虚拟仿真技术在冶金工程专业中应用的探究

虚拟仿真技术在冶金工程专业中应用的探究

罗君子

贵阳铝镁设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081

摘要：目前，随着“双一流”学科建设的提出，加快高等教育治理体系和治理能力现代化，培养各类高素质优秀人才，为支撑国家创新驱动发展战略、服务经济社会发展显得尤为重要。为此，以虚拟仿真实验与现实教学相结合为方法的教学手段适应了信息时代高等教育办学、资源共享的变革要求。在提高人才培养质量的同时，也为实验教学改革和实验室建设增添了活力和动力。当前，虚拟仿真实验教学的建设受到了高等院校的高度重视。

关键词：虚拟仿真；冶金工程；模拟炼钢；课程建设

1虚拟仿真技术概述

虚拟仿真技术在百度百科上定义又称虚拟现实技术或者模拟技术，就是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术，是20世纪80年代新崛起的一种综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等。它由计算机硬件、软件及传感器构成。三维信息虚拟环境，逼真模拟现实世界甚至不存在的物体和环境，人可在此环境里亲自操作，自然地与虚拟环境进行交互。虚拟的仿真技术是一门新兴起的高技术，由于其逼真的作业环境、可重复性操作、无耗材等优点，近年得到迅速的发展，应用于军事、航空、机械制造等国家多个领域，甚至现在被职业院校引入教学中，如武汉军械士官学校，开发了模拟软件在计算机操作课程中的应用;石家庄职业技术学院利用仿真技术对化工自动化实践教学进行了改进，改革后的教学过程在仿真实训室进行，多媒体教学和仿真上机同步进行，将理论教学和实践教学同步进行;其他多所高职院校对计算机、自动化、建筑等专业的部分课程教学方式改革或软件具体应用进行了研究和探讨。

2应用虚拟仿真技术的优势

一是对冶金生产的全过程进行详细模拟，让学生对工艺设备、结构原理、生产流程有一个全方位的认识，提升全局意识，模拟软件还可以对某一工艺流程反复研习，学生可以针对自身情况补足短板；二是不受时间和地点限制，只要在电脑旁就可以操作，大大提高了实习实训的效率，便于学生在最短的时间内掌握必要的生产知识；三是节约生产原料成本、操作安全性高；四是学生可亲自动手操作，有利于加深记忆，提高了学生学习的积极性和主动性，提升了自主学习能力；五是优化了冶金实习教学模式，丰富了教学手段，理论联系实际，拓宽了学生视野；六是丰富和完善了教学评价体系，虚拟仿真技术软件设置有专业考评测试，可以对学生的操作水平进行考核，有助于从多角度评估学生掌握知识的程度。

3虚拟仿真在教学过程中的应用及意义

采用虚拟仿真炼钢与现实生产实践、课堂授课相结合的方法，实现真实实验不具备或难以完成的教学功能，坚持软硬件同步建设的指导思想。使学生在模拟炼钢过程中回忆在现场观察到的现象，虚实结合，使学生对转炉炼钢的生产工艺、炼钢过程有更深刻的了解。

3.1传统实习方式的弊端

现场实习是学生最好了解现场状况、生产工艺的方式，但通过以往的实习情况及学生对实习的反馈来看，生产实习这一重要的实践环节效果并不是很理想。造成这一状况的原因是多方面的，既有实习环节安排上的问题，也有很多现场的客观原因影响，这是旧的生产实习模式本身存在的弊端。钢铁企业多制定了安全生产目标，在这种情况下多数企业出于自身利益及安全方面的考虑，通常不愿意接收高校学生来实习，即使接待了实习大多也是走马观花地走流程。学生多处于“远观”的实习状态，而在环境较好的控制室内为了不影响生产，学生只能在规定距离以外听工人师傅讲解。因此，传统的生产实习方式远远不能满足学生对所学书本知识的形象转化。

3.2教学过程中的弊端

传统课堂授课多以讲授的方法为主，随着多媒体课堂的引入，目前课堂上多以教师讲授与多媒体教学相结合的方式进行。多媒体的引入大大提升了学生对抽象概念的理解，学生可以通过图片、视频更好地理解老师所讲授的内容。这样的教学方式也会带来一定的弊端，讲授的方式突出了教师在课堂上的主导作用，以教师的讲授为主，学生始终处于一个被动接受信息的状态，学生失去了自己主观上探求知识的意识和习惯，课堂上只是默默地去听。多媒体的引入有助于学生对课程的理解，印象的加深，但多媒体只能通过图像去局部地展现，学生同样是被动接受，长此以往，学生会对知识不求甚解，逐步失去主动探求知识的意识和习惯。

