《工程材料》基于理實一體化及雨課堂的混合式教學(xué)模式的改革實踐

潘曉燕

摘 要：文章對同濟大學(xué)浙江學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)的工程材料課程的教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，采用理實一體化、雨課堂輔助教學(xué)、多樣化實驗教學(xué)及綜合性課程考核方式等多元化的混合式教學(xué)模式對工程材料課程的教學(xué)進(jìn)行了改革實踐，不僅提高了教學(xué)效果、激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，還培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力以及分析問題與解決問題的實踐能力。

關(guān)鍵詞：工程材料；理實一體化；雨課堂；教學(xué)改革

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）06-0111-03

Abstract： This paper analyzes the current situation of Engineering Materials teaching for materials science and engineering majors in Tongji Zhejiang College. Teaching reform of the course is taken from several aspects like integrating the theory and practice； employing ubiquitous network-aided teaching mode， and diversifying the methods of experiment teaching and comprehensive curriculum assessment. The reform not only improves the teaching effect and stimulates the students' learning initiative， but also cultivates students' ability of practice， analyzing problems， solving problems and so on.

Keywords： Engineering Materials； theory-practice integration； ubiquitous network-aided teaching mode； teaching reform

工程材料課程是我校材料科學(xué)與工程專業(yè)的一門專業(yè)特色課，主要講述常用工程材料的成分、性能、應(yīng)用和選材等方面的內(nèi)容。這門課的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生對金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料及復(fù)合材料等常用的各種工程材料及新材料有一個基本了解，學(xué)會如何根據(jù)零構(gòu)件的工作條件、性能要求和失效形式等工程實際合理地、正確地選擇和使用材料，為今后從事專業(yè)技術(shù)工作提供必要的理論基礎(chǔ)。

由于工程材料課程所涉及的材料品種多，內(nèi)容雜，理論性和實踐性較強等特點[1，2]，學(xué)生很難在較短的時間內(nèi)理解和消化這些內(nèi)容，更談不上應(yīng)用所學(xué)的知識解決工程實際問題。因此，為了培養(yǎng)既具備扎實的理論知識，又具備較強的實踐能力的應(yīng)用型技術(shù)人才，本文結(jié)合本校材料科學(xué)與工程專業(yè)工程材料課程的教學(xué)現(xiàn)狀，采用理實一體化、雨課堂輔助教學(xué)、多樣化實驗教學(xué)等及綜合性課程考核方式等多元化的混合式教學(xué)模式對工程材料的教學(xué)進(jìn)行了改革實踐。

一、工程材料的教學(xué)現(xiàn)狀

（一）內(nèi)容多，課時少

工程材料作為我校材料科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)特色課程，課程的主要內(nèi)容包括工程材料的結(jié)構(gòu)、組織、性能及其之間關(guān)系的基本理論，金屬材料、高分子材料、陶瓷、復(fù)合材料等常用工程材料的分類、成分、組織、性能及其應(yīng)用，以及機械零件的失效及選材等[3]，內(nèi)容繁雜，理論抽象，概念多，但課時少，僅32課時。

（二）教學(xué)方式單一

工程材料的教學(xué)多以教師課堂講授的方式為主，這種“單向注入式”的教學(xué)模式單方面強調(diào)教師的“教”的作用，而忽視了學(xué)生“學(xué)”的重要性，不僅大大打擊了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與興趣，還降低了課堂教學(xué)效果和質(zhì)量。

（三）理論與實踐脫節(jié)

工程材料的理論教學(xué)和學(xué)生實驗一般是分開進(jìn)行，理論教學(xué)在教室中進(jìn)行，課后會安排少量課時的相關(guān)實驗。學(xué)生再次接觸所學(xué)的理論知識要在生產(chǎn)實習(xí)、畢業(yè)論文階段[4]。這種理實脫節(jié)教學(xué)方式既不利于學(xué)生對理論的掌握，又不利于培養(yǎng)學(xué)生利用理論知識分析解決實際問題的實踐能力和創(chuàng)新能力。

