新工科背景下以OBE 為導向《金屬學與熱處理》的課程教學改革
——以材料成型及控制工程（鑄造方向）專業(yè)為例

馬煜林，葛彥偉，張 瑜

（沈陽大學機械工程學院，遼寧 沈陽 110044）

“金屬學與熱處理”是本科材料成型與控制工程專業(yè)的核心課程之一。該課程涉及金屬基材料的全部基本理論和實際應用依據(jù)，是指導實際生產(chǎn)工藝的理論基礎。因此，該課程能夠與實踐應用具有良好的緊密結合，同時具有較強的理論性和應用性。目前，我國許多高等院校的材料類和部分機械類等專業(yè)都開設了《金屬學與熱處理》課程，更體現(xiàn)了這門課的重要性。

沈陽大學材料成型與控制工程專業(yè)源于建國初期鑄造、鍛造專業(yè)，屬于國家特色專業(yè)建設點專業(yè)。重點面向裝備制造、鋼鐵冶金等企業(yè)生產(chǎn)一線，培養(yǎng)從事機械、冶金、材料成型等領域的工藝設計、生產(chǎn)制造、試驗研究、技術管理等工作，具有能夠解決復雜工程實際問題的高層次應用型人才?！督饘賹W與熱處理》作為我校材料成型及控制工程專業(yè)的專業(yè)核心課之一，長久以來一直以通過理論教學來讓學生掌握金屬的熱處理工藝與組織性能變化的相關理論為預期目標。

1 目前存在的問題

如今，《金屬學與熱處理》這門課程的教育方式過于拘謹，采用填鴨式教育方式，死板地完成課堂教育，導致最終教育的失衡[1]。同時，課程的教學內(nèi)容過于注重理論教學，忽視了實際應用。在課程評價體系方面，仍然以期末考試成績?yōu)橹鳌Ｆ谀┛荚嚬P試試題會從試題庫中抽調(diào)，但內(nèi)容陳舊，缺乏更新。在授課內(nèi)容上，已開設《金屬學與熱處理》課程的各專業(yè)院校，在教學內(nèi)容選擇上，較為陳舊，沒有跟上現(xiàn)階段材料學的發(fā)展趨勢，同時過于依賴脫離了專業(yè)背景的教學大綱內(nèi)容，使各專業(yè)的《金屬學與熱處理》內(nèi)容千篇一律，未能體現(xiàn)出專業(yè)重點和專業(yè)特色[2]。因此，該課程的傳統(tǒng)教學模式已經(jīng)嚴重影響了該課程教學質(zhì)量的提高和對高素質(zhì)應用型人才的全面培養(yǎng)。

因此，針對新技術、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)的需要，立足于“新工科”建設，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、工程思維和批判思維，從被動學習轉(zhuǎn)向“自主、探究與合作”學習。要以融合交叉、自主學習、團隊合作能力和工程能力為目標，進行“金屬學與熱處理”的教育改革。

2 新工科背景下以OBE 為導向的教育教學理念

在復雜的國際形勢和新的國際競爭壓力下，“智能制造”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等國家發(fā)展戰(zhàn)略的及時提出和實施，正推動著經(jīng)濟社會快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級[3]。作為以人才培養(yǎng)為中心的大學，在強調(diào)“新工科”改革和OBE 導向的大背景下，如何實現(xiàn)課程綜合改革和持續(xù)改善，有效提高人才培養(yǎng)的質(zhì)量，已成為當前高校的一個重要課題[4]。

李志義認為，工程教育專業(yè)認證的關鍵之一是加強目標導向，深化課堂教學改革[5，6]。工程教育認證背景下，高等院校對于培養(yǎng)學生工程實踐能力進行了大量研究和探討[7]。工程教育專業(yè)認證遵循的以成果為導向的OBE 理念建立的教育質(zhì)量持續(xù)改進的閉環(huán)機制，如圖1 所示[8]，以此保障學生達到預期目標。

圖1 OBE 理念下的教學模式

成果導向的OBE 理念是由美國和澳大利亞的基礎教育改革中引發(fā)出來的[9]。該理念認為，教育從業(yè)者應對學生畢業(yè)時能夠達到的能力和水平具有明確的設定，并且根據(jù)設定的目標設置合適的教育結構以確保學生能夠達到這個目標。從這個意義上來說，OBE 教育模式被認為是教育模范性的革新，代表了當今國際工程教育領域的主流思想[10]。傳統(tǒng)教育理念與OBE 成果導向理念差異如表1[11].成果導向的OBE 理念以學生能夠獲得的知識與能力作為中心設計教學結構并實施，其關注重點為學生的學習效果，以及學生所具有的未來從事相關工作的業(yè)務能力。

表1 傳統(tǒng)教育模式與OBE 導向教育理念差異

3 《金屬學與熱處理》課程大綱改進

本科材料成型與控制工程（鑄造方向）專業(yè)歸屬于機械大類專業(yè)，是機械工程與材料科學與工程之間的跨學科。重點研究了相關工藝因素對金屬材料成形過程的微觀結構和宏觀性能的影響[12]。“金屬學與熱處理”屬于材料成型與控制工程（鑄造方向）專業(yè)的核心課程，課程內(nèi)容主要涉及到金屬基材料的晶體結構類型、純金屬材料的結晶過程、金屬基二元合金的相結構與結晶過程、鐵-碳合金相圖、三元合金相圖的識別、金屬及合金材料的塑性變形、鋼鐵材料的回復與再結晶過程、合金元素在金屬基材料中的擴散、鋼鐵材料的熱處理過程與原理以及工業(yè)用鋼鐵材料的熱處理工藝等內(nèi)容。其中，以金屬基材料的化學成分、微觀組織結構和力學性能之間的內(nèi)在聯(lián)系為教學重點。達到為材料成型專業(yè)后續(xù)課程奠定必要的金屬學與熱處理知識和讓學生具備從事材料科學研究基本技能的目的。通過本課程學習，學生應具備以下能力：

