《機(jī)械工程材料及成型基礎(chǔ)》課程改革與探索

楊興文 涂琴 李強(qiáng)

【摘 要】新工科建設(shè)對(duì)《機(jī)械工程材料及成型基礎(chǔ)》課程提出了更高的要求，本文分析了課程目前的現(xiàn)狀，并從教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、考核方式等方面改革進(jìn)行了探索，以期通過該課程的改革，切實(shí)改變學(xué)生對(duì)本課程長(zhǎng)期形成的“死記硬背”的偏見，使學(xué)生由傳統(tǒng)的“被動(dòng)式學(xué)習(xí)、書本式學(xué)習(xí)”向“主動(dòng)式學(xué)習(xí)、快樂式學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)變，讓學(xué)生在課程的學(xué)習(xí)過程中實(shí)現(xiàn)知識(shí)和能力的雙提升。

【關(guān)鍵詞】教學(xué)理念；教學(xué)內(nèi)容；翻轉(zhuǎn)課堂；藍(lán)墨云班課；考核方式

中圖分類號(hào)： G434；R47-4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）17-0091-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.044

【Abstract】The new engineering project puts forward higher requirements for the course of 《Mechanical Engineering Materials and Forming Foundation》，The article analyzes the current situation of the curriculum and explores reforms in teaching philosophy， teaching content， teaching methods， assessment methods.The long-standing “memory” prejudice of the course will be changed with a view to reforming this course， The concept of students has been transformed from traditional “passive learning， book-style learning” to “active learning， happy learning” Finally students can achieve a double improvement in knowledge and ability during the course of study.

【Key words】Teaching philosophy；Teaching content；Flip classroom；Moso teach；Assessment method

為適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，2017年初教育部在復(fù)旦大學(xué)召開了綜合性高校工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)，達(dá)成了“新工科建設(shè)復(fù)旦共識(shí)”[1]。這標(biāo)志著我國(guó)的工程教育已進(jìn)入到新工科建設(shè)的新階段。機(jī)械類學(xué)科作為綜合性要求較高、包容性較強(qiáng)的學(xué)科代表，理所當(dāng)然的成為了新學(xué)科專業(yè)建設(shè)的先期試點(diǎn)學(xué)科[2]。而《機(jī)械工程材料及成型基礎(chǔ)》作為機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的專業(yè)核心課程之一，該課程的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方式已無法滿足新時(shí)代對(duì)現(xiàn)代機(jī)械類新工科大學(xué)生的培養(yǎng)要求，基于此，筆者以所在學(xué)校中原工學(xué)院《機(jī)械工程材料及成型基礎(chǔ)》課程改革項(xiàng)目為例，對(duì)其新時(shí)期教學(xué)改革進(jìn)行了研究與探索。

1 目前課程的現(xiàn)狀

由于國(guó)內(nèi)一直存在“重理論，輕實(shí)踐，重設(shè)計(jì)，輕工藝”的思想[3]，再加上培養(yǎng)計(jì)劃修訂，《機(jī)械工程材料及成型基礎(chǔ)》教學(xué)學(xué)時(shí)已從最初的170學(xué)時(shí)縮減至60學(xué)時(shí)直至現(xiàn)在的45學(xué)時(shí)。其中理論教學(xué)學(xué)時(shí)37學(xué)時(shí)，內(nèi)容卻涵蓋了金屬學(xué)、熱處理工藝、金屬材料、非金屬材料及新型材料、材料成型方法基礎(chǔ)等五門材料專業(yè)課核心知識(shí)；實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)8學(xué)時(shí)，主要包括金屬材料硬度實(shí)驗(yàn)、鐵碳合金平衡組織觀察、碳鋼的熱處理（綜合實(shí)驗(yàn)）等三個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。課程的突出特點(diǎn)呈現(xiàn)“三多一少”[4]，即內(nèi)容頭緒多、原理規(guī)律多、概念定義多、理論計(jì)算少，故大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)認(rèn)為本課程枯燥、繁雜、抽象，學(xué)習(xí)興趣不高；為完成教學(xué)任務(wù)，主要采用“填鴨式教學(xué)”，教學(xué)效果較差；教學(xué)過程中與工程實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系不多；講授時(shí)在常用金屬材料性能及熱處理“四把火”內(nèi)容上用的學(xué)時(shí)較多，往往忽視了當(dāng)前發(fā)展迅速的非金屬材料、新型材料及新型工藝方法，教學(xué)內(nèi)容已略顯陳舊；學(xué)生在課堂上只限于被動(dòng)接受知識(shí)，運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力嚴(yán)重缺乏。以上是課程學(xué)習(xí)過程中存在的現(xiàn)狀，亟待解決。

