基于“互联网+”的计算机在冶金中应用课程教学改革与实践

李明周，黄金堤，张 斌，李 静

（江西理工大学 材料冶金化学学部，江西 赣州 341000）

在信息技术时代，如何利用“互联网+”等信息化技术改革课程教学方式、拓展教学内容、提高教学效率、扩大教学规模和实现学生自主学习等，是高等教育教学改革发展的必然趋势。因此，计算机相关技术在冶金工程领域的教学应用、研发、行业利用及发展是我们必须面对的重要课题。作为江西理工大学冶金工程专业的重要选修课程，计算机在冶金中应用课程着眼于以上观点，力求通过全面、系统、简单地介绍稀土、铜等冶金过程计算机数学模型的分析与建立、数值处理及实现等内容，提高学生的计算机应用水平，使其毕业后能适应计算机在冶金行业应用的需要。

江西理工大学计算机在冶金中应用课程教学体系形成于2000 年初，10 余年来，虽然期间也曾做过一些改革和更新，但基本框架变化不大。从信息时代发展适应角度看，该课程教学体系仍然存在内容少、共享性不足等问题；此外，某些课程教学内容老化，落后于冶金科学快速发展的现状和趋势；课程教学内容偏重于稀土和重金属冶金领域，在重轻稀贵等整个冶金行业链上未能形成纵向布置；同时，实践教学方式仅局限于计算机上机实验一种形式，灵活性、自主性和开放性不足。因此，现有计算机在冶金中应用课程教学体系和教学方式不能适应21 世纪新工科人才培养需要，进一步丰富更新该课程的课程教学内容，改革课程的传统教学模式，探索新的教学方法和教学手段势在必行。

一、课程特点及教学现状

计算机在冶金中应用是江西理工大学冶金工程专业，结合本学科在稀土、钨和铜等领域的特色优势，开设的一门针对本科生的专业选修课，同时是一门交叉学科课程，其教学目的是培养学生应用计算机相关技术解决复杂冶金工程问题的能力。通过课程学习，学生熟悉计算机相关技术在冶金领域的应用进展，了解采用计算机相关技术解决复杂冶金问题的多种可选技术方案和较优技术方案，掌握复杂冶金过程的数据处理、分析建模及模型求解等技术方法，并能采用所建模型系统分析复杂冶金问题挖掘内在规律，重点掌握稀土、铜等区域特色资源冶金过程的理论分析、数学建模、模型求解及程序实现等技术方法，具备使用基本理论、现代信息化工具和交叉学科方法解决实际工程问题的能力。与其他专业课程相比，计算机在冶金中应用课程具有以下几个特点。

（一）课程多学科交叉明显[6]

无论计算机在冶金中应用的课程内容，还是采用计算机解决冶金复杂工程问题的方法，都涉及冶金工程、计算机科学与技术、信息技术和计算方法等多个学科的专业知识和方法。因此，该课程所要讲解的知识点众多且比较分散，如果将所涉及的知识点全部放在实体课堂线下讲授，无法保证教学及学习质量。

（二）课程内容学习难度大

通过计算机在冶金中应用课程的学习，学生要想具备较好的采用基本理论、现代信息化工具和交叉学科方法解决实际工程问题的能力，需要在扎实掌握冶金工艺原理、计算方法等相关基础理论基础上，将数学算法、计算机技术与冶金工艺过程建模和模型求解有机结合，具备针对铜闪速熔炼、铜转炉吹炼、稀土串级萃取等复杂冶金过程的建模、求解及实际应用能力。可见，传统的教学模式单纯将算法理论、建模原理和模型求解算法等讲授给学生，而不结合实际问题或实例进行实际操作和问题求解，无法达到课程教学能力培养的目标。如果将复杂冶金过程问题的相关实例做成多媒体课程参考资料上传至课程网络学习平台，供学生即时参考，既可以减轻教师课堂教学工作量，又可避免“理论掌握—实践欠缺”的课程教学问题。

（三）课程学习操作实践性强

计算机在冶金中应用课程计划学时32，其中8 学时为上机实验操作，主要完成冶金过程研究常用仿真计算软件安装与使用、计算机仿真常用数值算法实践、铜闪速熔炼物料平衡仿真计算、铜转炉吹炼过程仿真优化和稀土串级萃取过程仿真等课程内上机操作实验，此外，课外作业大部分需要学生采用可用专业软件来完成。因此，学生课程学习任务量大、实践性强，教师在课堂上在讲解基本理论及方法的同时，还要增加课堂演示操作方式，注重学生实践能力培养。

（四）课程评价考核环节繁多

为将OBE 教育理念与计算机在冶金中应用课程评价相结合，建立以学习效果为导向的课程评价体系，发挥评价体系的发展和建设功能，课程考评体系由随机抽题+上机考试、上机考试报告和平时表现三部分组成。其中，上机考试主要以上机考试试卷+上机操作完成情况的形式考核，上机考试报告根据上机考试后学生提交的上机考试报告完成情况进行考核，平时表现主要考核理论课和实验课的平时到课（线上线下课程考勤）情况。重点考核学生对课堂所讲授方法的掌握情况、应用能力和上机操作的熟练程度；另外，考核对学生上机考试报告的撰写能力和对模型计算呈现规律的分析思考能力等。

