基于“新工科”人才培養(yǎng)模式下的材料成形檢測與控制工程基礎(chǔ)課程改革

曾娣平，郭文敏，鄒利華，吳海江，陳東瑞，王小明

基于“新工科”人才培養(yǎng)模式下的材料成形檢測與控制工程基礎(chǔ)課程改革

曾娣平，郭文敏，鄒利華，吳海江，陳東瑞，王小明

(邵陽學(xué)院機械與能源工程系，湖南 邵陽 422000)

結(jié)合“新工科”建設(shè)背景下人才培養(yǎng)目標，對材料成形檢測與控制工程基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法進行了改革。從理論教學(xué)和實踐教學(xué)兩方面入手，優(yōu)化了課程體系，改革了課程考核方式。在教學(xué)中引入了“線上線下混合教學(xué)”、“翻轉(zhuǎn)課堂”、“小組研討”等方法，針對2016級、2017級學(xué)生開展試點教學(xué)。結(jié)果表明，能有效激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，營造濃厚的學(xué)習(xí)氛圍，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，保證課程的教學(xué)效果。

新工科；教學(xué)方法；教學(xué)效果

在材料成形工藝過程中檢測及控制至關(guān)重要。例如在鑄造、焊接和鍛壓加工過程中，只有準確地檢測及控制溫度的變化，控制好溫度參數(shù)，才能正確地控制材料加工工藝過程，從而獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品[1]。檢測與控制的基本原理及基本方法是進行科學(xué)實驗和生產(chǎn)過程工藝參數(shù)測量與控制必不可少的理論基礎(chǔ)。通過檢測可以揭露事物的內(nèi)在聯(lián)系和變化規(guī)律，通過控制可以實現(xiàn)事物的規(guī)律運動，從而推動科學(xué)技術(shù)的不斷進步。目前，檢測及控制技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、國防建設(shè)、交通運輸、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護和人們生活的各個方面，并在其中發(fā)揮著越來越重要的作用，成為國民經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的一項必不可少的重要基礎(chǔ)技術(shù)。使用先進的檢測及控制技術(shù)已成為經(jīng)濟高度發(fā)展和科技現(xiàn)代化的重要標志之一[2]。

材料成形檢測與控制工程基礎(chǔ)課程主要介紹了材料成形工藝過程中的溫度、應(yīng)力應(yīng)變、位移、磁場、電壓電流等多種物理參量的檢測技術(shù)和控制原理。通過該課程的教學(xué)，使學(xué)生掌握材料加工工藝過程檢測和控制的基礎(chǔ)理論、基本知識、基本方法和相關(guān)的實驗技能，能夠根據(jù)材料加工工藝要求，正確檢測溫度、應(yīng)力應(yīng)變、位移、轉(zhuǎn)速以及磁場等相關(guān)物理量，并對工藝過程進行自動控制。該課程涉及知識面廣、實踐性強，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方法很難適應(yīng)當(dāng)前“新工科”背景下的教育教學(xué)要求，因此對材料成形檢測與控制工程基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法進行改革和探索意義重大。

1 　材料成形檢測與控制工程基礎(chǔ)課程特點

2018年，邵陽學(xué)院機械與能源工程學(xué)院根據(jù)“新工科”人才培養(yǎng)模式的需要[3]，將原有的過程控制基礎(chǔ)以及材料成形檢測兩門課程優(yōu)化整合成為材料成形檢測與控制工程基礎(chǔ)，作為材料成型及控制工程專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程。根據(jù)材料成型及控制工程專業(yè)的具體情況，將該課程理論教學(xué)內(nèi)容主要分為兩部分：一部分是測試系統(tǒng)設(shè)計，包含傳感器、信號分析及處理、檢測及顯示技術(shù)三項內(nèi)容；另一部分是自動控制系統(tǒng)的基本原理、分析方法和設(shè)計方法，主要包含自動控制理論基礎(chǔ)與自動控制系統(tǒng)分析等內(nèi)容。課程涉及數(shù)學(xué)、力學(xué)、電工學(xué)、物理學(xué)和金屬學(xué)等多方面的知識，學(xué)習(xí)難度大，純理論知識點多，學(xué)習(xí)過程枯燥乏味，容易使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中失去學(xué)習(xí)興趣，因此必須改革傳統(tǒng)的教學(xué)模式，引入新的教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量。當(dāng)前“新工科”人才培養(yǎng)的目標是讓學(xué)生通過專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，能靈活運用掌握的基本原理和方法解決實際問題，這也對課程體系、理論教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方法提出了新的要求。

