面向有色金属产业的冶金工程实践教学体系构建.pdf

55 2024年第1期总 第 2 2 0 期实验实习实训作为冶金工程工科专业重要教学环节，实践教学是培养学生实践思维和创新能力的关键，也是“新工科”建设背景下人才培养的保证1-2。教育部等部门 关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见、教育部 关于一流本科课程建设的实施意见 等文件明确要求高校不断强化实践教学环节，深化实践教学方法改革，建设国家级社会实践一流课程，力求实践教学工作取得新突破3-4。传统冶金实践教学过程存在以下几个问题5-6：教学课程体系未充分遵循学生成长的阶段性规律，递进性和系统性不强；教学内容与区域特色产业契合度不高，与矿业、化学、材料、环境等学科交叉融合不够，未充分覆盖有色金属冶金全流程；教学手段与现代数字化技术融合不足，未充分体现实际生产过程高温、长时、设备复杂等特点；教学考评方式对学生学习全过程的跟踪不够，缺乏对全过程全方位能力的考核评价机制。上述问题造成了冶金人才培养质量不能满足“新工科”建设背景下对高素质复合型人才的要求，人才服务区域行业能力不足，产业智能化升级适应能力不高，实践创新能力不够。为此，依托江西理工大学冶金学科优势、教学科研平台和一流师资，面向江西省有色金属支柱产业，聚焦“新工科”建设，突出实践创新能力培养，以卓越工程师培养计划的获批为契机，对冶金工程实践教学体系进行改革，构建了完整的面向有色金属产业的“三层二融三化”冶金工程实基金项目：江西省教学改革研究课题（JXJG-21-7-2、JXJG-22-7-19）；江西理工大学教学改革研究课题（XJG-2023-10）面向有色金属产业的冶金工程实践教学体系构建肖燕飞 刘松彬 杨凤丽 钟晓聪 焦芸芬（江西理工大学 材料冶金化学学部 江西 赣州 341000）摘要：对实践教学进行改革，形成了完整的面向有色金属产业“三层二融三化”冶金工程实践教学体系，着力培养实践创新能力突出的高素质复合型冶金人才，有效践行了“新工科”建设理念，为工科专业实践教学提供了借鉴。关键词：实践教学；课程体系；科教融合；产教融合；仿真；过程考核中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0958（2024）（01）-055-06 56 2024年第1期总 第 2 2 0 期践教学体系（见图1），着力培养具有实践创新能力的高素质复合型冶金人才。一、“三层”结构优化，构建“递进式”冶金实践教学课程体系，实现实践创新能力循序渐进培养瞄准创新能力和工程素养培养导向，结合“新工科”人才培养特征，贯彻“学生中心、产出导向”工程教育理念7，遵循学生成长阶段性规律，优化实践教学课程结构，实践学分比例从28.7%提高至33.8%，编写 现代冶金试验研究方法 等特色教材，构建了“基础训练-专业提升-创新设计”三层次递进式实践教学课程体系。同时，积极落实立德树人根本任务，实践教学过程中自然融入“大国工匠、爱岗敬业、科技报国、团结协作”等思政元素，在“知识获取-知识应用-知识创新”过程中实现学生实践创新能力的渐进式培养（见图2）。图1面向有色金属产业的“三层二融三化”冶金工程实践教学体系图2“基础训练-专业提升-创新设计”三层次递进式实践教学体系 57 2024年第1期总 第 2 2 0 期实验实习实训根据课程时序设置了“基础训练-专业提升-创新设计”三层次递进式实践教学课程。基础训练层次包括无机化学实验、物理化学实验、分析化学实验和认识实习，主要在第2 5学期进行，借助理论验证性实验、企业生产现场参观等环节培养学生基本操作技能和建立企业生产宏观认知。专业提升层次包括专业综合实验、课程内实验、生产实习和课程设计，主要在第5 7学期进行，通过冶金单元操作过程探索类实验、冶金类企业现场顶岗学习等形式培养学生冶金实验分析和现场实践能力。