（一）成果简介

跨学科教育是后工业时代科技知识生产方式转型对人才培养提出的必然要求。我校钢铁生产全流程虚拟仿真实践教学平台从教学环境、教学资源、课程体系、师资队伍、共享机制等方面进行了跨学科实践教学模式探索。一是以钢铁生产系统为背景和载体进行“资源模块化、功能层次化”开发，全方位构建跨学科实践教学平台；二是搭建“基础、综合、创新”三个层次课程体系，构建“分层递进、循环迭代”的跨学科实践学习过程；三是采取专兼职教师相结合的方式组成“虚拟仿真实践讲师团”，面向全校师生和兄弟高校构建“全体共享、全面共享、共建共享”共享机制，形成基于虚拟仿真平台的跨学科实践教学长效机制。

跨学科实践教学模式在教学实施层面可以表述为：以培养学生解决复杂工程问题能力为目标，以问题为纽带或以项目为主要组织形式，将具有跨学科知识技能的教师或由不同学科专业教师组成的教师团队与学生作为教学过程的平等参与主体，充分利用跨学科教学环境（实验室或平台），采用对话、研讨、合作等方式，建设和实施跨学科课程的过程和方法。

（二）主要解决的教学问题

1. 实践教学资源分散，多学科交叉教学环境不足，跨学科实践教学平台构建的系统性尚显不足。

校内实践资源往往分布在各教学单位，而各单位的教学资源往往局限于学科专业，跨学科属性较弱，也不利于系统构建跨学科实践教学平台。专业学院不好突破这种局限性，而教师和学生也只能是因地制宜、就地取材，很难形成跨学科的实践教学课堂。

2. 工业实践学习环节分专业、分地域、分学年开展，基于工业环境的工程实践课程体系的严密性尚显不足。

我校传统的工业实践学习环节，往往是各学院或各系所自行安排，认识实习和生产实习也是隔年开展，所在实习企业的条件也是差别较大。在这个前提下，工业实践学习环节很难形成系统严密的课程体系，往往在专业培养方案中被忽视。

3. 工业实践教师囿于专业方向，难于突破跨专业教学；学生囿于所属专业，难于实现跨专业实践。

工业实践的跨专业属性比较强，而指导实践的专业教师个人往往囿于自身的专业方向，很难做到什么都明白。参加工业实践的学生，往往由本专业的教师带领进行实习，同行的也都是本专业的同学，大大局限了工业实践中的跨专业学习体验。

（三）解决教学问题的方法

1. 采用教学资源集中建设模式，把多个学科方向的教学资源和素材集成建设在一个教学空间，建设信息化实验教学资源，共享优质实验教学资源，构建跨学科的实践教学平台。

教学资源是跨学科实践教学模式建设的核心与重点，既要体现优势学科，又要具备多学科特征。平台的教学资源沿着钢铁生产全流程的采矿、烧结、炼铁、炼钢、连铸、轧钢等生产系统进行模块化开发，每个生产系统又按照工序或操作步骤进行模块化分解。在此基础上，按照“基础-综合-创新”递进关系分层次设置认知实践、仿真操作、控制系统设计等模块，便于师生选择实践对象和层次。在认知实践模块，系统以生产流程为主线展开不同工序或步骤，而每个工序或步骤中又按照知识点以视频、动画、虚拟现实等形式进行交互式呈现。在仿真操作模块，学生可以自主进行炼铁、炼钢、连铸、轧钢等生产操作，系统根据参数设定、操作过程和生产结果等进行自动评分。在控制系统设计模块，学生则以典型控制环节为对象，基于虚拟场景自主设计控制算法、编写控制程序、整定控制参数、设计控制界面，进而深入学习控制机理，锻炼实践技能。在此框架之下，广泛集成各学科先进技术，充分利用最新科研成果，确保教学资源的先进性。

2. 提升授课教师的跨学科教学能力，采取专兼职教师相结合、校企教师相结合、常任与临时教师相结合的方式组成“虚拟仿真实践讲师团”，开展跨学科教学。

师资队伍是跨学科教学平台的重要组成部分，在跨学科教学中充当主导者和组织者的角色。平台主要从两方面入手进行师资队伍建设。一方面，不断提升授课教师的跨学科教学能力，鼓励教师跨学科学习和进修，多参与科研、工程和教研项目，积极开展课程建设与教学改革。另一方面，采用专职教师与兼职教师相结合、校内教师与企业教师相结合、常任教师与临时教师相结合的方式组成“虚拟仿真实践讲师团”，大家取长补短，相互补充，共同研讨合作，开展跨学科教学。平台建设以来，师资团队不断壮大，所属学科包括矿业工程、冶金工程、材料科学与工程、机械工程、动力工程与工程热物理、控制科学与工程、安全科学与工程、环境科学与工程等。以工科试验班虚拟仿真生产实习为例，同一门课中有来自冶金工程、材料科学与工程、控制科学与工程三个学科的教师进行授课，学生在冶炼、轧钢和控制任务的驱动下进行工艺计算、生产操作、控制系统设计等，达到跨学科融合学习的效果。

3. 基于跨学科教学模式的课程充分考虑跨学科教学的内涵，采用跨学科教学基本单元，课程体系按照基础、综合、创新三个层次进行构建。

课程是实现跨学科教学的基本单元，基于跨学科实践教学模式的课程充分考虑跨学科教学的内涵，课程体系按照基础、综合、创新三层次进行构建，每个层次均有相应的课程目标、教学内容、教学方式和考核方法。其中，课程目标采用知识和能力两层次设计，把“解决复杂工程问题能力”纳入高层次培养目标；课程内容按照生产系统、技术要素、复杂工程问题三维度架构，把复杂工程问题特性作为维度之一；教学方式采用研究型、项目式教学，各层次分别采用“问题为中心”、“应用为中心”、“设计为中心”的原则和方法；考核采用多元化方法，从不同角度测评学习效果。基于钢铁生产虚拟仿真的跨学科实践教学模式的三层次课程体系详见表1所示。

表1 基于钢铁生产虚拟仿真的跨学科实践教学模式的三层次课程体系

4. 秉持“全体共享、全面共享、共建共享”的基本原则，尽力保障虚拟仿真教学资源的最大化利用以及跨学科教学的深入开展。

共享机制是汇聚多学科师生、构建跨学科课堂的基本保障。平台秉持“全体共享、全面共享、共建共享”的基本原则，尽力保障虚拟仿真教学资源的最大化利用以及跨学科教学的深入开展。全体共享即面向本校和兄弟高校的全体师生开放共享，依据本校教学计划开设课程，按照师生预约开放平台，受众学生涵盖工科、理科、文科等多类学科。全面共享即采用多种方式对平台所有资源进行共享，共享方式包括“线下”、“线上”、“线下+线上”，共享范围包括师资、虚拟仿真教学资源和实验室空间。共建共享即以共建推动共享、以共享引领共建，以跨学科实践教学模式的建设与应用为纽带，汇聚校内外优势学科资源、师资队伍和技术团队，实现跨学科共建共享。