金屬凝固原理網(wǎng)絡(luò)在線課程建設(shè)研討

陳宗民 趙而團(tuán) 秦聰祥

山東理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 山東淄博 255049

1 金屬凝固原理課程在材料成型及控制工程專業(yè)中的地位與作用

金屬凝固原理是材料成型及控制工程專業(yè)液態(tài)成形方向的一門主要專業(yè)限選課。鑄造是一個(gè)通過液態(tài)金屬凝固形成產(chǎn)品的過程，凝固過程基本決定了鑄件的內(nèi)在質(zhì)量。因此，金屬凝固原理的知識(shí)體系是專業(yè)課中的靈魂。學(xué)生通過學(xué)習(xí)，從理論上理解金屬凝固過程的基本原理和規(guī)律，了解現(xiàn)代凝固技術(shù)的發(fā)展和凝固控制原理，初步具備利用理論知識(shí)研究鑄造新材料、新工藝、解決鑄造凝固過程實(shí)際問題的能力。該課程可以培養(yǎng)學(xué)生將工程問題系統(tǒng)化并運(yùn)用基礎(chǔ)理論分析工程問題、解決工程問題的能力。該課程需要實(shí)現(xiàn)的培養(yǎng)目標(biāo)如下。

1.1 知識(shí)目標(biāo)

學(xué)生在本課程的學(xué)習(xí)中需要掌握：金屬凝固的理論基礎(chǔ)，包括金屬的液態(tài)結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)、凝固熱力學(xué)和凝固動(dòng)力學(xué)、固液界面理論；金屬凝固的傳輸理論，包括凝固過程的傳熱、傳質(zhì)、成分過冷理論、單相合金和多相合金的凝固規(guī)律；金屬凝固控制技術(shù)，包括鑄件組織的控制理論、金屬基復(fù)合材料的凝固、特殊條件下的凝固技術(shù)和理論、現(xiàn)代凝固控制技術(shù)及其原理；凝固過程中的質(zhì)量控制，包括鑄件凝固過程中的收縮、偏析、氣孔、變形、熱裂和冷裂。

1.2 能力目標(biāo)

學(xué)生通過學(xué)習(xí)，從理論上理解金屬凝固過程的基本原理和規(guī)律，了解現(xiàn)代凝固技術(shù)的發(fā)展和凝固控制原理，初步具備利用理論知識(shí)研究鑄造新材料、新工藝、解決鑄造凝固過程實(shí)際問題的能力。

1.3 素質(zhì)目標(biāo)

該課程可以培養(yǎng)學(xué)生將工程問題系統(tǒng)化并運(yùn)用基礎(chǔ)理論分析工程問題、解決工程問題的能力。

2 本課程課堂教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

凝固理論和技術(shù)近幾年發(fā)展很快，現(xiàn)有的教學(xué)材料和模式已不能滿足高質(zhì)量的培養(yǎng)需求。另外，凝固理論的抽象性[1,2]和對(duì)數(shù)理知識(shí)的較高要求造成了許多學(xué)生在相關(guān)知識(shí)的掌握中存在困難，由此產(chǎn)生厭學(xué)情緒，從而最終導(dǎo)致該課程在每年的考核中都有較高的掛科率(如圖1所示)。所以，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式不能給學(xué)生提供足夠的信息量，不能及時(shí)反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，也不能準(zhǔn)確評(píng)估學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度。利用信息技術(shù)，高效率拓展教學(xué)的廣度和深度勢(shì)在必行。

3 網(wǎng)絡(luò)課程的必要性

課程的難度和廣度要求學(xué)生在課堂外要有更多的付出，針對(duì)學(xué)生的厭學(xué)情緒，要求教師采取更具啟發(fā)性和激勵(lì)性的方式和方法實(shí)施教學(xué)項(xiàng)目，并需要加強(qiáng)和學(xué)生的交流和互動(dòng)。而網(wǎng)絡(luò)課程是現(xiàn)代信息時(shí)代的一種課程表現(xiàn)形式[3]，為實(shí)現(xiàn)這一要求提供了可能。網(wǎng)絡(luò)課程有以下優(yōu)勢(shì)。

(1)拓展了學(xué)生學(xué)習(xí)中的時(shí)空限制。只要面對(duì)計(jì)算機(jī)或智能手機(jī)，學(xué)生即可隨時(shí)上網(wǎng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，而傳統(tǒng)授課方式必須在選定的時(shí)間，學(xué)生和教師共同到一個(gè)也許離居住地很遠(yuǎn)的地方去上課。網(wǎng)絡(luò)課程可根據(jù)學(xué)生自身的需要靈活地安排學(xué)習(xí)時(shí)間，拓展了學(xué)習(xí)在時(shí)空上的各種限制，學(xué)生可以在任何時(shí)間、地點(diǎn)打開課程網(wǎng)站學(xué)習(xí)課程，使自己真正掌握了學(xué)習(xí)的自主權(quán)。

