新工科背景下金屬材料實驗課的網(wǎng)絡(luò)課程及案例教學(xué)實施探索

秦亮 王淑艷 張艷

摘要：基于新工科背景，分析了金屬材料基礎(chǔ)實驗課傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式存在的問題，就實驗課程的教學(xué)模式改革進行了探索。具體實驗課程的改革建立在“金屬學(xué)原理綜合實驗”內(nèi)容上，采用網(wǎng)絡(luò)課程與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的方式引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，并在教學(xué)中引入經(jīng)典案例教學(xué)激發(fā)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)積極性。通過具體的實施證明，此種教學(xué)方式的改革可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，學(xué)生對實驗內(nèi)容的理解和對實驗技能的掌握較傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式有大幅提高，有效改善了實驗教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：實驗課教學(xué)改革;網(wǎng)絡(luò)課程;翻轉(zhuǎn)課堂;案例教學(xué)

中圖分類號：G420?????????????文獻標(biāo)識碼：A

2017年2月以來，教育部發(fā)布了《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》，明確提出需積極探索新工科背景下加強工科專業(yè)建設(shè)，主動適應(yīng)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新技術(shù)的發(fā)展[1-2]。實驗教學(xué)作為高校培養(yǎng)學(xué)生研究與實踐能力的主要方式，需重點培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際能力、實踐動手的能力、創(chuàng)新思維及嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)等，因此，重視實驗教學(xué)，加強學(xué)生動手能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)已成為新工科背景下應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)的共識[3]。

《金屬學(xué)原理》作為我校金屬材料專業(yè)學(xué)生接觸的第一門專業(yè)課，是一門核心專業(yè)基礎(chǔ)課，主要展示材料科學(xué)中“材料成分、結(jié)構(gòu)與性能”三者之間的關(guān)系。開設(shè)的《金屬學(xué)原理綜合實驗》課程作為基礎(chǔ)實驗課不僅緊密聯(lián)系理論內(nèi)容，可以幫助學(xué)生對理論知識的進一步理解，還能讓學(xué)生在實驗過程中發(fā)現(xiàn)問題，并用所學(xué)基本知識分析解決問題。但由于課程涉及知識面廣且概念繁多，學(xué)生學(xué)習(xí)起來難度較大，對于很多實驗原理理解不透徹，實驗技能掌握不牢固，從而導(dǎo)致教學(xué)效果大打折扣。本文立足于本校自身學(xué)校的實驗教學(xué)情況，將網(wǎng)絡(luò)課程與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合，并在課堂中引入案例教學(xué)模式，強化學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，著力增強學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和積極性，提升實驗教學(xué)效果，培養(yǎng)好學(xué)生扎實的實驗基本功。

1?教學(xué)模式現(xiàn)狀及不足

傳統(tǒng)的教學(xué)模式比較單一，實驗課往往按照教學(xué)大綱和實驗指導(dǎo)書內(nèi)容照本宣科地進行。實驗過程也主要為驗證型和演示型，一般由教師先按照規(guī)定內(nèi)容、方法和步驟進行演示講解，然后讓學(xué)生進行操作。此種實驗手段忽視了學(xué)生的自主性和積極性，師生之間也缺乏溝通和啟迪[4]，難以培養(yǎng)學(xué)生積極主動的動手操作能力。導(dǎo)致整個實驗課結(jié)束還有學(xué)生仍不能掌握基本的實驗技能，更無法面對和解決的實際工程問題。

此外，學(xué)生上課時一般是幾人一組分組進行，組內(nèi)較認真積極的同學(xué)會充分利用上課時間，上課效果相對較好。而部分學(xué)習(xí)積極性較差的同學(xué)往往就在旁邊看，獨立思考和操作的時間相對就比較少，導(dǎo)致實操技能掌握較差。由于如引言所述本實驗課在整個課程體系中具有非常重要的作用，因此如何調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提升課堂教學(xué)效果，讓學(xué)生真正掌握實操技能，為后續(xù)的專業(yè)課及專業(yè)實驗課打好堅實的基礎(chǔ)，成為目前必須且急需解決的問題。