上述特点决定了本课程既不同于冶金原理、冶金传输原理等课程注重学生基本理论和方法的掌握，又不同于冶金专业综合实验等课程注重学生实践操作。此外，随着信息技术的高速发展，“互联网+教育”已成为革新课程教学方式、拓展教学内容、提高教学效率、扩大教学规模与实现学生自主学习等的有效途径。因此，为提高学生对计算机在冶金中应用的学习兴趣，培养具备使用专业知识、现代信息工具和交叉学科方法解决实际工程问题能力的复合型人才，进一步优化课程教学体系，改革传统教学模式，探索新的教学方法和教学手段势在必行。

二、课程教学改革与实践

（一）构建“特色鲜明—多维提升”的课程教学体系

根据新工科教育发展需求和冶金工程特色专业建设要求，结合学校在稀土、钨和铜领域的学科平台优势和OBE 教学理念，以及课程思政的教学要求，修订完善了计算机在冶金中应用课程教学体系（包括课程教学大纲、课程实验大纲、课程考试大纲、教学计划和教学课件），进一步优化课程教学内容设计。以冶金企业（行业）不断发展对专业技术人才在计算机应用能力方面的需求，作为配置和界定课程教学内容的依据，以学生多维能力培养为导向，按照由仿真到实际、由知识到实践、由专业到综合的设计，摆脱以往“固有—灌输”式的课程教学内容设置做法，以新工科人才能力培养目标为导向，丰富优化课程内容，进一步强化稀土、钨和铜冶金领域等特色优势教学内容，拓展冶金过程多物理场仿真、冶金熔体物性计算、材料冶金分子动力学模拟、冶金流程模拟与设计、冶金过程虚拟仿真和冶金过程智能优化控制等作为课程教学内容，在冶金产业链上形成课程教学内容的纵向布置，构建了“特色鲜明—多维提升”的课程教学内容，从而促进协同创新驱动特色专业领域内计算机应用型人才培养。

（二）实施“一主线—六步骤—四同步”的教学方法

根据计算机在冶金中应用课程的特点，以冶金过程仿真类项目成果的工程问题为载体，以冶金生产工作岗位实际能力需求为导向，以学生工程实践能力培养为目标，改革课程教学方法和手段。在课程教学实施过程中，以冶金生产过程的工程问题解决为主线，基于问题求解为导向的资讯、决策、计划、实施、检查、评价六步骤，协同构建微信、微课、慕课、案例教学和分层教学等多教学方法手段，实施了“一主线—六步骤—四同步”为主的课程教学方法，具体如图1 所示。通过此课程教学方法改革，活跃了课堂教学氛围，提高了学生科技创新意识、解决问题能力和专业知识学习兴趣。

图1 “一主线—六步骤—四同步”的课程教学方法

（三）构建课程教学网络共享资源库

以学生能力培养需求为导向，注重于企业工程实际的深度融合，强化课程授课内容的实际应用。通过专业课程教师深入合作企业进行实践调研，建立与企业技术人员的良好沟通渠道，搜集大量真实生产案例和视频资料，并通过文献调研和资料查询，对计算机在冶金中应用课程相关的图片、视频、课件以及试题库等资源，进行不断充实更新完善。在此基础上，基于“互联网+”和数据库技术，将课程内外教学资源进行整合，构建了课程资源库、作业库和素材库等课程网络共享资源库，确保课程教学资源的开放性、共享性和新颖性。

（四）搭建在线开放式课程教学平台

结合计算机在冶金中应用课程特点，采用“互联网+云桌面”等技术，以及分布式网络服务开放体系结构，依托桌面云服务器和学习通平台，基于多个自主开发的冶金过程仿真优化软件和课程教学内容，构建了计算机在冶金中应用课程实践教学平台（图2）和MOOC 在线教学平台，可使学生随时随地通过互联网客户端访问课程在线教学平台，进行在线知识点学习、开展仿真教学实验。

图2 课程实践教学平台

三、课程教学改革的成效

（1）通过构建“特色鲜明—多维提升”的新课程教学体系，遵循了新工科人才培养和OBE 教学理念的要求，满足了冶金企业（行业）不断发展对专业技术人才在计算机应用能力方面的需求。

（2）通过在课程教学中实施“一主线—六步骤—四同步”为主的课程教学方法活跃了课堂教学氛围，增强了学生思考问题的主动性，增进了学生课程学习的积极性和兴趣，取得了较好的教学效果。

（3）基于所构建的课程在线教学平台，确保了课程教学资源的开放性、共享性和新颖性，并进一步提高了学生的课程学习的兴趣和效果，提升了学生应用计算机等相关信息化技术解决复杂冶金工程问题的实践能力，拓宽了学生与老师之间关于课程学习的沟通交流渠道，增强了学生课程学习的自主能力和对课程内容的掌握程度；通过课程教学平台后台管理信息记录和量化考核内容，提升了课程考核的客观性和公平性。

四、结束语

通过对计算机在冶金中应用实施一系列课程教学改革，充分发挥了“互联网+”相关技术在计算机在冶金中应用课程教学中的作用，实现了“互联网+”相关技术与课程教学的有机融合，使课程教学体系具有网络共享性、开放性、先进性、科学性和现实性；拓展和优化了课程教学方式和内容，解决教学内容不足等问题，提高教学效率；此外，提升了冶金工程专业学生的学科交叉思维能力和计算机应用水平，强化了学生创新能力的培养，提高了学生就业上岗和职业变化的适应能力，提高了面向企业的冶金工程专业人才的工程实践能力，从而在“互联网+”背景下，为培养“新工科”创新型、应用型、复合型优秀专业人才贡献了一份力量。