材料成形檢測與控制工程基礎(chǔ)是一門實踐性很強的課程，學(xué)生通過學(xué)習(xí)該課程應(yīng)掌握獨立開展科學(xué)研究所必備的檢測和控制的基礎(chǔ)理論、實驗方法以及數(shù)據(jù)分析方法。目前已經(jīng)開設(shè)的課程實驗主要以傳統(tǒng)的儀器實驗為主，而對于測試軟件和分析軟件的介紹和應(yīng)用幾乎沒有涉及。為了適應(yīng)新信息、新科技術(shù)時代測試技術(shù)的發(fā)展趨勢，應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生運用軟件進行分析的能力，在實踐教學(xué)中增加軟件應(yīng)用能力培養(yǎng)的有關(guān)內(nèi)容。同時，應(yīng)側(cè)重對學(xué)生實際測量與控制技能的培養(yǎng)，通過實踐教學(xué)有效提高學(xué)生的思維能力、動手能力和創(chuàng)新能力。通過該課程的教學(xué)，讓學(xué)生深入廣泛地理解材料成形過程中的檢測及控制，為后續(xù)的成形工藝方法、成形設(shè)備控制等課程的學(xué)習(xí)，為開發(fā)新材料及其成形新技術(shù)、分析和解決成形過程中的質(zhì)量缺陷問題等奠定理論基礎(chǔ)。如何提高課程教學(xué)的質(zhì)量，適應(yīng)“新工科”人才培養(yǎng)模式，進而保證人才培養(yǎng)質(zhì)量，是材料成形檢測與控制工程基礎(chǔ)課程改革的關(guān)鍵。

2　課程體系、教學(xué)內(nèi)容改革措施及成效

2.1　優(yōu)化課程體系

根據(jù)“新工科”人才培養(yǎng)模式的要求，制定材料成形檢測與控制工程基礎(chǔ)課程的理論教學(xué)大綱和實驗大綱。課程涵蓋了材料成形和控制工程中常用的檢測及顯示技術(shù)；繼電器和接觸器的程序控制、拖動、驅(qū)動控制技術(shù)及自動控制理論基礎(chǔ)；材料成形領(lǐng)域常用的速度控制系統(tǒng)、焊接電弧控制系統(tǒng)等[1]。將該課程與電工技術(shù)基礎(chǔ)、電子技術(shù)基礎(chǔ)、微機原理及應(yīng)用、材料成形工藝等其他課程融合成為更適合當(dāng)代材料成形人才培養(yǎng)需求的知識體系。在2017級、2018級兩屆學(xué)生中開展教學(xué)實踐，發(fā)現(xiàn)在新的課程體系下，學(xué)生能較好的掌握課程知識點，能系統(tǒng)地運用理論知識來進行實踐。

2.2　課程教學(xué)內(nèi)容改革及知識結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在理論教學(xué)方面，為適應(yīng)新工科人才培養(yǎng)需求，根據(jù)材料成形檢測與控制的應(yīng)用現(xiàn)狀與未來發(fā)展的趨勢，對教學(xué)內(nèi)容體系進行了改革與創(chuàng)新，優(yōu)化了知識結(jié)構(gòu)。在材料成形檢測與控制工程基礎(chǔ)課程教學(xué)中，以材料檢測與控制的“檢測理論、控制理論、檢測與控制系統(tǒng)設(shè)計、實際檢測與控制系統(tǒng)”四大問題為主線，向?qū)W生全面介紹當(dāng)前傳感器技術(shù)、自動化儀表技術(shù)的主流發(fā)展趨勢和先進理念。將新型檢測技術(shù)與控制技術(shù)的具體生產(chǎn)實例引入課堂，把檢測技術(shù)、控制技術(shù)作成為課程教學(xué)的主要內(nèi)容，實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的及時更新和教學(xué)手段的現(xiàn)代化。

