（1）系统掌握电弧炉炼钢基础理论，工艺流程和设备工作原理。

（2）完成典型原料结构条件下的工艺参数设计和CO2排放强度计算。

（3）完成实验操作步骤，掌握电弧炉炼钢的基本过程。

（4）将钢水成分和温度控制在目标钢种的要求范围之内，冶炼得到合格钢水。

（1）冶金过程虚拟仿真实验是培养学生工程实践和创新能力的重要载体，符合“新工科”发展方向，也是冶金学科践行“立德树人”理念的重要体现。

在新经济发展背景下，智能制造、互联网+、大数据、云计算等新技术不断涌现，新一轮产业革命对工科类专业建设提出了新要求，“新工科”应运而生。“新工科”改革的两大方向是：新兴工科专业建设和依托工程教育框架的传统工科专业升级改造。新工科的本质是培养创新型人才，核心目标是培养伟大的工程师。因此，如何提升工科学生工程实践能力和创新创业能力是新工科建设的核心要务。与此同时，我国工科教育存在工程能力与创新能力缺位的现象，以冶金工程专业为例，课程教育以理论教学为主，课程知识陈旧，前沿性、实践性、创新性内容严重不足，制约了优秀工程创新人才的培养。为了响应教育部“新工科”号召，全面践行“学生中心、产出导向、持续改进”的质量理念，构建适应新经济发展要求的冶金工程“新工科”专业势在必行。在冶金工程专业升级改造过程中，探索学生工程实践和创新能力协同提升的新途径，形成贯穿全程的冶金工程实践能力和创新能力协同培养新模式是最核心的任务。转炉炼钢是钢铁生产最核心的工序，选择其进行虚拟仿真实验，通过巧妙设计，使实验涵盖设计性、流程性、操作性、创新性等所有要素，可以成为培养学生工程实践能力和创新能力的重要载体。同时，将“立德树人”和“思政育人”有效融入教学全过程，采用情景体验式教学新方法，不仅使学生感受到我国钢铁事业在国家经济发展中的重要地位，而且能潜移默化地激发学生投身于国家建设的情怀和使命感，也是虚拟仿真实验教学的重要任务。

（2）电弧炉炼钢是中国钢铁工业绿色低碳转型的必然选择，是钢铁冶金专业实验教学的核心环节之一，同时也是典型的高危、高耗能、高成本工业生产过程，依托虚拟仿真手段开展实验是最好的选择。

钢铁工业是国民经济和国防建设的支柱产业，钢铁材料是应用最广泛的工程材料。在可以预见的未来，没有任何一种材料可以完全代替钢铁材料。1996年起，我国钢铁产量已跃居世界第一，到2019年，我国粗钢产量达9.9亿吨，占世界粗钢总产量的53.3%，已成为名副其实的钢铁大国。钢铁生产工序复杂，流程长，规模庞大，设备密集，是典型的高危行业。2012年2月14日，财政部、安全监管总局印发了《企业安全生产费用提取和使用管理办法》，将冶金纳入9个高危行业之一。电弧炉是目前世界上最主要的炼钢方法之一，相比于传统的“高炉-转炉“长流程，电弧炉短流程能够减少60%的CO2排放，甚至有望实现近零碳排，因此电弧炉炼钢已成为中国钢铁工业绿色低碳转型的必然选择，各级政府机构、行业协会均明确表示鼓励电弧炉炼钢发展。电弧炉炼钢的主要特点是：高温（约1650℃），高危易爆（高温电弧和煤气），高能耗（吨钢耗电量300-500kwh），高成本，实际电弧炉炼钢为不可逆过程，采用全密闭、不可视操作。综上，电弧炉炼钢实验教学存在巨大困难：①工序复杂，设备昂贵，高温、高压、高产能导致实验成本极高，无法真实呈现或还原；②课堂和实验教学无法真实展现炼钢全过程，知识碎片化严重，学生感知性差，只能靠主观想象来理解基本知识和原理（包括转炉内化学反应、流体流动、气体迁移、物质交换等），极大地降低了学生的学习热情；③实验教学只能通过搭建简单常温物理模型来实现操作，设计性和操作性均有显著欠缺，制约了学生工程实践能力和创新能力的培养。而基于现代信息技术构建虚拟仿真实验可以很好地解决以上难题。

