金屬材料工程專業(yè)核心課程的“理論-實驗-虛擬仿真一體化教學(xué)模式”改革探索

趙性川 李玉超 王長征 黃寶旭 馬杰

摘要新型適合時代發(fā)展特點的教學(xué)模式應(yīng)堅持以學(xué)生為中心，將教學(xué)目標由過去知識傳授改變?yōu)閷W(xué)生創(chuàng)新能力、學(xué)習(xí)能力和動手能力培養(yǎng)。讓學(xué)生學(xué)會科學(xué)分析、解決問題的思維方法，必須把教學(xué)方法的改革當(dāng)成一項系統(tǒng)工程。在改革時，必須統(tǒng)籌兼顧教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、實踐環(huán)節(jié)、考核方式等因素。因此，圍繞應(yīng)用型人才能力的培養(yǎng)開展專業(yè)教學(xué)改革，一直是工科領(lǐng)域教育者關(guān)注的重點。

關(guān)鍵詞 教學(xué)改革 一體化教學(xué) 金屬材料工程

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.28.040

ReformandExplorationof"Theory-Experiment-VirtualSimulationIntegrated TeachingMode"forCoreCourseofMetallicMaterialsandEngineering

ZHAO Xingchuan， LI Yuchao， WANG Changzheng， HUANG Baoxu， MA Jie

（School of Materials Science and Engineering， Liaocheng University， Liaocheng， Shandong 252000）

AbstractThe new teaching mode suitable for the characteristics of the development of the times should adhere to the student-centered idea， and change the teaching objective from implanting knowledge in the past to the cultivation of students’ innovation， learning and practical abilities. Let the students learn scientific analysis and problem-solving thinking method. The reform must be taken into account factors including teaching concepts， teaching contents， teaching methods， practical process and assessment methods. Therefore， the development of professional teaching reform around the cultivation of application-oriented talents has always been the focus of engineering educators.

Keywordsteaching reform； integrated teaching； metallic materials and engineering

當(dāng)前我國的人才培養(yǎng)體系中，高級類型人才較為缺乏，人才團隊建設(shè)不夠完善，急需改善。[1]地方本科高校是人才培養(yǎng)的搖籃和基地，培養(yǎng)具有應(yīng)用能力的高級應(yīng)用型人才是地方本科高校的辦學(xué)宗旨和職能所在。[2]培養(yǎng)高級應(yīng)用型人才需要高校在師資、資源、設(shè)施等方面大量投入，還需要創(chuàng)新教學(xué)模式。但現(xiàn)階段，不少高校在高級應(yīng)用型人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)存在不足，培養(yǎng)的學(xué)生創(chuàng)新能力和實踐能力不足，實際動手能力和解決問題能力欠佳，與社會需求結(jié)合不夠緊密。主要原因是，教學(xué)過程中教學(xué)方法單一、教學(xué)形式簡單，不能滿足以問題取向和知識應(yīng)用為目的培養(yǎng)模式。

如何開展金屬材料工程專業(yè)核心課程教學(xué)方式和形式的改革建設(shè)，滿足應(yīng)用型人才培養(yǎng)需求，構(gòu)建理論教學(xué)、實驗實踐及虛擬仿真的有效協(xié)作，一直是金屬材料工程專業(yè)教學(xué)研究關(guān)注的熱點。

1金屬材料工程專業(yè)現(xiàn)有教學(xué)模式分析

這一專業(yè)更側(cè)重于實際應(yīng)用，在培養(yǎng)學(xué)生時注重提升其綜合能力，在增長理論知識水平的同時注重實踐經(jīng)驗，讓學(xué)生能夠走出課堂，將知識轉(zhuǎn)化為實際效應(yīng)，[3]利用所學(xué)知識解決實際生活中的問題，并在此過程中不斷完善自身思維體系。

