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(xié)議》，成為第18個正式成員國?！度A盛頓協(xié)議》是國際上最具權(quán)威性和影響力的工程教育互認協(xié)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(shù)人員的國際流動。

在工程教育認證的條件下，培養(yǎng)人才方式需從“以知識傳授為主、以教師為中心”的傳統(tǒng)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(zhuǎn)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(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、獨立思考能力，而且要培養(yǎng)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(huán)節(jié)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(huán)節(jié)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(jīng)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(yǎng)。

1.2 實驗目的不明確

目前，我校冶金工程專業(yè)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(shù)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(tài)，少數(shù)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(nèi)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(yǎng)不足。

1.3 實驗積極性不高

在傳統(tǒng)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(nèi)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(yǎng)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(jīng)完成了部分實驗環(huán)節(jié)，并且現(xiàn)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(yǎng)學生動手能力、創(chuàng)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(yǎng)有解決復雜工程問題能力的工程師。因此，需要優(yōu)化和完善冶金專業(yè)實驗教學大綱，通過專業(yè)課程的學習掌握一定的專業(yè)基礎理論知識和實驗研究，培養(yǎng)學生在冶金領域的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新技能[5]。

2.1 建立實驗室準入制度

隨著本專業(yè)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(jù)冶金實驗室的實際環(huán)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(jīng)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(yè)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(yè)采用現(xiàn)場教學和網(wǎng)絡慕課教學的方式，對冶金工程現(xiàn)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(shù)、基本原理、常用的研究方法和常用的儀器設備使用方法結(jié)合起來，使學生能夠?qū)λ_展的實驗項目從實驗內(nèi)容、原理、方法和設備等方面有全面系統(tǒng)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(jié)合的教學方式

隨著虛擬仿真的發(fā)展和進步，將虛擬仿真技術(shù)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(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)絡通訊等技術(shù)構(gòu)建虛擬仿真綜合實驗教學平臺和實驗操作環(huán)境。實驗對象逼真，使學生在高度自由的虛擬環(huán)境中開展高效、安全且經(jīng)濟的實驗，進而達到真實實驗不具備或難以實現(xiàn)的教學效果，尤其對冶金中涉及高溫、高壓、有毒環(huán)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(tài)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(tài)、溫度分布以及分析產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因。虛擬仿真實驗教學對傳統(tǒng)的實驗教學思想、體系、模式、內(nèi)容、方法以及手段等都產(chǎn)生了意義深遠的顛覆性影響，體現(xiàn)出了明顯的優(yōu)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(nèi)容，體現(xiàn)出信息技術(shù)與教育教學融合發(fā)展和與學科專業(yè)深度融合帶來的實驗教學改革與創(chuàng)新[7]。

然而，學生的實踐創(chuàng)新能力只有經(jīng)過大量的實踐經(jīng)驗積累和操作訓練才能不斷提高，實體實踐環(huán)節(jié)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(fā)展的方向。通過教學實驗，學生利用貼近實際的虛擬仿真環(huán)境有效直觀地了解燒結(jié)、煉鐵、煉鋼和連鑄中的各種復雜的工程問題，加強了現(xiàn)代科學技術(shù)和實驗方法在專業(yè)實驗教學中的應用。因此，建立實驗操作與專業(yè)技能培養(yǎng)相結(jié)合、實踐體驗與虛擬仿真相結(jié)合的實驗教學模式，這既體現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)對推動實體實驗教學的促進作用，又體現(xiàn)了實體實驗在提高學生實踐創(chuàng)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(yè)中的工程師來對學生的綜合實驗進行指導，將企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)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(yè)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(jiān)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(fā)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(yǎng)學生的創(chuàng)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(yǎng)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(jié)合冶金專業(yè)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(jié)，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(shù)據(jù)進行總結(jié)，提倡學生發(fā)表論文，或者在班級進行實驗總結(jié)和學術(shù)匯報，并將這些內(nèi)容納入到考核體系中來。

3 結(jié)論

在工程教育認證的背景下，以培養(yǎng)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(nèi)容，強化實驗設備認識，結(jié)合虛擬仿真教學、企業(yè)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(zhuǎn)化為具體工程實踐能力，適應新時期冶金生產(chǎn)要求，提升學生的創(chuàng)造性。