在實驗教學(xué)方面，針對“新工科”人才培養(yǎng)要求，堅持“能力導(dǎo)向，重視實踐”的原則，對實驗教學(xué)內(nèi)容進行了以下改革：改革課程實驗內(nèi)容，貼近實際工程項目，以滿足快速發(fā)展的新技術(shù)、新儀器對人才培養(yǎng)的需要[4]；改革傳統(tǒng)的實驗?zāi)Ｊ剑黾臃抡鎸嶒灪途C合設(shè)計性實驗，彌補傳統(tǒng)基礎(chǔ)性實驗的不足。通過仿真實驗提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，通過綜合設(shè)計性實驗培養(yǎng)學(xué)生綜合運用理論知識的能力、創(chuàng)新能力、組織管理能力、自主實驗?zāi)芰σ约敖鉀Q實際問題的能力[5]。

具體增加的實驗內(nèi)容有：開設(shè)信號仿真實驗，讓學(xué)生通過Lab-View軟件平臺動手設(shè)計周期信號疊加系統(tǒng)仿真實驗，充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力；結(jié)合“自動控制理論”等教學(xué)內(nèi)容，運用Matlab的功能，開設(shè)“控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件學(xué)習(xí)使用及典型控制系統(tǒng)建模分析”、“控制系統(tǒng)時域特性分析”等實驗。通過實驗教學(xué)，讓學(xué)生理解并掌握自動控制系統(tǒng)經(jīng)典的分析、設(shè)計方法及基本理論，鞏固課堂所學(xué)知識，為工程實踐打好基礎(chǔ)。將實驗課時從原來的6學(xué)時增加到10學(xué)時，加強了對學(xué)生實踐技能的培養(yǎng)。

2.3　課程考核方式改革

材料成形檢測與控制工程基礎(chǔ)是一門理論與實踐結(jié)合的課程。學(xué)生通過學(xué)習(xí)該課程，能極大提高自身的工程實踐能力和創(chuàng)新能力。目前，在實施課程考核時，采用“平時成績(20%)+實驗成績(10%)+期末考試(70%)”的方式計算學(xué)生的成績。采用這種成績計算方式，期末卷面成績所占比例很高，對實踐環(huán)節(jié)的考核力度較小，容易導(dǎo)致學(xué)生參與實驗課缺乏積極性，完成平時作業(yè)敷衍了事，不能真正反映學(xué)生掌握該課程知識和技能的程度，也難以適應(yīng)“新工科”背景下對本科高校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求。對材料成形檢測與控制工程基礎(chǔ)課程的考核方式進行改革，意義重大。改革的內(nèi)容包括：

(1)加強學(xué)習(xí)過程評價。通過增加課后設(shè)計類的大作業(yè)、“翻轉(zhuǎn)”課堂考核來評價學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

(2)加強實驗環(huán)節(jié)的考核力度，讓同學(xué)積極參與到每次實驗課中。

(3)減小閉卷筆試成績的占比。在課程考核中，按照“平時成績(30%)+實驗成績(30%)+期末考試(40%)”的方式計算成績，以利于綜合考察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。在平時成績中，以課堂表現(xiàn)為主，通過設(shè)計“翻轉(zhuǎn)”課堂提高學(xué)生的積極性，避免出現(xiàn)“人到心不到”等現(xiàn)象；計算平時作業(yè)成績時，以考核設(shè)計類大作業(yè)的完成情況為主，既能培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計創(chuàng)新能力，又能避免學(xué)生出現(xiàn)“作業(yè)抄襲”的現(xiàn)象。在實驗成績中，加大實驗操作考核成績的占比，降低實驗報告評價成績的占比，以提高學(xué)生自主實驗的積極性，避免出現(xiàn)實驗過程“敷衍”，實驗報告“抄襲”等現(xiàn)象。在2018級學(xué)生中進行了新考核方式的實踐，結(jié)果表明：學(xué)生上課的積極性得到了有效提高，學(xué)生的實驗動手能力得到了有效提升，大部分學(xué)生都能主動地參與到課堂教學(xué)和實驗操作中來，基本杜絕了“作業(yè)抄襲、實驗敷衍”等現(xiàn)象。