學(xué)科注重書本知識與實踐經(jīng)驗之間的結(jié)合。[4]作為金屬專業(yè)的專業(yè)核心課程，“金屬學(xué)原理”“金屬熱處理原理及工藝”“金屬材料學(xué)”“材料研究與測試方法”“材料性能學(xué)”等課程的教學(xué)質(zhì)量直接決定了本專業(yè)學(xué)生對于金屬材料的認識和掌握水平，影響學(xué)生日后對于本專業(yè)繼續(xù)深造的科研潛力和動力。從課程性質(zhì)和特點上來看，這些核心課程不僅內(nèi)容涉及面廣、綜合性強，有些內(nèi)容較難理解；而且知識點繁雜，課程中的許多術(shù)語概念較抽象，且又缺乏嚴格的邏輯性，[5]許多學(xué)生學(xué)起來感到枯燥乏味，內(nèi)容零散抓不住要點，學(xué)習(xí)起來難度較大。這些課程的特點決定了其在教學(xué)方法上具有與文科及邏輯性較強學(xué)科有明顯的不同，所以當(dāng)前教師需要考慮的問題是，如何在教學(xué)過程中幫助學(xué)生調(diào)動積極性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，如何幫助學(xué)生做到全身心投入到學(xué)習(xí)過程中，深入理解理論知識，并以此為基礎(chǔ)進行金屬材料的應(yīng)用。

金屬材料工程專業(yè)核心課程理論知識內(nèi)容繁雜，同時實踐性非常強。然而，實驗實踐教學(xué)在不少高校并未得到足夠重視，實驗實踐教學(xué)環(huán)節(jié)做得不夠到位，實踐教學(xué)環(huán)節(jié)相對薄弱。表現(xiàn)在教學(xué)安排上，存在重理論輕實踐，實驗實踐教學(xué)被看作理論教學(xué)的補充，自主性實驗少，演示性和驗證性的實驗教學(xué)偏多，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手能力，使學(xué)生在綜合能力及創(chuàng)新意識的培養(yǎng)上不盡如人意。所以，為了鍛煉學(xué)生的動手能力，提升改善相關(guān)實驗課程是十分必要的。

實驗教學(xué)與理論教學(xué)具有互補互輔的特點，實驗不僅實踐性強，還能將理論知識展現(xiàn)得更加直觀，具有一定的啟發(fā)性和探索性，能夠較好的彌補理論教學(xué)的不足，對學(xué)生穩(wěn)固掌握理論知識、用理論聯(lián)系實踐、培養(yǎng)創(chuàng)新思維、分析和解決實際問題等方面具有重要作用。本研究以此為出發(fā)點，通過對金屬材料專業(yè)核心課程進行教學(xué)方式和形式的改革，采用理論學(xué)習(xí)和實踐相結(jié)合、問題取向教學(xué)、虛擬模擬教學(xué)等教學(xué)方法來探究其對學(xué)生能力提升的影響。

實驗課程是金屬材料工程專業(yè)的不可或缺的實踐性課程，是課堂理論教學(xué)與實踐環(huán)節(jié)相結(jié)合的有效途徑。在理論課程授課過程中及時穿插結(jié)合實驗環(huán)節(jié)中的有關(guān)內(nèi)容，一則可以活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，二則能夠加深對所學(xué)內(nèi)容知識的理解，并為后續(xù)的生產(chǎn)實習(xí)環(huán)節(jié)提供必要的感性認識和初步經(jīng)驗。本專業(yè)類屬工科，在進行教學(xué)活動時，多組織學(xué)生進行實驗，讓學(xué)生在親身實踐的過程中積累實際經(jīng)驗，鍛煉其動手能力，做到手腦協(xié)調(diào)發(fā)展，幫助學(xué)生在理論知識與實踐經(jīng)驗之間搭建橋梁。雖然金屬材料工程專業(yè)的核心課程都是實踐性很強的課程，需要實驗實習(xí)等實踐來支撐，由于經(jīng)費、實習(xí)條件等原因，實習(xí)效果較差，實踐教學(xué)不能緊密結(jié)合生產(chǎn)實際，學(xué)生動手能力和創(chuàng)新意識有待提高。面對這些問題，鼓勵在理論教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合的基礎(chǔ)之上，進一步完善虛擬仿真實驗，在這一實驗過程中幫助學(xué)生強化創(chuàng)新能力。這一新型實驗類型是以現(xiàn)實材料為基礎(chǔ)，借助當(dāng)前多媒體技術(shù)，利用數(shù)據(jù)庫提供豐富資料，幫助學(xué)生在人機交互的真實體驗環(huán)境中更好的完成實驗，增強學(xué)生的實際代入感。這一實驗與金屬材料相關(guān)內(nèi)容緊密貼合，能夠在現(xiàn)有內(nèi)容的基礎(chǔ)上進一步實現(xiàn)擴充，幫助學(xué)生開闊眼界，提升課堂教學(xué)效率，當(dāng)時虛擬的環(huán)境也能夠進一步保證師生安全，減少實驗過程中產(chǎn)生的污染，實現(xiàn)綠色實驗環(huán)境，使實驗效果與教學(xué)大綱的要求內(nèi)容進一步貼合。