（四）實驗課時少且形式單一

工程材料課程中關(guān)于熱處理、機械零件的失效分析、選材及工藝路線設(shè)計等方面的內(nèi)容實踐性很強，學(xué)生缺乏相關(guān)的實踐經(jīng)驗，僅依靠課堂的理論學(xué)習(xí)，很難理解和掌握工程材料的基本理論，因此實驗是工程材料課程教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)。但是由于工程材料實驗屬于課內(nèi)實驗且總課時的限制，我們的實驗課時僅4課時，而且實驗內(nèi)容為簡單的鐵碳合金平衡組織觀察，工業(yè)用鋼顯微組織觀察等驗證型實驗，這對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力幫助不大。

（五）課程考核方式欠科學(xué)

工程材料課程的總評成績是由期末理論考試+平時成績構(gòu)成，對實驗部分沒有考核要求。平時成績占總評成績的30%，主要根據(jù)學(xué)生的出勤、上課回答問題及課后作業(yè)的完成情況給出。期末理論考試成績占總評成績的70%，考試內(nèi)容主要以識記性的理論知識為主，而結(jié)合工程實際的綜合性、分析性的題目僅占很小一部分。這種考核方式對教學(xué)效果的反饋嚴(yán)重滯后，不利于教師在教學(xué)過程中根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的具體情況對課程內(nèi)容和進(jìn)度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。同時，這種課程考核方式會導(dǎo)致很多學(xué)生為了通過考核在考前突擊死記硬背，但對理論并不真正理解，甚至有些考試成績優(yōu)秀的學(xué)生在后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和實踐中也不會應(yīng)用學(xué)過的知識去解決實際問題。因此傳統(tǒng)的課程考核方式無法對學(xué)生的實踐能力進(jìn)行考評，存在考核內(nèi)容單一、評價科學(xué)性和全面性欠缺以及問題反饋的不及時等問題。

二、教學(xué)改革實踐

（一）理實一體化教學(xué)模式的實踐

1. 理論教學(xué)與學(xué)生實驗的一體化教學(xué)

采用理實一體化教學(xué)的方法之一是將上課的地點從教室搬到實驗室，把教師的理論教學(xué)與學(xué)生的實驗緊密結(jié)合在一起。例如，在講授鐵碳平衡相圖的內(nèi)容時，上課的地點是在金相實驗室，我們一邊講解鐵碳合金的平衡組織，一邊要求學(xué)生使用金相顯微鏡進(jìn)行組織觀察。在講解含碳量對鐵碳合金的顯微組織和力學(xué)性能的影響時，我們讓學(xué)生測量含碳量不同的20鋼、45鋼、T8鋼和T12鋼的硬度后進(jìn)行顯微組織觀察，并從鋼的成分和組織上分析其性能差異的原因。這種理論教學(xué)與學(xué)生試驗同時穿插進(jìn)行的教學(xué)方式使枯燥的理論教學(xué)變得生動而直觀，使學(xué)生對理論知識的掌握更加容易，理解也更加深刻。

2. 案例引入法教學(xué)

通過某個具體大家熟悉的案例的介紹，引入基本理論和概念。例如通過對比金屬與陶瓷斷裂后斷口部位的形狀，引入塑性變形的特點和金屬塑性變形的機理。讓學(xué)生自己動手彎曲鋼絲和鉛絲，引入冷熱加工的區(qū)別和加工硬化的概念。

3. 調(diào)研討論法教學(xué)