2 教學(xué)理念的探索與改革

該課程為機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的專業(yè)核心課程，絕大多數(shù)學(xué)生為獲得好成績(jī)多采用死記硬背的方式，導(dǎo)致對(duì)知識(shí)的掌握不求深度，知其然而不知其所以然，課程結(jié)束一段時(shí)間后幾乎已沒有印象。因此教學(xué)改革過程中首先要探索教學(xué)理念的改革，改變學(xué)生對(duì)該課程長(zhǎng)期以來形成的“死記硬背”的偏見。在教學(xué)過程中，應(yīng)更加注重學(xué)生工程意識(shí)、工程思維、創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，適當(dāng)?shù)烙浀闹R(shí)?？蓪⑽倚C(jī)械類學(xué)生參加的全國(guó)大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力大賽及全國(guó)大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽（這兩個(gè)比賽每?jī)赡昱e行一次，交替進(jìn)行）與《機(jī)械工程材料及成型基礎(chǔ)》課程相對(duì)接，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，在講授過程中不再孤立的去傳授課本知識(shí)，而是要去培養(yǎng)、考察學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)后對(duì)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力。教學(xué)理念由教學(xué)生單純性的知識(shí)向通過課程與比賽相結(jié)合的方式以提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力、工程意識(shí)、工程思維轉(zhuǎn)變。以大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力大賽中無碳小車的選材問題為例，使學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)該課程，并在課程學(xué)習(xí)完成之后能很好的解決實(shí)際難題；學(xué)生在課程的學(xué)習(xí)過程中不僅獲得專業(yè)知識(shí)的積累，更重要的是能夠在腦海中逐漸的建立工程意識(shí)、工程思維、創(chuàng)新意識(shí)的思想。在平時(shí)的授課過程中更多的去引入與工程材料及成型相關(guān)的工程實(shí)例，來拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)視野，再配合“翻轉(zhuǎn)課堂”新的教學(xué)模式，啟發(fā)學(xué)生形成自主學(xué)習(xí)，促使學(xué)生的學(xué)習(xí)模式由傳統(tǒng)的“被動(dòng)式學(xué)習(xí)、書本式學(xué)習(xí)”向“主動(dòng)式學(xué)習(xí)、快樂式學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)變。

3 改革傳統(tǒng)的課程教學(xué)內(nèi)容

《機(jī)械工程材料及成型基礎(chǔ)》課程內(nèi)容的改革和調(diào)整已迫在眉睫，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容以工程材料為主，其中金屬材料及熱處理工藝等知識(shí)所占比重極大，占整個(gè)課程的60%以上，而對(duì)非金屬材料、高分子材料講述較少，新型材料、新工藝等內(nèi)容更是只字片語。但在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，非金屬材料、高分子材料的使用量在逐年增加，甚至在某些領(lǐng)域，金屬制造的機(jī)械零件已完全被非金屬材料、高分子材料所取代。因此教學(xué)內(nèi)容需要及時(shí)調(diào)整，按照“實(shí)用為度”要求，修訂教學(xué)大綱，刪除某些對(duì)機(jī)械類學(xué)生來說比較抽象、難懂的金屬學(xué)理論內(nèi)容（如晶體結(jié)構(gòu)、相等晦澀難懂理論知識(shí)，機(jī)械類學(xué)生了解即可）；刪減金屬材料、熱處理工藝等內(nèi)容的課時(shí)，弱化金屬材料成分、元素作用講解，突出對(duì)金屬材料應(yīng)用的講授；適當(dāng)?shù)脑黾幽壳皯?yīng)用較多的無機(jī)非金屬材料、高分子材料內(nèi)容，安排4-6學(xué)時(shí)；在課時(shí)允許的前提下，注重新材料（碳纖維、復(fù)合材料、納米材料）、新工藝（金屬3D打印、激光加工）內(nèi)容的講授，安排3-4學(xué)時(shí)，使學(xué)生接觸到當(dāng)前最新、最前沿的材料、工藝技術(shù)，開闊學(xué)生視野，增加學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣。改革延續(xù)多年的8個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，目前開設(shè)的三個(gè)實(shí)驗(yàn)均為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)[5]，不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激發(fā)其自主探索和創(chuàng)新的能力?？紤]將實(shí)驗(yàn)改革為基本技能實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、研究性實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次，基本技能實(shí)驗(yàn)主要為硬度實(shí)驗(yàn)與鐵碳合金組織觀察，使學(xué)生對(duì)工程材料的力學(xué)性能及組織有基本了解；綜合實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生從給定的零件中去選擇某一零件，之后根據(jù)選擇的零件去合理選材并制定其熱處理工藝，提升學(xué)生選材用材的綜合能力；研究性實(shí)驗(yàn)可以與教師在研的項(xiàng)目相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生進(jìn)行更深層次的學(xué)習(xí)和研究。

