“新工科”背景下冶金工程专业实践创新教育体系构建与实施

“新工科”背景下冶金工程专业实践创新教育体系构建与实施

王金刚 ,王国栋

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摘 要：“新工科”对冶金工程专业人才培养提出了新的要求，要求学生有创新意识、创新能力，特别是解决实际问题的实践创新能力，提升工程实践和创新创业能力是专业教育的重中之重。对冶金工程专业实验环节教育教学进行分析，深化产学研创新发展，搭建创新人才培养的“基础实践-工程实践-创新实践”实践教学平台，形成三者融合协同发展的实践教学模式。

关键词：冶金工程；实践教育；新工科

冶金工程是研究从矿石或二次资源中经济清洁提取金属和化合物，以及制备特定性能材料的工程技术学科。该专业是传统的工科专业，包括钢铁冶金、有色冶金、冶金物理化学、生物冶金等诸多分支，与矿物加工、化学、物理、环境工程、热能工程、机械和材料等交叉融合，具有较好的交叉性优势，是一个工程实践性非常强的工科专业。河北省是中国钢铁工业转型升级的排头兵，钢铁产业向高端化、智能化、绿色化和国际化发展，对冶金人才培养的综合素质和实践能力提出了更高的要求，不仅要求具有良好的专业基础，还要求有创新意识、创新能力，特别是解决实际工程问题的能力。需要培养一大批专业基础扎实、工程实践能力强、拥有创新精神和良好适应能力、适应时代要求的高素质专门人才 [1-2]。

河北科技大学冶金工程专业经过多年探索和实践，已建立了较为完善的人才培养模式和课程体系。实践课程包括金工实习、课程设计、基础实验、专业实验、认识实习、生产实习、毕业实习和毕业设计等环节。面对“新工科”和冶金制造产业发展对人才培养的需求，实践环节仍然存在不理想的地方。

实验环节验证性实验多，综合性和设计性实验少，强调实验的理论基础和原理，学生自主设计实验意识弱，部分高温实验流程长，危险因素多，不敢让学生直接操作，一般采用老师做学生看的模式。有些实验设备自动化程度高，实验过程无需过多操作，学生操作能力、实践能力得不到很好的锻炼。实习环节经费有限，时间短暂，基本上是参观式。毕业生实践能力薄弱，所学专业知识与实际工作需要脱节，创新能力不足。“新工科”背景下，教学内容和课程体系需要满足多学科融合发展的行业需求，提高学生解决实际问题的能力。在人才培养的过程中必须重视实践创新能力的培养，强化和提升利用基础理论知识解决问题的能力[3]。

为此，结合“新工科”理念对冶金工程专业实验环节教育教学进行分析，深化产学研的创新发展，搭建创新人才培养的“基础实践-工程实践-创新实践”实践教学平台，形成了工程实践和创新训练协同发展的实践教学模式。

（一）实验教学体系和教学方法

将原来冶金物理化学和冶金传输原理课程实验分离出来，设置专业基础实验课程，编制专业基础实验指导书。指导书除了常规的实验目的、实验原理和实验步骤、实验结果等内容外，注重实验涉及知识点引入，基本操作的规范[4]，实验后侧重实验数据分析和课后思考环节的设置和引导。实验中分成小组，每组3 ～ 5人，分工合作，保证每位学生都可以动手操作，熟知实验流程。锻炼了动手操作能力和团队协作能力，增强了对实验过程的理解和把握，有利于对动脑钻研能力的培养，提升科研兴趣。

专业实验模块增加综合性、设计性实验，增加了生产线式综合实验。例如，对于保护渣物性及结构分析实验，原来是在确定保护渣情况下测定其各项物理化学性能，现在改为设计性综合性实验。给定浇铸钢种和浇注条件，让学生广泛查阅资料，根据浇铸需求确定各物质含量，设计保护渣成分；在物性测定环节特别注重在实际浇注条件下的性能，如黏度、电导率等。测定完毕后，要对照要求确定保护渣是否能够达到实际浇注的要求，如达不到，思考问题出在哪里，应该如何改进，涉及那些物理化学基本原理。鼓励学生对实验中出现的异常现象和实验数据进行分析，体验创造性思维在实验中的作用，提高参与感和积极性。

