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新时期传统工科专业型硕士课堂教学实践优化 ——以冶金工程为例
发布时间:2021-10-20 点击: 发布:《教育教学论坛》杂志社
新时期传统工科专业型硕士课堂教学实践优化
——以冶金工程为例
侯自兵  
(重庆大学 材料科学与工程学院冶金工程系 重庆 400044)
[  ] 新时期技术变革对于传统工科专业型硕士的培养既充满挑战也蕴含机遇。如何利用好研究生初期课堂教学是培养高层次应用型专门研究人才所面临的一个重要课题。基于多年的教学实践以及研究生指导经历,指出对于冶金工程专业型硕士的专业课课堂教学,采用明晰教学目标、研究型教学模式、虚拟仿真实验、融合前沿技术与学生成绩互评等优化措施能够使教学效果得到较为明显的提升。期望以上方法能够对同类专业相似课程的课堂教学起到帮助。
[关键词]新工科;传统工科;专业型硕士;课堂教学;冶金工程
[基金项目]重庆大学第五批研究生重点课程建设项目(201805008),重庆大学“面向智慧钢铁的冶金工程专业改造升级路径探索与实践”建设项目。
[作者简介]侯自兵(1985—),男,侗族,湖南溆浦人,工学博士,重庆大学材料学院冶金工程系,副教授,博士生导师,主要从事连铸及炼钢新技术研究。
目前,新时期新工科背景下卓越拔尖工程创新人才的培养逐渐成为对应教育改革的方向[1-3]。对比现阶段制造强国的工程科技人才培养现状,我国传统工科专业的技术人才培养与“新工科”提出的新要求还有着一定的差距。为了满足从制造大国往制造强国的转变,实现“中国制造2025”的发展目标,从2010年开始国家对硕士生的培养已经逐渐从学术研究型往学术型与专业型双目标培养的方向发展。并且,专业型硕士研究的比重越来大。以重庆大学为例,已经接近形成学术型硕士生和专业型硕士生各占半壁江山的总体格局。加大对专业型硕士研究培养的出发点是为了强化学生对注重实际工程应用问题的解决能力,满足国家工程教育体系的发展需求。
冶金工程在我国属于典型的传统工科专业(设立时间早、涉及面广且过程复杂的制造类工程专业),其对应的冶金工业为国家重要的支柱产业之一[4]。我国正处于从世界冶金大国向世界冶金强国转变的关键时期,在新形势下,为满足我国经济进入“新常态”后对环保、能源、产品结构等各方面提出的新要求,建立适应新时代的“智慧钢铁”成为冶金工业发展的必然选择[5-6]。如何适应新时期下冶金工业的发展,为冶金企业转型升级过程输送高素质创新技术人才,成为当下高校冶金工程专业人才教育中亟待解决的问题。因此,从冶金行业来说,需要大量有较高冶金及相关领域研究素养的工程拔尖人才。目前冶金工程专业型硕士的培养也取得了很多成果,但是就实际培养过程及效果而言,现在对专业型硕士生的培养还依然存在一些问题需要解决。其中,课堂教学是冶金工程专业型硕士研究生初期的主要任务之一,因此如何充分利用好这个起点环节对于研究生阶段整个培养显得尤其重要。本文以冶金工程专业为例,基于多年讲授其专业型硕士的专业课《纯净钢及二次精炼》等课程以及指导研究生的实践积累,从明晰教学目标、研究型教学模式、虚拟仿真实验、前沿技术融合与学生成绩互评等五个方面探讨新时期冶金工程专业型硕士课堂教学的优化策略。
一、 明晰教学目标
根据《中华人民共和国学位条例》,需达到以下两点才能授予硕士学位:(1)在本门学科上掌握坚实的基础理论和系统的专门知识;(2)具有从事科学研究工作或独立担负专门技术工作的能力。而对于专业型硕士,就需要在此基础上将学生培养为掌握某一特定职业领域相关理论知识、具有较强解决实际问题的能力、能够承担专业技术或管理工作、具有良好职业素养的高层次应用型专门人才。因此,研究生阶段初期的课堂教学也需要服务于上述目标。不仅是坚实的基础理论和系统的专门知识,更需要有足够强的解决实际问题的能力。课堂教学目标与教学大纲及内容的设计虽然可以从理论点出发,但应该均以技术或工程能力素养为最为重要的目标。同时,在每次课堂教学介绍时,对教学目标充分解读且让学生对自身定位有更为清晰的认识对后面各个培养环节的实施能起到很好的导引作用。以冶金工程专业的《纯净钢及二次精炼》课程为例,其在第一堂课就安排比较充足时间与学生们讨论教学目标及其定位,并且将该课程的教学环节设计为产品(纯净钢)与对应工艺(二次精炼)相结合;产品的讲解注重核心技术的介绍;工艺的讲解注重从科学原理、技术基础与工程方法三个层次把握。
二、 研究型教学模式