4 引進(jìn)新的教學(xué)方式

教學(xué)方式的好壞直接關(guān)系到教學(xué)效果，但由于《機(jī)械工程材料及成型基礎(chǔ)》課程性質(zhì)所決定，教師普遍采用“滿堂灌”的方式，教學(xué)手段也僅限于PPT講解，甚至部分教師PPT中的動(dòng)畫部分都極少，全是晦澀難懂的專業(yè)文字或圖表，學(xué)生普遍的反響較差。為解決這一問題，筆者建議利用先進(jìn)的教學(xué)手段去優(yōu)化教學(xué)方法，首先在講授時(shí)要貫穿“材料成分-結(jié)構(gòu)-組織-性能-應(yīng)用-加工方法”主線，將孤立內(nèi)容有機(jī)聯(lián)系起來，讓學(xué)生理解每節(jié)課之間是有很強(qiáng)的相互聯(lián)系性，而非割裂的，只能死記硬背的；其次充分利用目前比較流行的慕課、藍(lán)墨云班課等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段，開展“翻轉(zhuǎn)課堂”新的教學(xué)模式[6-7]，前期對(duì)眾多的慕課資源篩選，課前給學(xué)生布置網(wǎng)上學(xué)習(xí)的內(nèi)容，課上準(zhǔn)備相關(guān)問題讓學(xué)生回答的方式來檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量，此種方式可有時(shí)間給學(xué)生們講解更多的工程實(shí)例，大大增加課堂內(nèi)容的豐富性和高效性；同時(shí)在講授環(huán)節(jié)可開設(shè)3-4次翻轉(zhuǎn)課堂討論課，利用“藍(lán)墨云班課”的頭腦風(fēng)暴功能開展，改變傳統(tǒng)課堂教學(xué)“以教師為中心”的教學(xué)模式，形成以“學(xué)生為中心”，以生為本，以學(xué)為本，圓滿的完成教學(xué)目標(biāo)；例如在開展“工程材料應(yīng)用”翻轉(zhuǎn)課堂討論時(shí)，可將每個(gè)班分四個(gè)組，兩個(gè)小組討論某一類金屬材料應(yīng)用時(shí)另外兩個(gè)小組的學(xué)生作為觀眾和裁判，而教師只起到組織和總結(jié)的作用；此方式可激發(fā)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和興趣，大大提高到了學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)熱情，使得教學(xué)效果事半功倍。另外改革傳統(tǒng)的PPT講課方式，采用focusky軟件制作詳實(shí)生動(dòng)高效的新課件，該軟件可以實(shí)現(xiàn)PPT的3D無限旋轉(zhuǎn)、縮放、移動(dòng)的切換，讓PPT的演示更出彩，抓住了學(xué)生的興趣點(diǎn)，以期教學(xué)效果能有質(zhì)的提升。

5 改革陳舊的考核方式

考核既是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的考核，也是對(duì)教師教學(xué)質(zhì)量的檢驗(yàn)，因此考核方式要具有科學(xué)性、客觀性、多元性。傳統(tǒng)的“一考定成績(jī)”或者“平時(shí)成績(jī)+期末成績(jī)”多具有片面性，無法真實(shí)反應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平和學(xué)習(xí)效果，筆者通過查閱眾多的文獻(xiàn)資料及結(jié)合實(shí)際的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，考慮將學(xué)習(xí)成績(jī)量化到學(xué)生學(xué)習(xí)的每個(gè)過程中，即考核方式由之前的平時(shí)成績(jī)（30%）和期末考試成績(jī)（70%）改革為平時(shí)課程作業(yè)成績(jī)（10%）、課堂討論成績(jī)（10%）、網(wǎng)絡(luò)成績(jī)（慕課+藍(lán)墨云班課，10%）、實(shí)驗(yàn)成績(jī)（10%）、小論文（10%）及期末考試成績(jī)（50%）綜合評(píng)定。

6 結(jié)語

本次課程改革通過對(duì)其教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式的探索，相信會(huì)給《機(jī)械工程材料及成型基礎(chǔ)》這門課程的講授帶來新的生機(jī)和全新的教學(xué)及學(xué)習(xí)體驗(yàn)，這不僅僅需要教師對(duì)課程的改革付出巨大的努力，更需要學(xué)生的積極參與、有效的配合，尤其在教學(xué)內(nèi)容的修訂上，以及教學(xué)方式上引進(jìn)的“慕課”及“藍(lán)墨云班課”等翻轉(zhuǎn)課堂新教學(xué)模式的大膽嘗試是否能取得預(yù)期效果，真正的點(diǎn)燃學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生工程實(shí)際應(yīng)用能力，還需要經(jīng)過實(shí)踐長(zhǎng)期的檢驗(yàn)。

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