（二）工程实践培养体系

随着产业的发展，需要冶金科技人员具备材料设计、制备，组织、性能控制等材料学科的知识，熟悉钢的成分设计、产品开发，下游包括耐火材料生产、钢材轧制、锻造焊接及热处理过程组织性能演变与控制。这就要求扩展研究领域，更好满足冶金学科发展需求。

在基础实践的基础上侧重培养学生工程设计及实践能力，结合冶金专业实际情况，加强实习环节的管控。加强实践基地建设，与钢铁企业建立密切联系，增加产学研合作。采用“派出去，请进来”的方式，增强教师队伍实践能力和水平。选派教工到企业进行脱产学习，时间 1年左右；聘请企业高级技术人员，建立以职业资格认证为导向的实践培养体系。理论课程之外增加炼钢工程师、热处理工程师、材料加工和焊接工程师等职业证书培训。

通过虚拟仿真中心，增强信息、身临其境、加深理解提高实践教学环节学习效率和效果。充分运用本院河北省材料科学与工程省级虚拟仿真实验教学中心，通过网络环境、增强现实和虚拟仿真等信息技术支持研究性学习。目前，虚拟仿真中心建设了电弧炉炼钢、金属热处理、金属压力加工等虚拟仿真实验，打破传统实习中时间、空间的限制，取得良好的效果。

河北科技大学材料科学与工程学院与河北省冶金龙头企业深度合作，校企双方优势互补、协同创新，共建了先进金属材料产业学院。与河钢集团、石家庄钢铁、敬业集团等开展合作，实现产业链、创新链和教育链的有效衔接，实现新型信息、人才、技术与物质资源的有效共享，完善产教融合协同育人机制，实现冶金专业人才高等教育与钢铁产业集群联动发展。

（三）创新实践培养体系

以专业科技竞赛、创新创业项目及学科竞赛为载体，以赛带学，促进冶金工程教育，提高实践创新能力。冶金专业参与的比赛有全国冶金科技竞赛、节能减排大赛、网络模拟炼钢竞赛、金相技能竞赛、创新科技竞赛、创新创业大赛等。

全国大学生冶金科技竞赛以“绿色、低碳、智能、高效”为主题，紧跟国家和行业发展步伐， 开展创意设计、科技创新和仿真实训竞赛。以竞赛要求为指导，实施分类小班培训与实践课程结合，建立以问题和课题为导向的教育模式，倡导研究性学习和挑战性学习，因材施教，注重提高学生的探究兴趣、创新意识和学习成效。指导学生将专业知识用于科学研究和仿真实训，在实验中学习，在实训中提高。在竞争中发挥主观能动性，激发创造力，让基础知识得到运用和升华，提高创新能力。

三、结语

结合“新工科”理念对冶金工程专业实验环节教育教学进行分析，深化产学研创新发展，搭建创新人才培养“基础实践 - 工程实践 - 创新实践” 实践教学平台，形成工程实践和创新训练协同发展的实践教学模式。在基础实践环节注重现有实验的提升和改造，实验单独设课，增加综合性设计性实验。在工程实践中加强实习基地建设，聘请企业导师，进行虚拟仿真实验，建立产业学院等。

参考文献 ：

[1]钟登华.新工科建设的内涵与行动 [J]. 高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[2]周开发，曾玉珍.新工科的核心能力与教学模式探索[J]. 重庆高教研究，2017，5（3）：22-35.

[3]孙志敏.冶金工程专业创新型人才培养实践教学体系研究[J]. 中国冶金教育，2019（6）：59-60.

[4]吴锦绣，李梅，柳召刚，等 . 冶金工程专业实验和实践教学的探讨 [J]. 科技资讯，2018，16（36）：204.