    研究型教学模式讲究教学与科研的统一,该方法对于研究生的课堂教学显得尤为重要。根据侧重点的不同,教学模式可以简要分为知识型教学模式与研究型教学两类。对于新时期新工科背景下专业型硕士而言,其应以研究型教学模式为主。基于不同理论学说(创新发生理论与心理学理论)与研究型教学模式授课重点的网络关系图,授课过程中需要重点注意科学技术工程不同角度、联系生产实际、突出逻辑性(方法分析)、形象性(虚拟仿真、交叉与协同)、启发性(互动)、突出技术创新案例的历史与思路、换位思考(培养与安插兴趣点)、注重授课节奏、注重授课细节与侧重点等方面[7]。开展方式可以通过案例教学、问题教学、讨论沙龙等形式进行,而不应受教室固有格局的限制。为了方便活动的充分实施,每次课堂活动的时间也可由通常的2个学时扩展为3至4个学时。例如,针对钢铁冶金方面的专业型硕士课堂教学,可以通过调研本行业生产企业技术现状与转型升级发展方向(如大数据+钢铁、互联网+钢铁、智能化钢厂等),展开纯净钢先进生产技术方面的研讨教学,同时也可请企业专家来校就专门工程问题进行讲授。
三、 虚拟仿真实验
相对于学术型硕士,专业型硕士解决工程实际问题的能力应该更强一些。因此如何从一开始的课堂教学环节就逐渐渗透这方面能力的培养是一个重要课题。由于学时和客观条件的限制,大部分课堂教学都只能在教室完成。除了开设专门的实验课程之外,对于纯课堂教学的课程,将虚拟仿真实验穿插其中往往能够起到意想不到的效果。基于专业仿真模拟实验的过程演示或生产流程的仿真,构建本课程教学目的相对应的设备装置或模拟程序,既可以补充本课程的实践教学环节,也有助于进一步弥补实践能力与创新能力培养的短板。同时,对于以工程产品为目标的课程,可以采用从工艺到产品相结合的方式促进学生理解生产全流程并与现场应用相结合;实施科学原理、技术基础与工程方法的讲解方式有利于学生形成比较完整的知识结构,从产品质量本身逆向研究工艺有利于提高专业型硕士的实践水平,同时培育学生的科研能力与实践创新素质。
四、 融合前沿技术
当今智能制造是冶金等很多传统工科行业转型升级发展的必由之路。 数字
化、网络化与智能化是新一代智能制造发展的三个阶段[8]。新一轮科技革命与我国经济发展转型形成历史性交汇,为很多传统制造业都迎来的新的发展机遇。例如,新基建的出现对很多行业的人才培养都提出了新的要求。2020年4月20日,发改委创新和高技术发展司首次明确了新基建的范畴,包括信息基础设施、融合基础设施、创新基础设施。其中,融合基础设施主要是指深度应用互联网、大数据、人工智能等技术,支撑传统基础设施转型升级[9]。因此,在传统工科专业型硕士的课堂教学中要尽可能的体现这些新发展趋势。同时,可针对相近相关专业科技最新发展成果(如人工智能、工业4.0、5G技术等)以及对应课堂教学经验,展开行业前瞻技术研讨教学的课程设计及实践。另外,由于有些课程现有教材相对偏旧,新技术方面的参考书及资料又种类繁多、针对性弱,因此将来可逐步基于以上构建融合前沿技术并满足新时期专业型硕士培养要求的教材与参考书体系。
五、 学生成绩互评
    目前,课程成绩往往会贯穿每一门课程从开始到结束,其很多时候也成为了部分学生最为关心的事情。因此,教学方法的改革必然要伴随课程成绩构成或考核方式的改革或优化。当下,大部分课程成绩可以分为平时成绩与期末成绩两个方面,而期末成绩有的以考试的方式进行,有的以报告或论文的形式进行。对于新时期背景下专业型硕士课程的考核,同样也可以由平时成绩与期末成绩构成,但应该以平时成绩为主(或比例各占一半),且期末成绩应该更多采用报告或论文的形式为好。与此同时,为了更有连贯性且让学生有足够的时间去深入思考,建议期末成绩的报告论文应该与平时的教学环节相一致(如利用平时学生所提问题或所作报告为主题展开更为深入的分析)。针对平时成绩,除了出勤率以外,学生参与讨论、自提问题以及学术报告等方面的表现应该成为其中的重点;并且,通过作者的亲身实践发现,学生平时成绩也可以采取学生互评与老师评分相结合(各占一定比例)的方式进行,并且这种方式很受同学们的欢迎。学生互评是指学生可以根据平时表现对所有同学(包括自己在内)进行匿名评分,这样既可以更好激发学生的主动性,又能触动学生去换位思考与分析自己的能力现状与课堂表现。
六、 结语
通过逐步实施以上课堂教学的实践优化措施,作者本人讲授的冶金工程专业型硕士课《纯净钢及二次精炼》学生评教平均排名由2017年往回前三年的前47.5%上升为近两年的前10.6%。期望明晰教学目标、研究型教学模式、虚拟仿真实验、融合前沿技术与学生成绩互评等方面的优化方法能够为同类传统工科专业型硕士生的培养提供一些有益的参考。