3　改革教學(xué)方法

注重能力培養(yǎng)，從課堂教學(xué)模式入手對傳統(tǒng)教學(xué)方法進行了改革。

(1)理論教學(xué)方法改革。大力推進“線上線下混合教學(xué)”。實施線上教學(xué)時，教師課前在線上發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)、預(yù)習(xí)資料，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)；實施線下教學(xué)時，教師在課堂上主要講解學(xué)習(xí)重點以及學(xué)生集中反映的難點。通過推進“線上線下混合教學(xué)”，讓學(xué)生積極參與到課堂教學(xué)中，增強學(xué)生的主體意識，提高學(xué)生的積極性。通過線下課堂中的難點研討，進行“翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)”、“小組研討學(xué)習(xí)”等教學(xué)方法改革，實現(xiàn)教學(xué)理念由“以教師教學(xué)為中心”向“以學(xué)生發(fā)展為中心”的轉(zhuǎn)變[6-8]。在2017級、2018級學(xué)生中，進行了“翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)”、“小組研討學(xué)習(xí)”的教學(xué)方法改革實踐，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性，培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識和課堂主體意識，保證了課程的教學(xué)效果。

(2)實驗教學(xué)方法改革。通過建立“課堂實驗教學(xué)”環(huán)境，將理論教學(xué)內(nèi)容放到實驗室中，便于學(xué)生具體形象地理解抽象的理論知識，培養(yǎng)他們的動手能力。比如，教師在進行熱電偶工作原理、渦流傳感器特點及工作原理、磁電式動圈儀的結(jié)構(gòu)及工作原理、電子電位差計的工作原理等內(nèi)容的教學(xué)過程中，可在實驗室對照具體實物展開理論教學(xué)，實現(xiàn)理論與實踐的有機結(jié)合。在2017級和2018級學(xué)生的實驗教學(xué)中，采用“課堂實驗教學(xué)”模式，提高了學(xué)生實驗的積極性，提升了學(xué)生的操作技能，保證了實驗效果，做到了以理論指導(dǎo)實驗、實驗檢驗理論，使學(xué)生的理論知識掌握得更牢固。

4　結(jié)語

“新工科”建設(shè)的推進對本科高校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提出了新的要求，結(jié)合人才培養(yǎng)目標，以材料成形檢測與控制工程基礎(chǔ)課程為例進行教學(xué)模式改革，意義重大。通過優(yōu)化知識體系，使學(xué)生能系統(tǒng)運用理論知識指導(dǎo)實踐，實現(xiàn)了“產(chǎn)出導(dǎo)向”的教學(xué)目標；通過調(diào)整知識結(jié)構(gòu)，使課程中抽象、難學(xué)的理論部分變得直觀、形象，實現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的全面更新；通過改革教學(xué)方法，秉持“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，提高了學(xué)生的主觀能動性，使學(xué)生完成了從被動學(xué)習(xí)到主動學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變，提高了課程的教學(xué)質(zhì)量和效果。

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Curriculum reform of “Material Forming Detection and Control Engineering Foundation” under the cultivation mode of “new engineering”

ZENG Diping, GUO Wenmin, ZOU Lihua,WU Haijiang, CHEN Dongrui, WANG Xiaoming

(Department of Mechanical and Energy Engineering, Shaoyang University, Shaoyang, Hunan 422000, China)

The teaching contents and method of the course "Material Forming Detection and Control Engineering Foundation" were reformed under the background of "New Engineering" construction. This paper starts from two aspects of theoretical teaching and practical teaching, optimizes the curriculum system, and reforms the method of curriculum assessment. Some teaching methods were introduced, such as "online-offline mixed teaching", "flipped classroom" and "group discussion". Pilot teaching was carried out for grade 2016 and 2017 students. The results show that it can effectively stimulate students' subjective initiative, create a strong learning atmosphere, improve students' learning ability, and ensure the teaching effect of the course.

new engineering; teaching method; teaching effect

G642

A

2096–8736(2021)06–0049–04

邵陽學(xué)院校級教學(xué)改革研究項目“新工科背景下《材料成型檢測及控制工程基礎(chǔ)》線上線下混合式課程教學(xué)模式研究”(2021JG13)；教育部2021產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目（202102616013）。

曾娣平(1982—)，女，湖南邵陽人，講師，主要研究方向為材料成型專業(yè)教學(xué)。

責(zé)任編輯：陽湘暉

英文編輯：唐琦軍