常用工程材料的分類、牌號、組成結(jié)構(gòu)、工藝及性能等內(nèi)容盡管難度不大，但是需要記憶的內(nèi)容多且內(nèi)容關(guān)聯(lián)性不強，因此學(xué)生為了應(yīng)付考試，往往在考前依靠短時強記，但考后便忘，學(xué)習(xí)效果很差。因此在講授這部分內(nèi)容時，我采用了調(diào)研討論的方式進(jìn)行。例如在講授鋁合金和高分子材料時，將學(xué)生分組，每組同學(xué)選擇一類材料，按照教師事先給定的學(xué)習(xí)要點先自學(xué)該類材料的組成結(jié)構(gòu)、工藝、性能等基礎(chǔ)理論知識，再通過搜索互聯(lián)網(wǎng)、圖書館數(shù)據(jù)庫和走訪材料市場就車用輕量化材料和高分子材料在汽車和土木工程中的應(yīng)用進(jìn)行調(diào)研，然后將自學(xué)和調(diào)研的結(jié)果做成課件在課堂匯報交流，并且上交一份學(xué)習(xí)和調(diào)研報告。每組同學(xué)在匯報完畢后，教師提出若干的問題來考察學(xué)生學(xué)習(xí)情況并對每種材料的重要知識點進(jìn)行總結(jié)概括。這種以學(xué)生為主體，教師起引導(dǎo)作用的教學(xué)方法，極大地發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，提升了學(xué)生的實踐能力。

4. 理實相結(jié)合的綜合性課程考核方式

應(yīng)用型本科人才不僅要具備扎實的理論基礎(chǔ)，還要具備較高的分析問題解決問題的實踐能力。因此課程考核不僅要考察學(xué)生對理論知識的掌握情況，還要對學(xué)生在后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和工作中運用知識的能力做出科學(xué)的評價。單純地通過期末理論考試進(jìn)行課程考核的方式不利于應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)。

新的課程考核方式采取期末理論考試成績+平時成績+實踐成績相結(jié)合的綜合性考核方式。平時成績占總評成績的20%，主要根據(jù)考勤、課前預(yù)習(xí)、課后作業(yè)和隨堂練習(xí)等。為了強化對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的控制，在教學(xué)的過程中，根據(jù)課程內(nèi)容和進(jìn)度安排了4～5次隨堂練習(xí)，不僅可以督促學(xué)生及時進(jìn)行知識的復(fù)習(xí)和消化，也有助于教師及時發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度，提高教學(xué)效果。實踐成績占總評成績的30%，包括20%的實驗成績和10%的分組討論成績。根據(jù)實驗的預(yù)習(xí)情況、實驗過程中的紀(jì)律、操作及實驗報告給定實驗成績，分組討論調(diào)研的成績則是根據(jù)課堂討論時PPT的內(nèi)容、制作、演講及調(diào)研報告綜合給定。期末理論考試成績占總評成績的50%，試卷內(nèi)容中案例分析，綜合應(yīng)用性題目的比重增加，記憶性題目的比重減少。通過這種綜合性的考核方式，可以引導(dǎo)學(xué)生放棄臨時抱佛腳的僥幸心理，重視平時學(xué)習(xí)和實踐能力的鍛煉。

（二）微信雨課堂輔助教學(xué)的實踐

通過建立工程材料課程的微信雨課堂，形成了線下和線上兩個課堂。學(xué)生通過課堂教學(xué)、問題討論及隨堂測試等多個層次在線下課堂進(jìn)行理論知識的學(xué)習(xí)，利用手機或電腦等智能終端可以隨時隨地進(jìn)入雨課堂在線上課堂進(jìn)行學(xué)習(xí)。教師除了在雨課堂發(fā)布課件供學(xué)生自學(xué)和預(yù)習(xí)外，還發(fā)送練習(xí)題及一些工程材料新進(jìn)展等方面的內(nèi)容，學(xué)生可以進(jìn)行課后練習(xí)，以鞏固課堂講授的知識點，同時通過自學(xué)拓展內(nèi)容開拓視野。