1）掌握金屬基材料成型過程的專業(yè)知識，具有能夠詮釋材料的成分-組織-性能關系，以及解決實際復雜工程問題的能力（教學目標1）；

2）能夠根據(jù)特定需求進行分析和確定相關材料成型項目的研發(fā)目標（教學目標2）；

3）能夠根據(jù)研發(fā)目標選取適當?shù)脑牧霞皵M定相應的成型工藝，確定研發(fā)方案（教學目標3）；

4）基于專業(yè)理論，能夠針對材料成型特定需求制定出研發(fā)的可行實驗方案（教學目標4）；

5）了解材料成型過程中的材料選取及工藝環(huán)節(jié)，對環(huán)境和社會可持續(xù)發(fā)展的影響（教學目標5）。課程教學目標與畢業(yè)要求的對應關系如下表2 所示。

表2 課程教學目標與畢業(yè)要求的對應關系

將課堂教學與課后實驗相結合，在本門課程基本知識體系建立的背景下，課堂教學與實驗教學均采取了培訓教學和基本技能訓練模式，兼顧了課程學習學生的問題分析與能力培養(yǎng)。在加強解決問題能力的同時，加強對學生實踐能力的培訓。為了確?！督饘賹W與熱處理》課程的教學內(nèi)容不斷深化與提高，以常規(guī)性的教改立項為指導方向，以參與本科大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目和參與相應的專業(yè)性競賽為動力，讓本門課程的教學過程充滿生機與活力。

4 《金屬學與熱處理》教學方法改革

傳統(tǒng)的教學模式由教師單向地向?qū)W生灌輸知識，課堂上學生是被動的，教師對學生的預期是關注的重點。在新工科背景下以OBE 為導向《金屬學與熱處理》的課程教學改革應轉(zhuǎn)變教師的主導地位為學生主導，以學生學習成果為導向，采用翻轉(zhuǎn)課堂的形式激勵學生提高學習的積極性與學習興趣。

具體方法為采用教師和學生最熟悉的Power-Point 軟件以及如今人人離不開的手機微信功能，課程教師可以分享學習前的課件，包含講授的視頻和練習題，并能夠保證學生及時與老師進行交流。這項改革措施能夠徹底改變在傳統(tǒng)的教學過程中，教師授課速度與學生在課堂上的認知速度不匹配的問題。老師通過WeChat 小組創(chuàng)建班級，以幻燈片形式將每節(jié)課的內(nèi)容發(fā)送給學生的手機。包括錄像、語音、練習問題等。在課前，學生可以做一些準備，并對下一課的內(nèi)容有一定的了解?！督饘賹W與熱處理》課程課時量大，內(nèi)容晦澀導致部分學生經(jīng)常對一些知識理解不深刻，例如固溶體的平衡結晶與非平衡結晶；共晶，偽共晶，離異共晶這些概念名詞與賦予的深刻意義經(jīng)常使得學生困惑，如果采用課前復習的教學方式，課堂進行有效標注及互動，教學效果會大大增加?！督饘賹W與熱處理》課程基本在80學時左右，如果課堂翻轉(zhuǎn)的學時太多，會讓部分學生覺得壓力大，失去學習興趣，所以選取難度適中10～15 個學時進行翻轉(zhuǎn)。

5 考核方式改進

工程專業(yè)課程和基礎理論課程之間有明顯的區(qū)別[13]。工程類專業(yè)的相關核心課程的教授模式主要以培養(yǎng)學生的實際工程能力和工程意識為主，為畢業(yè)生進入相關領域單位做好提前準備。因此，這類課程一個特別重要的改革方向，就是加強對學生工程意識和實踐能力的提高。所以從教學到考試都應按照這個思路展開，指導學生從被動學知識轉(zhuǎn)變到學以致用。在課程期末，為了檢驗本門課程學生對專業(yè)知識、應用知識、解決問題能力的掌握程度，突出工程教育專業(yè)認證的“能力”培養(yǎng)目標，評估方法注重應用和綜合，輔以知識，金屬學與熱處理使用閉卷測試，卷面總分占課程總成績的70%，課程內(nèi)的考核成績占期末總成績的30%，其中主要包括課堂出勤率，課堂作業(yè)和實驗報告的完成情況，每項占比各為10%.

根據(jù)教學大綱的設定，提前組織形成金屬學與熱處理課程的試題庫，題型種類繁多，包括選擇題、填空題、名詞解釋、判斷題、綜合題及簡答題等。根據(jù)試題庫中試題類型，確定客觀題和主觀題，試題庫應定期充實、調(diào)整和更新，并根據(jù)學科的發(fā)展及教學要求不斷創(chuàng)新。試題庫中每類題型試題數(shù)量不少于實際試卷題數(shù)量的6 倍，必須附參考答案及評分標準，每份試卷的試題難易度比例為，較容易、中等和較難試題的比例一般以3∶5∶2 為宜。出題類型注重分析問題、解決問題能力的考核，每份試卷覆蓋本學期教學內(nèi)容的90%以上。綜上所述，在新工科背景下，以OBE 為導向?qū)Σ牧铣尚图翱刂乒こ蹋ㄨT造方向）專業(yè)核心課《金屬學與熱處理》的課程教學改革，能夠提高學生學習的積極性與學習興趣，最終獲得理想效果。