學(xué)習(xí)過程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是交流和互動(dòng)，包括師生間的互動(dòng)與學(xué)生間的探討，通過交流互動(dòng)，教師可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)、糾正、解決學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的問題。一般教學(xué)方式中，互動(dòng)、交流和講授時(shí)間混在一起，交流的時(shí)間多了，授課的時(shí)間必將被擠占，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)通過其答疑模塊，將交流和互動(dòng)延伸到授課時(shí)間和地點(diǎn)之外。自學(xué)、作業(yè)中發(fā)現(xiàn)問題可以隨時(shí)提問，并可以隨時(shí)得到詳盡的答案。也可以通過查看別人所提到的問題得到有益的啟發(fā)。

(2)提高了優(yōu)秀教學(xué)資源的利用效率。傳統(tǒng)課堂教學(xué)時(shí)空上的限制，教師不能為學(xué)生推薦足夠多的教學(xué)資源，而網(wǎng)絡(luò)資源良莠不齊，學(xué)生受學(xué)識(shí)限制不能很好地辨別。通過網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè)，教師可以精選最優(yōu)秀的教學(xué)資源提供給學(xué)生，而且還可以將資源按內(nèi)容和層次模塊化處理，供不同需求的學(xué)生采用。通過不斷更新，還可以將凝固理論中的最新研究成果展示給學(xué)生，利于學(xué)生開拓眼界。

(3)推動(dòng)教師教學(xué)思想的交流和教學(xué)水平的提高。由于網(wǎng)絡(luò)課程的包容性。教師的教學(xué)模式、教學(xué)風(fēng)格和教學(xué)實(shí)施過程都是開放的。教師之間可以不受時(shí)空的約束互相觀摩、交流和學(xué)習(xí)。提出各自的意見和建議，共同促進(jìn)。這種交流不僅在校內(nèi)，也可以擴(kuò)展到全國(guó)乃至全球。

4 本課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的主要結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)的結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)使用對(duì)象、特點(diǎn)和建設(shè)目標(biāo)設(shè)定[4]。根據(jù)材料成型及控制工程專業(yè)的培養(yǎng)要求和課程標(biāo)準(zhǔn)，建立了一個(gè)體系完整、重點(diǎn)、難點(diǎn)突出、結(jié)構(gòu)分配合理的信息化教學(xué)體系。在體系中，教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)資源和教學(xué)活動(dòng)的開展都可依托所建立的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)時(shí)更新和進(jìn)行。

本課程依托學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)建立了金屬凝固原理網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)，該平臺(tái)包括教學(xué)資源模塊、教學(xué)活動(dòng)模塊、導(dǎo)航模塊、監(jiān)控管理模塊、教學(xué)評(píng)價(jià)模塊。網(wǎng)絡(luò)課程中，各學(xué)習(xí)活動(dòng)以模塊化形式呈現(xiàn)，分別承擔(dān)一定的教學(xué)功能，同時(shí)各模塊之間相互聯(lián)系、相互依存，共同構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)整體。其構(gòu)成要素的關(guān)系如圖2所示，課程網(wǎng)站主界面如圖3所示。

圖3 金屬凝固原理課程網(wǎng)站主界面

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)課程大部分是以課程內(nèi)容為主題，以諸如課程說明、課件展示、資料拓展等為主，主要功能是提供材料，輔助學(xué)習(xí)，而對(duì)學(xué)生關(guān)注較少。這樣，學(xué)生和教師的需求不同步，更談不上主動(dòng)學(xué)習(xí)了。我們?cè)诰W(wǎng)站建設(shè)中，采用了混合模式，除了提供大量的精選資料(主要在課程資源模塊，如圖4所示)外，把主要精力放在與學(xué)生的互動(dòng)上，從教學(xué)組織、答疑到考核。這樣，實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為主體，根據(jù)學(xué)生需求組織、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)程，隨時(shí)答疑。也實(shí)現(xiàn)了對(duì)個(gè)別學(xué)生的輔導(dǎo)(如圖5所示)。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)具備過程管理功能，對(duì)學(xué)生網(wǎng)上學(xué)習(xí)狀況實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果計(jì)入最后考核成績(jī)中(如圖6所示)。

圖4 課程網(wǎng)站的教學(xué)資源部分

圖5 課程網(wǎng)站的互動(dòng)部分

圖6 課程網(wǎng)站的學(xué)習(xí)統(tǒng)計(jì)部分

5 結(jié)語(yǔ)

金屬凝固原理課程為材料成型及控制工程鑄造方向的后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定了理論基礎(chǔ)，但課程的難度是該方向最大的。本項(xiàng)目通過網(wǎng)絡(luò)課程的建設(shè)豐富了教學(xué)素材，實(shí)現(xiàn)了和學(xué)生的實(shí)時(shí)互動(dòng)，能及時(shí)解決學(xué)生學(xué)習(xí)中的困難，能針對(duì)不同的學(xué)生實(shí)現(xiàn)個(gè)別輔導(dǎo)，還能實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整，能夠進(jìn)一步提高學(xué)習(xí)效率和教學(xué)效果。