新工科背景下冶金實驗研究方法課程教改探索*

王喜然，王 維，姚 懷，劉 偉

(河南科技大學材料科學與工程學院，河南 洛陽 471023)

世界范圍內新一輪科技革命的興起，新技術、新業態、新模式、新產業為代表的新經濟蓬勃發展和“一帶一路”、“中國制造 2025”、“互聯網+”等國家重大戰略的實施，對工程科技人才提出了更高的要求，使得高等學校工程教育的改革和發展面臨新的問題和挑戰[1-3]。教育部于2017年以來發布《教育部高等教育司關于開展“新工科”研究與實踐的通知》等系列文件，提出工程教育的新理念、學科專業的新結構、人才培養的新模式、教育教學的新質量、分類發展的新體系五個“新”工程教育改革戰略，并積極推進新工科建設和工程教育改革創新[4-6]。同時，為了落實三全育人的思想和推進高校思政教育，實現高等學校專業知識傳授、專業能力培養和價值觀重塑三位一體的育人目標，就必須積極推動高校的課程改革[7-9]。

專業課作為高等教育人才培養課程體系中的重要組成部分，在完善學生專業知識結構、培養創新性思維及工程應用能力、開闊專業視野、促進學生個性化發展、適應社會就業需求等方面起著不可替代的作用。因此，培養具有“創新、創造、創業”能力的“新工科”技術人才，必須重視高等學校中專業課的教育改革和創新。冶金實驗研究方法是冶金工程專業重要的一門專業選修課，是集理論、實踐和創新于一體的綜合性課程，有很強的實用性。在“新工科”背景下，如何在有限學時內完成課程的講授，并將思政教育融入課堂，激發學生學習熱情，提高學生冶金實驗研究技能、專業知識工程運用能力和創新能力，成為任課老師亟待解決的問題。為此，本文從以下幾個方面，針對冶金實驗研究方法課程的教學改革進行了相關探索。

1 切合畢業要求指標點，明確教學目標

冶金工程專業畢業要求的中心是培養學生發現、分析并解決冶金領域復雜工程問題的能力，設計冶金工藝方案及實施工程實驗的專業能力和非專業素養[10]。在新工科背景下，結合工程認證和畢業要求，從提高學生知識、實踐能力，特別是培養學生應用基礎知識分析冶金工程問題、解決問題的能力出發，將該課程內容分解為三大部分，各知識體系關系如圖1所示。該課程要求學生掌握冶金實驗的基本知識和實驗技術，能夠將所學知識進行實際應用，并解決工業生產所遇到的復雜問題，擁有從事冶金工程專業及其相關專業科研、生產的基本技能。

圖1 冶金實驗研究方法的課程知識體系

2 優化配置課程內容

本校開設的《冶金實驗研究方法》課程目前授課學時為24個。為了保證在較少學時內完成教學任務和實現課程的教學目標，同時解決多門課程間授課內容相互重復的問題，對該課程內容進行了優化，刪減了與其他課程內容重復的部分，如化學平衡與相平衡章節和物理化學、冶金原理課程中的內容重復，現代檢測技術章節和冶金及材料分析檢測技術課程中的內容重復等。這部分教學內容由學生自主學習，以作業的形式反饋給老師，考核其對該知識點的掌握程度。同時，關注學科的前沿動態，將學科新發現、新理論、新工藝、新的科研成果融入日常教學中，拓寬學生的專業視野，激發學生的學習興趣。

3 利用各種教學手段，多途徑呈現教學內容

冶金實驗研究方法課程的特點之一是涉及的知識點，設備多，且需要通過大量實例來講解。利用黑板板書講解復雜理論公式的推導(如固體電解質電子導電率)和理論概念(如固體電解質電池工作原理、熱電偶熱電勢等)時，費時、費力，學生學習興趣不高。課程中涉及的大量設備，實驗室無法全部提供給學生觀摩和操作，設備的工作原理、結構及工作實況(如機械泵、斯科特容量計等)也很難通過黑板上板書講解清楚。因此，在講解理論概念或設備內部結構、工作過程時，充分借助聲、像、動畫、視頻等方式，生動直觀的展現課程知識，激發學生的學習興趣，加深學生對所學知識的理解，以提高教學效果。冶金實驗的前沿研究要使用許多精密的實驗、檢測儀器，如掃描電鏡、透射電鏡、X射線衍射儀等，這部分儀器價格昂貴、數量稀少，無法對本科生全部開放，故在進行粉體形貌分析實例講解時，借助多媒體進行相關設備的介紹，以彌補學生在該方面的不足。

同時，鼓勵學生充分利用互聯網、電子圖書、圖書館資料等豐富的教學資源，自主進行文獻檢索和資料查找，完成自學、預習、復習等學習任務。充分發揮微信、“雨課堂”等相關軟件的作用，鼓勵學生展開線上實時討論、答疑，加強薄弱環節，交流、 探索有興趣的方向和領域，培養學生自主學習、終身學習的意識和能力。