创新设计层次包括开放性实验项目、毕业论文和毕业实习-设计，主要在第6 8学期进行，要求学生完成完整的科研课题或工厂/车间设计，着重培养创新能力和复杂工程设计能力。在实践教学过程中，邀请优秀校友和企方教师讲授项目案例，宣传先进典型事迹，激发学生刻苦钻研、勤学善思、培养爱岗敬业精神。融入行业科技前沿、科学家精神和大国工匠精神，强化学生行业认同感、自豪感，树立创新驱动发展理念。落实立德树人根本任务，培养“留得住、甘奉献、勇创新、作用大”的新时代人才。二、“二融”模式反哺，设计“区域特色鲜明”的冶金全流程实践教学内容，强化学生服务行业特质培养（一）科教融合依托国家稀土功能材料创新中心等教学科研平台（“八平台、五中心、四协同、三示范”（见图3），引培并举，打造具有特色资源领域技术背景的高水平导师团队。充分发挥学校在稀土、钨、铜、锂电领域的学科平台优势，遴选出具有代表性的科研成果，按照袖珍化、透明化、解析化思路，自主设计了一系列覆盖稀土、钨、铜、锂等覆盖区域特色金属冶炼的实验教学项目。例如，以国家科技进步奖“铵盐体系白钨绿色冶炼关键技术和装备集成创新及产业化”为载体，转化为“磷铵体系氟盐分解-离子交换法制备APT”实验。突破“化学-矿业-冶金-材料-环境”学科壁垒，实验教学内容从提取冶金延伸至矿物加工、化学化工、材料制备、冶金环保等领域（如开设了碳化钨合金制备及表征、稀土熔盐废渣无图3江西理工大学冶金工程专业科研教学平台 58 2024年第1期总 第 2 2 0 期害化处理等实验项目等），打造了冶金全流程实践教学内容。以教师科研项目为驱动，设置设计型、任务型、探索型等开放创新课题，实现学生进平台、进项目、进团队，助力学生创新设计能力的培养。（二）产教融合从稀土、钨、铜、锂等地方支柱产业遴选一批知名企业，联合江西铜业等企业建设了包括国家级工程实践教育中心在内的30个区域特色鲜明的实践教学基地。结合企业生产路线，设计覆盖“矿物采选-冶炼分离-材料制备-环境治理”全流程实习实训内容。聘请企业高级工程技术人员为兼职教师达35人，建立青年教师导师制度和工程实训制度，打造工程经验丰富的师资队伍，支撑学生专业实践技能的培养。区域特色鲜明的冶金全流程实践教学内容打造，强化了学生工程实践能力、科技创新能力培养，凸显人才培养特色，为区域经济发展和特色资源产业转型升级提供了人才保障（见图4）。三、“三化”手段融入，创建虚实结合的特色仿真实践教学开放平台，提升学生真实交互场景认知和产业智能化思维水平紧密围绕稀土、钨、铜、锂等区域特色产业，利用“冶金+数字化”信息技术手段，借助自主研发的MetCal等软件，通过冶金单元过程模型化、现实生产场景虚拟化和工艺流程设计标准化，建设了集“计算仿真实验、虚拟实验室/工厂、冶金设计模拟系统”为一体的特色仿真实验教学开放平台（见图5）。突破了实验环境、设备、时间等条件的限制，开设“基础训练-专业提升-创新设计”三层次虚拟仿真实验项目39个，帮助学生掌握有色金属冶金过程反应机理、复杂设备结构和生产流程，为提升学生服务产业智能化升级奠定基础。（一）计算仿真实验将冶金单元过程抽象为数学模型，开发了冶金单元过程计算仿真实验项目，如钨离子交换过程动态仿真实验，稀土串级萃取动态模拟仿真实图4区域特色鲜明的冶金全流程实践教学内容 59 2024年第1期总 第 2 2 0 期实验实习实训验等。实现了抽象理论知识直观化、生动化、形象化，拓展了实验内容的宽度与深度，使学生深入认识复杂反应器结构、反应过程微观机理、热量/物质传输过程和分布动态，夯实专业理论基础。（二）虚拟实验室、工厂经过三维建模和现实场景虚拟化，开发了6间虚拟实验室和1座虚拟实训工厂，如高性能稀土永磁材料制备虚拟仿真实验室，稀土铁合金冶炼虚拟仿真实验室，稀土改性催化剂上乙醇制氢虚拟仿真实验室，稀土发光材料制备及器件组装虚拟仿真实验室，黑钨矿碱分解制备APT虚拟仿真实验室，印刷线路板电镀铜虚拟仿真实验室，锂离子电池生产虚拟工厂等。