2“專業(yè)核心課程的理論-實驗-虛擬仿真多元一體化教學(xué)模式”分析

教學(xué)改革的關(guān)鍵在于如何通過合理的措施，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的各項能力。為此，本項目提出“專業(yè)核心課程的理論-實驗-虛擬仿真多元一體化教學(xué)模式”，項目主要研究內(nèi)容如下：

更新教育理念，改革人才培養(yǎng)模式，制定以學(xué)生為中心人才培養(yǎng)方案。對接社會需求和行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展更新本專業(yè)的培養(yǎng)目標，跟蹤崗位需求設(shè)計專業(yè)本科生的畢業(yè)要求，對接畢業(yè)要求設(shè)計課程體系和教學(xué)的思路，制定修訂人才培養(yǎng)方案，提高教育質(zhì)量；建立校院系三級自查自糾和第三方評估的質(zhì)量保障機制，定期對培養(yǎng)方案進行合理性評估。優(yōu)化專業(yè)課程設(shè)置，建立課程動態(tài)調(diào)整機制。

專業(yè)核心課程的內(nèi)容優(yōu)化及課程教學(xué)方法探究。構(gòu)建以學(xué)生為中心，培養(yǎng)學(xué)生能力為本的課程內(nèi)容體系，在確保知識系統(tǒng)、連貫和完整的前提下，精煉專業(yè)理論的授課內(nèi)容，根據(jù)本專業(yè)課程內(nèi)容所具有的綜合性、應(yīng)用性和經(jīng)驗性特點，注重挖掘現(xiàn)象背后的本質(zhì)問題，在不同內(nèi)容之間建立聯(lián)系，完善整體知識體系。按照“核心、主線、脈絡(luò)”三位一體的知識構(gòu)架，優(yōu)化現(xiàn)有的教材資源，緊跟學(xué)科及專業(yè)前沿發(fā)展，根據(jù)科學(xué)前沿和行業(yè)反饋及時更新教學(xué)內(nèi)容。編寫適合于培養(yǎng)應(yīng)用型人才的教材，并制作配套的多媒體課件。

結(jié)合金屬材料核心課程既有理論基礎(chǔ)又含工程知識的特點，綜合利用多種教學(xué)方法，結(jié)合不同種方法的優(yōu)點，總是借助當(dāng)前新興的多媒體技術(shù)，幫助實現(xiàn)擴展空間，讓學(xué)生在不同類型的教學(xué)手段下更好的完成教學(xué)任務(wù)，構(gòu)建起適用于金屬材料專業(yè)的多元教法的教學(xué)模式，獲得教學(xué)模式構(gòu)成要素與教學(xué)內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)性，研究多元要素的協(xié)同效應(yīng)對專業(yè)核心課教學(xué)效果的影響。

