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成果形成的背景
当今世界的重大科技创新成果,大多是多学科技术交叉、融合和汇聚的结果。多学科、多技术领域相互渗透、交叉融合、群体突破,将是未来工程科技发展的普遍规律,同时也是满足人类多元化需求和社会可持续发展的必然要求。学科交叉源于对科技趋势和学术研究的思考,同时逐步渗透到以复合型人才培养和交叉思维、系统思维训练为指向的跨学科教育。近年来,无论是我国倡议“新工科”建设还是麻省理工学院发起“新工程教育转型”计划,都赋予工程学科跨越现有学科界限的新内涵,进而培养解决未来复杂工程问题的创新者与引领者。在此背景下,跨学科实践教学已然成为现代工程实践教学体系的重要组成部分。
我校钢铁生产全流程虚拟仿真实践教学平台(以下简称“平台”)于2014年建成并投入使用,2015年获评“国家级虚拟仿真实验教学中心”。具有良好的工程背景和丰富的虚拟仿真教学资源,汇聚钢铁生产密切相关的多个优势学科,呈现出支撑跨学科教学的优越特性。首先,平台具有鲜明的钢铁行业背景,其建设以钢铁生产系统为仿真对象,承载了多学科知识与技术资源。第二,教学实验室按照工业风格设计软硬件,配置有工业组态软件和虚拟控制器,仿真对象数学模型则以实际生产系统为原型进行开发,同时设有大屏幕和虚拟场景对生产过程进行3D显示,高度仿真企业环境。第三,学生基于虚拟仿真实践教学环境,不仅可以以参观者的角色对钢铁生产车间进行漫游,还可以以工艺工程师的角色针对生产系统进行工艺计算、数据分析和质量优化,或者以生产工程师的角色进行设备操作和生产控制等,从不同学科视角低成本高效率地进行实践学习。
很显然,钢铁生产系统作为复杂过程系统,为跨学科教学提供了复杂工程问题情景,是实现解决复杂工程问题能力培养的基本载体。基于钢铁生产虚拟仿真的跨学科实践教学的宗旨是全面提升高校学生创新和实践能力,核心是共享优质实验教学资源,重点是建设信息化实验教学资源,实现跨学科实践教学,为学科贯通课程夯实基础。平台在教学实践中不断探索,形成了基于钢铁生产虚拟仿真的跨学科实践教学模式。
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