虚拟实验室、工厂构建了真实、立体的设备和实验室/工厂场景，学生可以进行设备操作、条件设定、数据采集、数据分析等，增强感官认知和现实场景交互，强化专业应用能力。（三）冶金设计模拟系统基于自主研发的冶化流程计算与在线控制系统开发平台（MetCal），设计了稀土、铜、钨、锂冶炼全流程设计与模拟计算系统等8套。学生自主设计工艺参数，系统动态显示金属分布、技术经济指标、产品指标等，帮助学生理解各参图5虚实结合的特色仿真实践教学开放平台数对冶金过程的影响，理解冶金工艺流程设计原则，掌握工艺流程设计方法，切实提高创新设计能力。自主研发了开放式区域特色资源冶金虚拟仿真实验教学云管理服务平台，面向所有本科生实施开放共享式预约学习，突破时空限制，引导学生进行问题探究式、过程贯通式学习，提高工程设计素养，增强科技创新能力。四、线上线下协同，建立“全过程-多维度-多形式”考核评价机制，激发学生实践学习积极性加强实践过程管理和考核，编写了 实践教学质量监控和评价实施办法实验前测后测试题库实践考核评价表 等文件。在超星泛雅搭建了线上实践教学管理平台，让平时成绩有据可循，结合线下指导老师的巡查、提问和报告批阅，实现了实践教学的“自主学习-实践操作-报告撰写-讨论反思”全过程评价（图见6）。针对“基础训练-能力提升”层次的实践教学项目，通过实践前测后测、指导书学习与讨论、实验习惯与安全、操作与协作、数据记录与处理、实践创新性6个方面考查，建立了“自学能力-动手能力-协作能力-纪律安全-分析能力-创新 60 2024年第1期总 第 2 2 0 期图6“全过程、多维度、多形式”考核评价机制能力”多维度能力评价机制。针对“创新设计”层次的实践教学项目，引入竞赛机制，赛教互促，通过“学生互评-公开答辩-竞赛奖励”多形式评价实践成效。学生在线上提交选题申请、开题报告、中期报告等，答辩过程以学生评委提问为主，教师点评为辅，侧重对学生过程参与、分析与解决问题能力的评价。“全过程-多维度-多形式”考核评价机制科学评估了学生综合运用知识和自主创新能力，有效激发了学生学习热情和兴趣，保障了实践教学质量。五、结 语冶金工程实践教学体系的构建体现了“新工科”建设理念，落实了中共二十大关于“教育、科技、人才”的重要论述，培学生实践创新能力有效提升，产业适应性显著增强，区域贡献度大幅提高。近5年，江西理工大学冶金工程专业学生获批国家级大创项目和学科竞赛奖励达108项，在稀土、钨、铜、锂行业就业率平均达71.4%，留赣就业率平均44.7%，相比改革前均有显著提升。毕业生得到江西铜业、厦门钨业、赣锋锂业等用人单位“基础厚、适应快、创新强”的高度评价，为特色产业绿色转型升级和区域经济高质量发展做出了重要贡献。同时，冶金工程实践教学体系有力支撑了实验教学示范中心、工程实践教育中心和校企协同育人示范基地等的建设。参考文献：1 贺道中，高泽平，张波，等.“新工科”背景下冶金与材料类专业“四位一体多维联动”实践教学体系探索J.中国冶金教育，2021(6):74-77.2 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):59-60.3 教育部、中宣部、财政部等七部门.关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见 EB/OL.中华人民共和国教育部，http:/ 中华人民共和国教育部.关于一流本科课程建设的实施意见EB/OL.中华人民共和国教育部，http:/ 杨文强，夏文堂，尹建国，等.虚拟仿真在有色金属冶金方向实践教学中的应用J.中国冶金教育，2021(2):83-84.6 雷家柳，陈跃，徐先锋，等.应用型本科院校冶金工程专业实践教学模式探索J.湖北理工学院学报，2020，36(1):65-68.7 章小峰，杨胤.工程教育专业认证与“新工科”建设背景下的特色专业发展J.中国冶金教育，2019(4):77-82.