構(gòu)建“理論-實驗-虛擬仿真”多元一體化協(xié)同教學(xué)模式。強化理論課與實驗實踐課的銜接性，設(shè)計出理論與實驗知識體系有機統(tǒng)一的專業(yè)核心課程群。按照“兩性一度”標準，開展慕課、SPOC建設(shè)，建設(shè)“金課”；開設(shè)虛擬仿真實驗課，為推進“智能+”教育“金課”體系奠定堅實基礎(chǔ)。整合課堂、實驗實踐平臺、虛擬仿真平臺等多種教學(xué)資源，構(gòu)建起資源協(xié)同且教法多元化的教學(xué)模式，建立起教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)模式之間的關(guān)聯(lián)性，研究教學(xué)模式各要素的協(xié)同效應(yīng)對專業(yè)課程教學(xué)效果的影響。

優(yōu)化專業(yè)課程設(shè)置，建立課程動態(tài)調(diào)整機制。通過網(wǎng)絡(luò)信息資源調(diào)研專業(yè)研究的前沿科技成果，通過問卷調(diào)查、畢業(yè)生跟蹤、專家咨詢以及企業(yè)走訪來調(diào)查行業(yè)對學(xué)生能力的需求，同時注重考慮當(dāng)前社會需求以及生源質(zhì)量分配等具體社會動態(tài)情況，靈活調(diào)整開設(shè)的相應(yīng)課程，緊扣國家和區(qū)域發(fā)展需求，主動適應(yīng)新技術(shù)新業(yè)態(tài)，著力更新新一代金屬加工技術(shù)、現(xiàn)代金屬材料等社會前沿理論知識，以專業(yè)認證為抓手，優(yōu)化培養(yǎng)方案中的課程結(jié)構(gòu)，促進質(zhì)量提升，強化課程教材及內(nèi)容建設(shè)，打造專業(yè)“金課”。

加強“理論-實驗-虛擬仿真”多元教學(xué)模式融合，不斷完善協(xié)同育人和實踐教學(xué)機制。通過搜集、檢索、分類、對比、歸納文獻資料，調(diào)研專業(yè)教學(xué)模式的研究成果，積極向更多一流專業(yè)、一流實驗環(huán)境、實驗基地的學(xué)習(xí)，引進優(yōu)質(zhì)課堂內(nèi)容，加強地域間的聯(lián)系，積極求得政府支持，與當(dāng)?shù)匕l(fā)展良好的工業(yè)化企業(yè)進行合作，在發(fā)展理論學(xué)科的同時與產(chǎn)業(yè)相融合，加快人才知識轉(zhuǎn)化，明確人才培養(yǎng)目標，加強現(xiàn)代工程實驗實訓(xùn)中心、教師教育技能訓(xùn)練中心等實踐教學(xué)資源的整合利用，促進專業(yè)與行業(yè)企業(yè)之間的對接，加快人才團隊建設(shè)速度，加快知識人才的轉(zhuǎn)化，使得高校與社會之間的合作進一步緊密，共建開放機制。構(gòu)建“理論-實驗-虛擬仿真”多元協(xié)同教學(xué)模式，并通過學(xué)生反饋機制及專家咨詢，優(yōu)化“理論-實驗-虛擬仿真”三者之間的銜接點，通過觀察、問卷、座談的形式，采集多元協(xié)同教學(xué)模式的教學(xué)效果。

3結(jié)論

經(jīng)過本次研究，力爭給出更為科學(xué)的實驗與教學(xué)新興模式，提高不同部分之間的協(xié)同發(fā)展程度，積極推進以人為本的教學(xué)模式，將理論知識與實踐能力之間的發(fā)展相結(jié)合，促進綜合素質(zhì)的進一步提升可，注重多方面綜合發(fā)展，發(fā)展應(yīng)用型實驗觀念。在教學(xué)中做到以學(xué)生為主，讓學(xué)生積極參與充分發(fā)揮主觀能動性，啟發(fā)創(chuàng)新思維，培養(yǎng)出理論、實踐等綜合素質(zhì)能力型人才。

基金項目：2019年第二批產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目（201902085014）；聊城大學(xué)2019校級教學(xué)改革項目（G201902z）

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