4 思政融入課堂

為了貫徹執行教育部印發的《高校思想政治工作質量提升工程實施綱要》中提出要大力推動“課程思政”為目的的課堂教學改革，實現思想政治教育與知識體系教育的有機統一，根據冶金實驗研究方法課程內容，充分發掘思政元素，使得學生在學習專業知識的同時，潛移默化接受思政教育，引導學生形成正確的價值觀和世界觀。

根據課程的特點，思政元素融入日常教學。在講解相關公式推導的過程中，注重培養學生的邏輯思維能力和科學的嚴謹性。在講解實驗誤差對于實驗數據的影響、實驗數據可疑值的舍棄時，教育學生應該實事求是、去偽存真、明辨是非，培養學生嚴謹治學，樹立求是信念。講解試驗設計部分時，強調合理的試驗設計可以節約成本、縮短時間，且達到良好的實驗效果；同時拓展設計理念，引導學生對生活、未職業及人生路途進行合理的規劃和設計。通過固體電解質傳感器在鋼鐵生產中提高產品質量的實例講解，激發學生學以致用的信心和專業自豪感，增強學習動力，為我國從鋼鐵大國邁向鋼鐵強國貢獻自己的力量。講解溫度的測量方法和原理時，聯系到目前體溫測是人們外出必檢的一項內容，鼓勵學生抗擊新冠疫情，提高共同應對突發社會重大事件的能力。在講解氣體中雜質的危害及氣體凈化方面的知識時，引導學生思考面對新時代的使命和擔當該如何凈化自身的思想，排除不良思潮的影響，磨煉堅定自己的意志，樹立對社會的責任、對國家的忠誠。通過粉體熔體物性之間相互影響的講解，引導學生要明辨事物之間的聯系，采用唯物辯證思維的方法看待問題。

在冶金實驗研究方法教學過程中，通過依托具體的專業知識點，把握好課程教學的切入點，融入課程思政元素，因勢利導開展思政教育，同步實現學生專業知識學習與道德情操的培養。

5 實踐環節

在“新工科”和工程認證背景下，實踐環節教學在人才培養的過程中起著重要作用，理論教學與實踐教學進行有機結合，更有利于應用型人才的培養[11]。冶金實驗研究方法課程與實踐環節的緊密結合，能夠很好的促進學生獨立科研意識和工程技術能力的提高。

目前，我校冶金實驗研究方法課程以課堂教學為主，實驗教學并入冶金專業實驗課程及綜合技能訓練中。同時，該課程知識的實踐應用還貫穿在冶金專業生產實習、課程設計及畢業設計等環節。冶金實驗研究常用的基本技術、設備和測試分析儀器的選擇、操作及維護等(如電阻爐、馬弗爐、真空干燥箱等)，學生可以通過冶金專業實驗、驗證實驗、演示實驗等環節進行直觀了解和掌握。冶金工程專業綜合實驗訓練、畢業設計和課程設計環節中，需要學生文獻查閱，進行實驗設計，然后根據設計方案進行實驗安排、選擇設備、搭建實驗裝置，實施實驗，并通過文獻分析結果解決實驗過程中出現的問題，分析和處理實驗結果，優化實驗方案(如采用極差法或方差法進行方案的篩選)，對實驗數據進行理論分析并與文獻結果對比，提出創新點，最后撰寫科學實驗報告、論文或說明書。學生在冶金專業生產實習過程中，將冶金實驗研究方法課程知識在生產實際中進行印證和應用，如真空技術在煉鋼爐外精煉中的應用，二氧化鋯氧傳感器測定鋼液中的氧含量等。

同時，為學生提供綜合的軟、硬件實驗室。學生可以根據自己的情況參加“自主實踐”，如進行開放性實驗，參加冶金虛擬仿真煉鋼訓練及大學生科研訓練項目等，激發科學實驗興趣和創新能力，培養和提高個體特長和優勢。

在冶金實驗研究方法課堂教學與實踐環節的有機結合，圓滿實現了教學目標。在此過程中，學生把學過的課堂知識與實驗內容聯系起來，理論知識得到了很好的鞏固和應用，自主學習能力、科學實驗綜合技能、理論應用于實際、獨立思考、分析及解決實際問題的能力也大大提高。

6 結 語

在新工科的背景下，高等學校教育改革、學生培養模式的轉變均圍繞知識型、技能型、創新型人才培養目標進行。冶金實驗研究方法作為冶金工程專業重要的選修課之一，從課程目標、教學內容、教學方式、實踐環節、思政教育等方面進行的改革和創新，促進了教學效果的提升和培養目標的達成；同時，課程思政教育與專業知識的融合，努力實現“三全育人”的要求，增強了學生的專業情懷，加強學生的民族自豪感，使得學生樹立科學的價值觀和人生觀學生綜合素質的提高，從而促進現代化“新”的高素質冶金人才的培養。