2?課程教學(xué)改革實踐

2.1?網(wǎng)絡(luò)課程與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合

《金屬學(xué)原理綜合實驗》的實驗課程的特點是內(nèi)容較多，要求掌握的實驗技能較廣。由于實驗課學(xué)習(xí)建立在熟練掌握理論課內(nèi)容的基礎(chǔ)上，而學(xué)生對理論課內(nèi)容有所淡忘，導(dǎo)致課上雖然動手進行了實驗，但對基本實驗原理似懂非懂，更談不上互動，影響了實驗課教學(xué)效果。若要增加實驗課教學(xué)過程中的互動，提高教學(xué)效果，近些年大力推廣的線上線下混合教學(xué)模式[5-6]為本實驗課教學(xué)改革提供了思路。改革后，不再是先教師講再學(xué)生練的模式，而是主要采取讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)課程先提前預(yù)習(xí)，實驗課則采用翻轉(zhuǎn)課堂[7-8]的形式。這樣，學(xué)生在實驗課之前先加深了理論內(nèi)容的復(fù)習(xí)和理解，到了實驗課上就作為學(xué)習(xí)的主體與教師進行溝通探討，從而在實驗中目的更加明確，做到理論聯(lián)系實際。這種教學(xué)方法的改革實現(xiàn)了學(xué)生的主動學(xué)習(xí)，真正成為學(xué)習(xí)的主體，因而課堂教學(xué)效果大幅提升。圖1所示為本課程利用學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)課程平臺建立的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容。學(xué)生上課前先進行預(yù)習(xí)，在實驗課堂上對學(xué)生進行預(yù)習(xí)情況的檢測。對于預(yù)習(xí)情況不好的學(xué)生予以警示并扣減一定平時成績分數(shù)，對于表現(xiàn)不合格同學(xué)則不予進行實驗課，直至預(yù)習(xí)合格后方可進行實驗課內(nèi)容。圖2為部分小組課堂檢測的結(jié)果，“預(yù)警”學(xué)生為預(yù)習(xí)不合格者，必須測驗合格后再進行實驗。在進行實驗課時采取學(xué)生為主導(dǎo)，由學(xué)生獨立完成實驗內(nèi)容，教師提供實驗材料以及從旁指導(dǎo)，而非讓學(xué)生先觀看教師講解演示。此種教學(xué)模式大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，也使學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)目的更加明確，實驗技能得到有效訓(xùn)練。經(jīng)過對幾屆學(xué)生實施網(wǎng)絡(luò)課程和翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的教學(xué)模式，發(fā)現(xiàn)實驗課教學(xué)效果明顯得到提高，而且此模式易于推廣。當(dāng)然，此種教學(xué)模式進行的同時要結(jié)合考核制度的改革，需將學(xué)生網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的情況納入實驗課整體考核中，同時優(yōu)化考核方式，真正在最終的實驗成績中體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的成績占比。

2.2?案例教學(xué)引入實驗課堂

案例教學(xué)法是前美國哈佛大學(xué)法學(xué)院院長朗代爾與1870年提出的一種開放式、互動式的教學(xué)方式。其通過特定的案例使學(xué)生在充分理解案例內(nèi)容后，展開開放性的討論與交流，讓學(xué)生獲得認識、分析、解決問題的思路與能力[9-10]。實驗課采取特定的案例與課程內(nèi)容相結(jié)合，不僅可以幫助學(xué)生更好地理解內(nèi)容，更能提升學(xué)生的思考與動手能力，更好地實現(xiàn)理論知識和實驗內(nèi)容的融會貫通。