[参考文献]
[1] 李春梅, 何 洪, 李 元, 程南璞.  “新工科”背景下材料类专业“虚实互补”实验教学体系深化研究[J]. 西 南 师 范 大 学 学 报 (自然科学版),2020, 45(4):143-148.
[2] 陆国栋,李拓宇.新工科建设与发展的路径思考[J]. 高等工程教育研究,2017(3):20-26.
[3] 董桂伟,赵国群,宋立彬,郑 超,王桂龙. “新工科”建设背景下传统工科专业实验教学改革探索[J]. 教育教学论坛,2020, 9:125-126.
[4] 殷瑞钰. 冶金流程工程学[M]. 北京:冶金工业出版社, 2009.
[5] 翁宇庆. 我国经济发展对部分高端钢铁产品的需求[C]. 第九届中国钢铁年会,大会报告, 北京, 2013.
[6] 张建良, 周芸, 徐润生, 王广伟, 焦克新. 中国制造2025:推进钢铁企业智慧化[J]. 中国冶金,2016, 26(2):1-6.
[7] 侯自兵, 文光华, 唐 萍, 陈登福. 工科高年级研究型教学模式[J]. 中国冶金教育,2016,173(2):7-9.
[8] 周济. 走向新一代智能制造 [C]. 2018智能制造国际会议, 北京,2018.
[9] 干勇. 提升新材料产业基础能力,推动新材料产业高质量发展[C].中国工程院重大咨询项目“提升新材料产业基础能力战略研究”项目启动会. 北京,2020.
Optimization of Classroom Teaching Practice of Traditional Engineering Professional Masters in the New Period
——Taking Metallurgical Engineering as an example
HOU Zi-bing
(College of Materials Science and Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044)
 
Abstract: Technological changes in the new era are full of challenges and opportunities for the cultivation of traditional engineering professional masters. How to make good use of the early classroom teaching of graduate students is an important issue facing the cultivation of high-level applied specialized research talents. Based on the author ’s many years of teaching practice and postgraduate guidance experience, this article points out that for the professional classroom teaching of the master ’s degree in metallurgical engineering, by using optimization measures such as clear teaching goals, research-based teaching models, virtual simulation experiments, integration of cutting-edge technology and mutual assessment of student performance, the teaching effect has been significantly improved. It is hoped that the above methods can help classroom teaching of similar courses of similar majors.
Key words: New Engineering; Traditional Engineering; Professional Master; Classroom Teaching; Metallurgical Engineering