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关于仿真模拟软件在冶金技术专业教学中应用的探索与实践


作者:魏建华 许 岩
摘要:冶金技术是为其他行业提供基础制造材料的行业,冶金技术人才的培养对冶金行业未来发展水平具有重大影响作用,因此冶金技术专业教学工作的高效性得到广大关注。现代化信息技术已经在教学中广泛应用,伴随着多媒体、虚拟实验室的推进,仿真模拟软件也逐渐走入教学课堂中,为虚拟化实践教学提供技术支持。
关键词:仿真模拟软件;冶金;炼铜;教学
一、引言
冶金技术是将矿石中的有用金属成分通过物理或化学的方法提炼出来,并制成具有实用价值和经济价值的材料提供给各个行业的一门应用型学科,如机械制造、能源、化工、交通、建筑、国防等各行业所需材料中,冶金材料占据重要地位。冶金行业的发展水平影响其他工业制造业的发展进程,同时现代工农业的发展对冶金业不断提出新的要求,从而推动冶金学科和工程技术的发展。当前,冶金技术专业已经成为高职院校中热门专业,如何提高该学科的教学效果,培养能适应现代社会需求的专业型人才,是当前面临的主要问题。
二、现代化信息技术在教学中的应用
随着计算机技术的发展,现代化信息技术在教学中的应用越来越广泛,从最初的多媒体课件,到后期的虚拟实验室,再到仿真模拟软件的应用,给教育教学带来了极大的便利。
(一)多媒体课件在教学中的应用
多媒体计算机辅助教学是目前引用较为广泛的教学方式,利用先进的多媒体平台提供的软件工具和数据库,可制作满足教学需求的个性化、情景化的教学课件,并能将文本、图像、视频、声音等媒体进行有机结合,为学生提供形象、丰富的学习情景。多媒体课件辅助教学,拓展了教学知识面、提高了学生的学习兴趣,能将抽象的原理用形象生动、浅显易懂的动画或视频的形式进行展现。这种教学形式的丰富性,相对于传统教学的口述式和板书式具有无可比拟的优越性,因此在各个行业都得到广泛应用,无论是培训、会议还是教学、多媒体课件都可发挥现代化技术的优势,提高工作效率和工作效果。
多媒体课件的不足之处在于,教师只能利用平台提供的素材进行整合,对于学生的自主性学习和创新性学习的帮助效果不理想。
(二)虚拟实验室在教学中的应用
虚拟实验室是一种运用虚拟现实技术模拟实物实验的计算机辅助教学软件,它采用多媒体信息技术在计算机上建立虚拟实验教学环境,使学生利用互联网通过接近真实的人机交互界面完成实验。虚拟实验室在我国发展缓慢,2006年,金华科开发的实验室软件,由于存在一些技术缺陷,未得到广泛应用;东师理想虚拟实验室的发展及应用也处于摸索阶段;北京亚太盛世科技有限公司开发的虚拟实验室在画面设计和技术方面都有了较大改进,逐渐走入教学课堂中。以上虚拟实验室多数是面向中级教育的物理、化学试验进行的初步尝试。
(三)仿真模拟软件在教学中的应用
仿真模拟软件通过虚拟仿真技术,将动态的过程进行还原,并可进行重复性、量化性、实验性的操作。仿真模拟软件在现代制造业工业领域得到广泛应用,如石油化工、航天航海、核电站建设、冶炼工业等。仿真模拟软件为企业的建设和生产节省了大量资源、降低生产成本、提升产品质量以及优化生产工艺,并可避免新型生产工艺流程中的不确定因素给工作人员带来的危险。仿真模拟软件对生产过程的真实还原为教学提供了一种新型、安全、低成本的实践教学的方式。
三、仿真模拟软件在冶金技术教学中应用探索
(一)冶金技术学科实践教学现状
冶金技术是面向社会的应用型专业,更是为企业提供具有专业理论知识和专业实践技能人才的学科。因此,冶金技术学科的教学应以实践教学为主。但冶金企业生产环境较为复杂,生产设备、工作人员较多,不利于学生到生产现场进行实际工程操作。
1.冶金技术的生产过程大多在高温、高压条件下进行,危险性较高。学生在实习过程中,只能在相对安全的生产环节进行观察,对于冶金工艺流程无法形成全面、专业的认识。即便现在的高温摄像头能够提供一些生产流程,但仍无法看清整个设备和工艺的全部,尤其是对于生产过程中发生的一些化学变化更是无法通过观察获得理性认知。学生在实习后,仍然难以将专业化理论知识与实际生产工艺进行结合,无形中浪费了宝贵的实习机会。
2.学校安排学生到企业进行实践学习,一定程度影响企业的正常生产,给企业带来经济损失。学校需要与企业签订合作协议,并对企业的损失支付一定的经济补偿,因此,实践教学成本较大,限制了实践教学的使用频率和使用周期。
(二)仿真模拟软件在冶金技术学科教学中应用
仿真技术在教学中应用较多的为工程管理学科、城市环境学科和电子信息学科,在冶金技术专业中的应用处在起步阶段,因此关于冶金技术专业的仿真模拟软件的研发工作尚不成熟。以我校引进并使用的炼铜仿真模拟软件为例:
1.东方仿真湿法炼铜2D软件。该软件对正常生产流程进行可视性模拟,能为实践教学提供基本生产工艺流程的情景再现,让学生感知接近真实的生产操作,训练学生的操作能力。软件为教学带来方便的同时,由于软件自身的缺陷,软件功能存在一些不足,需要进一步改进,如软件对于生产过程中可能发生的一些故障或异常情况缺少设计,这就使得学生的实践教学与实际生产之间存在差异,不利于学生操作能力的培养。
2.东方仿真火法炼铜2D软件。由于软件供应商研发方面的因素影响,将原应提供的3D炼铜仿真软件更换为2D软件,2D软件能展现正常生产情况下的工作流程,使学生在安全环境下,感知火法炼铜的流程,满足教学对于实践生产过程模拟的基本要求。但同样软件在设计中仍需要进一步改进,比如,可增加技能训练的功能。
3.转炉炼铜仿真软件。此软件为山东星火科技开发并提供。这套软件的设计模拟出了正常的操作过程,极为贴近生产实际,若教师具有丰富的生产实践经验,可将软件的功能发挥到最大,是一套非常不错的冶金仿真软件。唯一不足的软件中关于操作说明及生产过程中涉及的基本参数需要补充。
我校引用的三款教学软件基本能满足实践教学的需求,但都不同程度的存在一些缺陷,需要后期进行改进和升级。软件存在的主要问题包括:第一,软件设计工况单一,仅能反应正常化生产的过程,对于异常情况设计缺乏;第二,软件可操作性不强,无法锻炼学生操作能力;第三,软件使用较为复杂,需要计算机操作技能高,并具有生产实践经验的教师辅导。鉴于以上情况,有色冶金仿真模拟软件需要不断完善功能,改善画质,增加人机互动的可操作性,为实现冶金技术实践教学提供更大帮助。
四、结束语
冶金行业的发展受教育教学水平的影响,冶金技术学科的教学应加强实践教学,在教学过程中培养学生冶金技术理论知识的同时,加强动手操作能力的培养,为学生后期进入工作岗位中能快速的融入工作打下良好基础。由于生产环境和成本支出的限制,实践教学需要借助先进的信息化技术,利用仿真模拟软件提供的虚拟情景,训练学生的动手操作能力。因此,软件的功能的多样化、人机互动的可调节化、画面设计真实化以及操作过程的人性化是未来仿真模拟软件发展的趋势。
参考文献:
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