宋卓斐，李运刚，李俊国

（河北联合大学 河北省现代冶金技术重点实验室，河北 唐山 063009）

虚拟交互学习在钢铁冶金教学中的应用

宋卓斐，李运刚，李俊国

（河北联合大学 河北省现代冶金技术重点实验室，河北 唐山 063009）

冶金过程是一个复杂且危险源较多的工业过程。学生在实习过程中无法亲自操作设备，也难以把握整个流程。虚拟交互学习系统集成了炼铁、炼钢、连铸、轧制等冶金生产环节。通过学生不同的角色扮演，可以深刻理解并掌握生产工艺。对专业课的学习也起到了促进作用。

教学；虚拟；交互学习

一、建设背景

钢铁厂是学生实习的重要场所，但厂内冶金工艺流程长，工段多，并且各个工段均存在多种类危险因素，主要是高温烫伤、粉尘污染、爆炸等。特别强调的是，有些危险一旦发生，常常是连锁反应，后果很严重。比如在转炉车间内，自炉下渣钢处理设备至车间顶部高位料仓，多达十几层操作平台，每层平台均存在高温、粉尘、噪音等危险因素，尤其是上部平台，存在煤气中毒的危险，因此一般不允许学生进入这些位置参观实习。虽然可以为学生配备劳保服鞋帽、防尘防噪器，甚至CO报警仪等，使学生可以到各工段参观实习，但成本较高，仍有许多潜在危险。近年来，冶金工程专业学生人数不断增加、实习压力增大；而另一方面，企业基于安全、保密、管理等各方面的考虑，接待实习政策发生转变，给实习深入现场的传统实习方式的实施带来了困难。学生在高危场所开展实习，安全隐患较大。但现场实习可使学生身临其境，有大工业生产的真实感受，是不能取消的，因此迫切需要一种虚拟仿真交互实训平台，为学生提供一种安全而又能身临其境的实习之地。

二、基本构架

硬件方面，建立大型服务器，用来存储虚拟交互软件程序和基本交互式操作数据，配置网络电脑群，供学生一人一机学习使用。软件方面，开发了冶金工程虚拟交互学习软件，如图所示，包括铁矿粉造块、高炉炼铁、转炉炼钢、钢水精炼、连续铸钢等模块，可实现钢铁流程全方位虚拟交互学习。其模式包含自主巡游、闯关学习考核、危险场景再现等功能，如图所示。

图1

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图4

图5

将冶金虚拟交互学习软件运用在此平台上并进一步完善，配置学习和使用账号，设计指导手册，制定教学规划。

三、主要功能

冶金工程虚拟交互学习平台具有3D场景再现的功能，学生可以自主进入系统内，扮演工程师角色。平台内包括烧结、炼铁、炼钢、精炼、连铸等各个工序的巨大场景，学生可参观钢铁厂每一个角落，寓教于乐。虚拟交互学习平台内设有安全实训教学，当学生参观、操作错误，模拟产生爆炸、烫伤、中毒等各种危险情景，并要求学生迅速处理后果。虚拟平台系统通过量化评分，对学生的使用进行评价，产生激励作用。冶金工程虚拟交互学习平台给学生提供了丰富多彩的实训场景和强大的学习功能。采用开放自主型实验教学形式，学生冶金工程虚拟交互学习平台上，利用计算机，角色扮演钢铁厂工程师，自由游览钢铁流程各工序，认识和操作各种设备，学习和掌握各种工艺，自主掌握和运用大脑中已有的冶金技能和知识。

四、教学效果

虚拟交互学习平台使学生身临其境，自由游览学习，大大提高学生自主学习的兴趣，突出学生的个性培养，通过知识过关考核、危险情况处理等环节的实训，可大大增强学生的感知、动手和综合学习能力。使学生将生产实习过程的现场感受与虚拟交互学习相结合，将现实环境与虚拟世界相结合，对钢铁冶金工业有更深刻的认识和感受。在设计冶金工程虚拟仿真教学体系时，以学生的创新能力和实践能力培养为核心，牢牢把握“以讲授为基础，以虚拟仿真学习为重点”的多层次、开放型、全过程的教学原则，通过冶金工程虚拟仿真学习环节，达到培养学生实践能力与创新能力的目标。

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G642.4

A

1674-9324（2014）11-0089-02