例如，云計(jì)算和并行計(jì)算是兩個(gè)容易混淆的概念。簡(jiǎn)單而言，并行計(jì)算可理解為將多臺(tái)服務(wù)器采用網(wǎng)絡(luò)連接提供給一個(gè)計(jì)算任務(wù)，目的是減少計(jì)算時(shí)間;而云計(jì)算可理解為將一臺(tái)服務(wù)器的計(jì)算資源根據(jù)用戶需求虛擬為多臺(tái)計(jì)算機(jī)給多個(gè)用戶提供服務(wù)，目的是提高設(shè)備利用率，實(shí)現(xiàn)用戶的按需分配。

3.借用企業(yè)資源，加強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)。云計(jì)算是一門注重實(shí)踐的課程。利用浪潮公司提供的浪潮云環(huán)境，同學(xué)們采用遠(yuǎn)程訪問(wèn)方式體驗(yàn)了教育云盤、在線教育和并行計(jì)算等云服務(wù)。在實(shí)踐課結(jié)束后，采用大作業(yè)的形式要求同學(xué)們采取網(wǎng)絡(luò)檢索和圖書館查閱文獻(xiàn)相結(jié)合的方式總結(jié)云計(jì)算的應(yīng)用特點(diǎn)，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)云計(jì)算的認(rèn)識(shí)。

4.借助資深技術(shù)人員，深入探究云計(jì)算的內(nèi)核和擴(kuò)展。不同類型的公司定位不同，其所搭建的云計(jì)算平臺(tái)各有側(cè)重。例如，谷歌公司側(cè)重儲(chǔ)存及運(yùn)算水平擴(kuò)充能力，微軟公司側(cè)重所用軟件及數(shù)據(jù)服務(wù)的整合，亞馬遜公司側(cè)重彈性虛擬平臺(tái)的建設(shè)。通過(guò)邀請(qǐng)百度公司、曙光公司相關(guān)技術(shù)人員宣講本公司研發(fā)工作重點(diǎn)，比較各公司云平臺(tái)應(yīng)用的相同和不同之處，幫助同學(xué)們了解云計(jì)算的原理和在生活中的應(yīng)用。

5.利用慕課資源，推動(dòng)課程教與學(xué)模式的創(chuàng)新。云計(jì)算畢竟是一門計(jì)算機(jī)類的課程，非計(jì)算機(jī)專業(yè)老師透徹地講授此課程十分困難。幸運(yùn)的是，慕課資源有“云計(jì)算基礎(chǔ)教程”“云計(jì)算技術(shù)與應(yīng)用”等課程，將這些網(wǎng)課內(nèi)容穿插在課堂教學(xué)中，可以提高課堂教學(xué)效果，有效地培養(yǎng)同學(xué)們的自學(xué)能力。學(xué)生可以隨時(shí)下載慕課資源進(jìn)行線下學(xué)習(xí)。慕課資源授課的靈活、便捷的屬性，為同學(xué)們的自主學(xué)習(xí)提供了有力支撐。

6.擴(kuò)展知識(shí)面，提高學(xué)習(xí)興趣。云計(jì)算是一個(gè)與大數(shù)據(jù)、人工智能、5G網(wǎng)絡(luò)、并行計(jì)算等密切相關(guān)的課程。對(duì)于冶金工程的學(xué)生而言，這些內(nèi)容只是一些似懂非懂的概念。為了將云計(jì)算教學(xué)實(shí)用化，并行計(jì)算被選為一個(gè)重要內(nèi)容。課堂對(duì)C++源代碼進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)編譯和執(zhí)行，從而讓同學(xué)們近距離接觸并行計(jì)算[7]，消除并行計(jì)算的神秘色彩，培養(yǎng)學(xué)生的好奇心和求知欲，切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量。

7.緊密結(jié)合鋼廠現(xiàn)狀，提高專業(yè)興趣。目前，大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)重要的戰(zhàn)略資源。企業(yè)在互聯(lián)網(wǎng)上建立信息化平臺(tái)，采用云計(jì)算技術(shù)挖掘和整理對(duì)自身的營(yíng)銷業(yè)務(wù)有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息。例如，鋼鐵公司建立全球鋼鐵交易電商平臺(tái)，為同行和下游用戶提供便利服務(wù)。通過(guò)分析電商平臺(tái)的交易大數(shù)據(jù)，不但可以掌握其他鋼鐵公司的生產(chǎn)鋼種、規(guī)格、價(jià)格、供應(yīng)量和質(zhì)量指標(biāo)等信息，還可以收集下游用戶對(duì)特定產(chǎn)品的需求信息。

三、結(jié)語(yǔ)

智慧鋼廠是鋼鐵企業(yè)的發(fā)展方向，而云計(jì)算在智慧鋼廠的建設(shè)中是不可或缺的一環(huán)。針對(duì)鋼鐵行業(yè)這一迫切需求，東北大學(xué)新增設(shè)了云計(jì)算導(dǎo)論課程。本課程教學(xué)采取多媒體和板書為相結(jié)合的方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;通過(guò)概念對(duì)比、親身體驗(yàn)等方式增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，準(zhǔn)確掌握課程內(nèi)容;緊密聯(lián)系鋼鐵公司實(shí)際，開闊了學(xué)生的視野。

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Study on Teaching Practice of Introduction to Cloud Computing in Metallurgical Engineering

LEI Honga，b，ZHAO Yanb

（a.Key Laboratory of Electromagnetic Processing of Materials，Ministry of Education，

b.School of Metallurgy，Northeastern University，Shenyang，Liaoning 110819，China）

Abstract：Cloud Computing is a new course，and the application of cloud computing in intelligent steel enterprises is in the exploration stage.The teaching method of Introduction to Cloud Computing includes multimedia and blackboard writing.By comparing similar concepts，carrying out practice with the help of enterprise resources，improving students' interest by expanding knowledge，and stimulating students' professional consciousness by understanding the development trend of iron and steel company，the teaching of Introduction to Cloud Computing has achieved good results.The course teaching can provide more scientific opinions and suggestions for the reform of computer teaching innovation of metallurgical talents in China，and accelerate the cultivation of application-oriented talents in cloud computing in colleges and universities.

Key words：multimedia;blackboard writing;teaching practice;intelligent steel company;Introduction of Cloud Computing