（3）开展低碳排电弧炉炼钢装备和工艺设计虚拟仿真实验建设是契合冶金工程专业本科生培养方案升级改造的重要举措。

冶金工程是研究从矿石等资源中提取金属及其化合物、并制成具有良好加工和使用性能材料的工程技术专业，冶金工业强有力地支撑了我国国民经济和国防建设，同时冶金工业的CO2排放占全国碳排放总量的近30%。本专业旨在培养熟练掌握冶金工程学科基础知识和理论，了解冶金工程领域新工艺及前沿技术，具备较强创新意识、工程实践能力和科技开发能力的复合型人才。《钢铁冶金学》是冶金工程专业的骨干课程，是提高学生理论与工程实践能力的重要途径，也是深入实施“卓越工程师培养计划”的重要组成部分。本虚拟仿真实验课程重点针对《钢铁冶金学》中的“电弧炉炼钢冶炼工艺”部分而展开，能够让学生身临其境地了解电弧炉炼钢相关设备设施，掌握相关工艺参数的设计依据，并在虚拟环境中亲自动手完成炼钢过程操作，全面、真实地了解低碳排电弧炉炼钢装备和工艺，更加深刻地理解和掌握相关知识点，提升自身的工程实践能力和创新能力。

由于电弧炉炼钢是在高温、密闭的反应器内进行，具有高危、高能耗、不可视等突出特点，传统教学方法只能通过图片、视频等方式向学生展示，学生毫无参与感和体验感，难以深刻理解并掌握相关知识要点。针对上述问题，本团队将电弧炉炼钢的基础理论、工艺设备和前沿技术进行系统融合，遵照“能实不虚，虚实结合”的原则，自主开发了低碳排电弧炉炼钢设备和工艺设计虚拟仿真实验课程，构建了高度仿真的虚拟炼钢场景，学生可以近距离观察炼钢设备，并深度参与电弧炉炼钢过程。本课程将最新科研成果和虚拟仿真技术相结合，把抽象、不可视的炼钢过程转变为直观、可视化的教学过程，实现了课程的易学和好教，有助于激发学生的学习兴趣，培养学生解决复杂工程问题的能力和创新欲望。

让学生了解电弧炉炼钢的优势、用途、性能要求和生产工艺，掌握电弧炉炼钢的设备组成、工艺制度设计和碳排放测算方法，培养学生的工程实践能力。

（1）知识与技能目标：熟悉炼钢车间和炼钢设备，明确各炼钢工序的冶金功能，掌握电弧炉炼钢的基础理论和基本原理，建立炼钢设备参数、原料条件、工艺制度和冶炼过程平稳性、冶炼终点达成率之间的内在关联，加深对电弧炉炉内反应规律的理解。

（2）能力目标：学生能够根据课程目标设计出合理的电弧炉设备参数、原料结构和生产工艺路线，并根据原料结构计算出电弧炉炼钢的辅料消耗和CO2排放强度，设计出适宜的吹炼工艺制度，高效平稳地冶炼得到合格钢水。

（3）情感与价值观目标：使学生感受到钢铁工业在国民经济、国防建设和国家低碳战略转型中的重要地位，提升学生的专业自信和专业热情，鼓励学生自主创新突破绿色低碳发展问题，助力我国由钢铁大国迈向钢铁强国，为实现中华民族伟大复兴贡献力量。

本项目重视实验的过程化考核，注重培养学生独立分析问题和解决问题的能力，提高学生的实践能力和创新能力。

本项目借助先进的信息技术，在实验过程各节点设置打卡评分环节，加强对实验过程的管理，让学生按照步进式操作完成全部实验内容。学生开展实验的过程，就是完成转炉炼钢任务的过程，学生完成任务的效率和质量是实验成绩评定的主要依据。

本实验针对考核点设计了实验成绩评分细则，对不同实验环节分配得分权重，系统根据学生的完成情况进行自动评分，并汇总得到最终实验成绩。