摘要： 钢铁冶金生产由于规模庞大、设备大型化、高危险、高消耗、高污染等特点，无法在校内进行实际生产和操作。利用虚拟仿真系统可以实现冶金工程专业真实实验不具备和难以完成的教学功能。文章分析了传统钢铁冶金学教学存在的问题，并从仿真实验、教学方法和教学手段、学生成绩考核方法等方面进行了创新性教学改革探索。结果表明，将虚拟仿真系统运用到钢铁冶金学课程教学中，有利于学生学习兴趣的提高、专业知识及实践技能掌握，学习效果明显改善。

Abstract： Due to its large scale， large equipment， high risk， high consumption and high pollution， iron and steel metallurgy production can not be carried out in school. The use of virtual simulation system can achieve the teaching function that real experiment of metallurgical engineering does not have and difficult to complete. The article analyzes the existing problems in the traditional teaching of iron and steel metallurgy， and carries out the innovative teaching reform from the aspects of simulation experiment， teaching methods， teaching methods and student performance assessment methods. The results show that the application of virtual simulation system to the teaching of steel metallurgy is conducive to the improvement of students' interest in learning， mastery of professional knowledge and practical skills and the improvement of learning effect.

关键词： 虚拟仿真系统；钢铁冶金学；创新教学；仿真实验

Key words： virtual simulation system；iron and steel metallurgy；innovation teaching；simulation experiment

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）04-0209-04

0 引言

虚拟仿真系统是综合利用多种技术，包括计算机仿真、传感技术、光电成像技術、计算机图形学等，创建一个逼真的、具有视、听、触、嗅、味等多种感知的计算机系统。学生通过数学模型模拟真实的生产工艺进行操作，可以更形象、直观地体会真实的生产过程。冶金工程专业是青海大学特色专业之一，国家第三批“卓越工程师教育培养计划”试点专业，利用虚拟仿真系统可以为课程教学改革提供创新平台。

1 课程教学问题

《钢铁冶金学》课程是一门理论性和实践性较强的课程，在讲授基础知识的同时，又需要提升学生解决生产实践问题能力。现有的教学存在一些问题亟待解决。

①课程教学过程中针对性不够清晰。教学目标想兼顾理论知识提升和实践能力提升，但在实际的教学过程中力不从心，使得理论知识和实践能力培养都不尽如人意。

②理论与实际相结合不够完善。《钢铁冶金学》这门课程具有较强的工程背景，但在教学中受到教学大纲和课程安排的制约，学生们的自主研究性学习和训练环节缺乏，使得毕业学生无法适应企业和社会的要求。

③期末考试采用传统的闭卷笔试考试。这种考核方式能够对学生的知识掌握情况做出评价，但是对于培养学生的实践能力、创新能力这一目标还存在一定的差距。除此以外，期末考试时间过于集中，不利于调动学生平时的学习积极性，学生整个学期的学习效果无法仅用一次考试成绩来准确的衡量，且无法对学生的学习进度进行实时监控[1]。

2 钢铁生产虚拟仿真系统简介

钢铁生产虚拟仿真系统是利用3D动画和虚拟现实技术对钢铁生产的主要设备、工艺流程和自动化控制操作系统进行仿真和模拟[2]。该系统实现了冶金行业生产工艺操作的实时仿真，学生在虚拟环境中开展实训，能够完整的、按工艺操作规程进行，时间上与现场达到1：1的匹配，具有完善的操作评价体系及自动打分功能；现场三维漫游，让学生以第一人称视角，多角度、全方位的在虚拟场景中行走，实现真实实验不具备或难以完成的教学功能。

钢铁生产虚拟仿真系统包括：炼铁仿真系统和炼钢仿真系统。炼铁仿真系统模拟2580m3高炉，通过三维模型展示高炉内部结构，同时在线呈现三维炼铁生产过程，该系统可进行槽下配料操作、炉顶布料操作、高炉本体操作、热风炉操作、高炉炉前操作和喷煤操作。学生通过该系统可熟练掌握高炉炼铁的整个冶炼过程，对高炉现场的正常和异常工况进行判断，软件配备的考核系统可满足学生进行虚拟练习的要求。炼铁仿真系统的组成如图1所示。

炼钢仿真系统是利用三维动画技术完成针对炼钢完整工艺流程：铁水预处理、转炉炼钢、LF精炼、板坯连铸完整工艺流程的设备和场景的制作；仿真制作了全工艺流程的自动化二级监控系统和操控硬件设备（仿真现场操作台）；采用虚拟现实技术将生产现场的自动化操控系统进行仿真，通过网络通讯实现与虚拟场景和设备的完成互动；在物理模型、工艺模型驱动下实现符合真实炼钢工艺过程训练。炼钢仿真系统主要进行铁水预处理操作、转炉操作、LF精炼操作和连铸操作。系统组成如图2所示。endprint

3 课程教学改革<