教学过程应该紧密围绕学生开展，只有学生主动去探索知识，知识才能被学生更好地吸收和消化。学生主动思考、积极参与才是增强教学效果的关键。要做到教师给学生一杯水，学生能打出一桶水，这才是今后教学方式突破的方向。

3.3虚拟仿真课程引入的优势

针对冶金工程专业学生学习的特点及传统授课方式的弊端，模拟炼钢综合实训系统应运而生。虚拟仿真授课的方式把钢铁生产流程、生产设备及其工作原理、冶金反应机理、生产工艺、实践操作及安全，实现了钢铁企业的3D可视化，辅之以配音讲授，辅以动画、虚拟场景、高清视频等多种教学资源，再现工业现场操控环境，植入完整的工艺技术操作规程。虚拟仿真系统以培养创新人才为目标，立足于直接强化学生的工程实践能力，以提升学生对专业知识的认知水平为目的，为专业课程的学习奠定良好的实践基础。结合我校自主开发的冶金工程虚拟交互学习平台软件和钢铁大学在线模拟炼钢软件，对学生进行钢铁流程各工序的设备与工艺认知，工艺的能力的测试以及实践操作模拟。

3.3.1课程改良措施

依托华北理工大学冶金与能源学院虚拟仿真实验室为平台，以传统的课堂授课为基础增加虚拟仿真课程学习，即每门课程开设传统的教师授课教学和上机课程。在对应章节教师授课结束后安排上机，将老师讲授的抽象的、看不见的设备通过虚拟仿真的方法更加直观地反映给学生，提升学生的认知能力，加深印象。通过学生自己上机操作钢厂炼钢的生产环节，以提升学生的实践动手能力。

学生使用的电脑一台是主机，一台是演示机，主机的主要功能是进行炼钢操作，演示机主要功能是播放实时动画，这样学生可以在操作的同时通过演示的动画更形象、具体地体会到现场的情境，使学生更加直观地看到在现场实习看不到的东西。每两人为一组，同组之间可以相互讨论，在讨论的过程中相互提高，主动去研究在操作过程中，课堂听课过程中不理解的问题，达到使学生主动探求知识的目的。同时虚拟仿真系统还配有认知实习、考核评价、实践创新等多个模块，可以全方位、多方面、立体化地使学生更好地提升对相关专业的学习能力。

3.3.2鼓励机制

为了鼓励学生对虚拟仿真操作的兴趣，以学院为单位举办模拟炼钢大赛，并选拔成绩优异的学生参加国家、省级模拟炼钢大赛，达到在学生中推广、普及虚拟仿真课程的目的，同时在指导教师进一步的指导下提升学生的操作及对相关专业知识的认知能力。通过参与大赛培养学生的临场应变能力及动手能力，在比赛的过程中增强学生的自信心，为个人、集体赢得荣誉。

通过虚拟仿真课堂及参与模拟炼钢比赛的引入，学生对相关转炉炼钢知识的理解与掌握能力大幅度提升，在虚拟仿真软件操作的过程中主动去思考问题，探究问题的答案，原本枯燥无味、抽象的书本知识变得更加生动、形象，学生的学习状态明显好转。

4结束语

总之，通过对生产实习情况的分析发现，传统的生产实习方式远远不能满足学生对所学书本知识的形象转化。传统课堂的教学方式学生始终处于一个被动接受信息的状态，学生失去了自己主观上探求知识的意识和习惯，并不能达到预期的教学目的。通过虚拟仿真课堂及参与模拟炼钢比赛的引入，学生对相关转炉炼钢知识的理解与掌握能力大幅度提升，学生学习状态明显好转。

参考文献

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[2]苏欣.高职院校虚拟仿真教学应用初探[J].工业和信息化教育,2015(2):56-58.

[3]张庆民,吴春梅.基于“体验实验”的网络虚拟仿真教学探析[J].信息系统工程,2017,4(20):49-51.