在課堂教學(xué)過程中我們有時也通過雨課堂即時插送一些選擇題，讓學(xué)生利用手機立即進(jìn)行回答，不僅能調(diào)動學(xué)生的積極性，教師還能根據(jù)答題的正確率及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生對某個知識點的理解程度，并及時調(diào)整教學(xué)進(jìn)度。利用微信雨課堂輔助教學(xué)，將傳統(tǒng)的課堂教學(xué)與現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，打破了課堂教學(xué)的時間和地點的限制，貫穿了課前，課中和課后三個階段，是傳統(tǒng)的面對面的課堂教學(xué)有效延伸和拓展，方便師生及時交流互動，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（三）多樣化實驗教學(xué)的實踐

高質(zhì)量的實驗教學(xué)是提高課程教學(xué)質(zhì)量的重要途徑，也是培養(yǎng)應(yīng)用型高校工科學(xué)生工程意識和創(chuàng)新思維的重要手段[5]。為了在有限的時間內(nèi)提高實驗教學(xué)效果，提高學(xué)生的動手實踐能力，我們在實驗安排、實驗內(nèi)容方面進(jìn)行了改革。通過整合教學(xué)內(nèi)容，采用多元立體化教學(xué)模式，使課堂理論教學(xué)時間由32課時減少至26課時，再將一部分實驗內(nèi)容移到課外進(jìn)行（例如熱處理綜合實驗中材料的選擇和工藝的制定，見表1），實驗課時由原先的4課時增加為8學(xué)時。原先單一的驗證型實驗變成驗證型、技能型、綜合型和設(shè)計型四種不同類型的實驗項目（見表1）。實驗教學(xué)方式由單純的實驗教學(xué)變成理實一體化教學(xué)方式，驗證型和技能型實驗與理論教學(xué)同步穿插進(jìn)行。

例如我們開設(shè)的鋼的熱處理實驗，要求學(xué)生將保溫溫度和保溫時間相同的45鋼和T12鋼試塊分別進(jìn)行空冷、油冷和水冷，然后測其硬度和觀察顯微組織，并對實驗結(jié)果進(jìn)行討論。與教師在講臺上抽象地講解什么是退火、正火和淬火等內(nèi)容相比，這個綜合性實驗使學(xué)生直觀地學(xué)習(xí)了一些基本熱處理的工藝，同時也加深了對冷卻速度、顯微組織對鋼的力學(xué)性能影響的理解。

三、結(jié)束語

工程材料采用理實一體化、雨課堂輔助教學(xué)、多樣化實驗教學(xué)及綜合性課程考核方式等混合式教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)，將教學(xué)地點由傳統(tǒng)的教室拓展到實驗室、圖書館、材料市場及微信雨課堂，讓學(xué)生通過理論學(xué)習(xí)、試驗觀察、動手操作、資料查閱和調(diào)研等多元化的渠道獲得知識并加深對知識的理解，使教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)和實踐”有機地結(jié)合在一起，提高了教學(xué)效果。這種混合式的教學(xué)模式在教授學(xué)生理論知識的同時，又培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力以及分析問題與解決問題的實踐能力，提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢茹，高瑞梅，楊星星.基于應(yīng)用型本科《工程材料及熱處理》課程的教學(xué)改革[J].裝備制造技術(shù)，2015（11）：285-286.

[2]倪衛(wèi)華，汪中厚.機械工程材料教學(xué)方法探討[J].教育教學(xué)論壇，2015（9）：155-156.

[3]朱張校，姚可夫.工程材料學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

[4]鄧乃嘉.“理實一體化”的教學(xué)模式實踐與思考[J].高校論壇，2014（5）：27.

[5]傅樂榮，李堯，余五新.應(yīng)用型高校工程材料與熱處理課程實驗教學(xué)改革的探討和實踐[J].教育與職業(yè)，2011（9）：161-163.

[6]李戩，王金輝，高莉，等.《工程材料》課程立體化教學(xué)與改革的探討[J].高教學(xué)刊，2017（09）：111-112.

[7]葉宏，孟范成，李暉.以工程實踐與創(chuàng)新能力為導(dǎo)向的材料專業(yè)建設(shè)的實踐[J].高教學(xué)刊，2015（09）：62-63+69.