本實驗課的案例教學(xué)有視頻案例和工程案例兩種教學(xué)方式。視頻案例主要由授課教師進行廣泛地收集相關(guān)圖片及視頻素材，并從中進行篩選完成編輯和加工，最終將短小精悍的圖片及視頻案例進行加工制作后用于網(wǎng)絡(luò)及課堂授課。由于案例主要是服務(wù)于課堂授課的，因此必須重點突出與課堂內(nèi)容相輔相成，同時還要滿足學(xué)生網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)時的自學(xué)需求。例如，本實驗課程中第一課的內(nèi)容為金相實驗教學(xué)，該內(nèi)容在金屬材料及相關(guān)專業(yè)實驗教學(xué)中占有非常重要的地位，是材料、機械、冶金等專業(yè)高級人才培養(yǎng)中的重要內(nèi)容[11]。為了解決以往實驗課上很多學(xué)生對于金相試樣制備技能掌握不好的情況，教師將該內(nèi)容的短視頻放到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺（如圖1），并且將線上和線下相結(jié)合，采取混合式教學(xué)方式。學(xué)生現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)課程平臺進行觀看學(xué)習(xí)，不僅可以了解整個金相試樣制備的流程，還可以清晰地觀看到金相試樣制備過程的細節(jié)，從而在課堂上自己動手時更有針對性地進行實操練習(xí)。更重要的是課上學(xué)生會就實操技巧和教師進行非常有效且積極主動的討論和交流，提高了課堂教學(xué)效果和學(xué)生的動手能力。本實驗課程中鐵碳合金平衡組織觀察和鋼的熱處理這兩部分實驗內(nèi)容則采取了網(wǎng)絡(luò)案例和工程案例相結(jié)合的教學(xué)方法。由于此部分和理論內(nèi)容有著極其緊密的聯(lián)系，而實驗課教學(xué)時發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生往往對于鐵碳合金相圖的掌握并不是十分牢固，因此在觀察具體組織時就更是分不清到顯微鏡里觀察的到底是哪種組織，熱處理工藝的制定規(guī)則也并不十分清晰。為了解決這一問題，將每種典型組織的形成過程短視頻放到了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺供學(xué)生提前觀看，不僅是對理論知識的復(fù)習(xí)，也是對實驗課內(nèi)容的預(yù)習(xí)。在實驗課上教師再把典型案例與學(xué)生進行討論分析，以具體鐵碳合金為例，如亞共析鋼選擇了日常生活常見的螺栓、齒輪等。首先讓學(xué)生先進行平衡組織的觀察，掌握了其組織特征。到了熱處理實驗課時，又對其進行不同工藝的熱處理，再去觀察組織及力學(xué)性能的變化。學(xué)生從理論到實踐再到理論，很容易就理解了為什么螺栓、齒輪等要用熱處理之后的45鋼。最終對這兩部分的實驗內(nèi)容有了很好的掌握，完全達到了教學(xué)目的。采用案例教學(xué)的方式，使學(xué)生對理論知識再一次進行了鞏固，同時實驗?zāi)康暮蛢?nèi)容也更加清晰。他們會更加主動與老師討論每一種組織的形態(tài)特征及分布特點，比起傳統(tǒng)的由老師先講解再獨立觀察的教學(xué)方式，教學(xué)效果得到明顯改善。學(xué)生也表示結(jié)合具體案例，不僅對理論知識進行了鞏固，對鐵碳合金典型組織及熱處理知識掌握得更加透徹了，而且還學(xué)會了理論聯(lián)系實際解決問題的方法。這種案例教學(xué)的方法激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，同時結(jié)合網(wǎng)絡(luò)課程和翻轉(zhuǎn)課堂的方式，讓教學(xué)效果更加有了大幅提升。

結(jié)語

《金屬學(xué)原理綜合實驗》作為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)實驗課，其課程改革是高校培養(yǎng)材料專業(yè)創(chuàng)新型人才的重要環(huán)節(jié)。采用網(wǎng)絡(luò)課程和翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合并加入案例教學(xué)替代部分傳統(tǒng)教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，有效提高學(xué)生對專業(yè)實驗的興趣，使學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力得到訓(xùn)練和培養(yǎng)，大大提高了實驗課教學(xué)效果。此種新穎的教學(xué)方式也為其他實驗課教學(xué)方式的改革提供了參考和奠定了基礎(chǔ)。為了更好培養(yǎng)學(xué)生實驗的綜合能力和素質(zhì)，我們還將繼續(xù)對實驗教學(xué)方式進行持續(xù)深入的改革和探討。

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基金項目：江蘇科技大學(xué)（張家港）2020年度“金課”培育項目，?項目編號：SJK20200905

作者簡介：秦亮（1982—??），女，漢族，江蘇張家港人，博士，高級實驗師，主要從事金屬材料專業(yè)教學(xué)和科研工作。