金屬力學(xué)性能課程教學(xué)改革創(chuàng)新與實踐

馬寶霞　康福偉　胡茂良

［摘 要］金屬力學(xué)性能課程是一門典型的理工科學(xué)科基礎(chǔ)課，具有很強(qiáng)的理論性和鮮明的工程應(yīng)用特征，重在培養(yǎng)學(xué)生研究、評價和應(yīng)用金屬材料的能力。遵循以“學(xué)生為中心”的工程教育理念，文章嘗試在金屬力學(xué)性能課程授課過程中引入智慧樹教學(xué)平臺，創(chuàng)新并豐富教學(xué)模式，即采用線上線下雙線融合教學(xué)模式，面向金屬材料工程專業(yè)人才培養(yǎng)的學(xué)習(xí)全過程，為培養(yǎng)具有堅實知識基礎(chǔ)、較強(qiáng)創(chuàng)新精神和實踐能力的金屬材料工程領(lǐng)域應(yīng)用型高級專門人才奠定基礎(chǔ)。

［關(guān)鍵詞］金屬力學(xué)性能；教學(xué)模式；教學(xué)改革；線上線下；混合模式；創(chuàng)新

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）10-0035-03

金屬力學(xué)性能課程是一門典型的理工科學(xué)科基礎(chǔ)課，這門課為金屬材料工程專業(yè)后續(xù)的生產(chǎn)實習(xí)、專業(yè)實踐、綜合實踐、畢業(yè)設(shè)計提供基礎(chǔ)。課程主要闡述各種載荷服役條件下力學(xué)性能指標(biāo)意義與工程應(yīng)用；研究金屬成分、組織結(jié)構(gòu)、工藝和性能之間的關(guān)系和規(guī)律，以及零件在不同服役條件下的性能需求，為零件合理選材、工藝制定以及失效分析提供基本理論和基本知識。因此，該課程具有很強(qiáng)的理論性和鮮明的工程應(yīng)用特征[1-3]。通過課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握性能指標(biāo)的物理本質(zhì)、測試原理與方法，深入理解金屬力學(xué)性能與外在服役條件和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，具備解決實際問題及創(chuàng)新的能力；根據(jù)力學(xué)性能要求正確評定和選用金屬材料，運用力學(xué)性能測試方法作為科學(xué)研究的有力工具，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究素養(yǎng)和工程素養(yǎng)[4-5]。因此，為實現(xiàn)金屬材料工程領(lǐng)域應(yīng)用型高級專門人才的培養(yǎng)目標(biāo)，本文在金屬力學(xué)性能課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和評價方面進(jìn)行了探索性的改革嘗試，現(xiàn)將從本課程教學(xué)改革舉措、成效進(jìn)行闡述。

一、教學(xué)改革前課程面臨的問題

首先，課程涉及金屬材料各種載荷下的力學(xué)行為，學(xué)生對于低階化知識點（如概念、符號等）易懂、易學(xué)但易忘，對于高階化知識點（力學(xué)行為的本質(zhì)及與組織及外界條件的關(guān)系）難懂、難記。

其次，授課內(nèi)容設(shè)計追求理論知識的系統(tǒng)性，而缺乏知識的實踐認(rèn)識，運用知識解決實際問題的過程性不足，帶給學(xué)生直觀實際應(yīng)用的感受欠佳，導(dǎo)致學(xué)生難以做到學(xué)以致用、逆向的思辨能力較弱。

最后，目前在本科院校里，金屬力學(xué)性能課程大部分以線下教學(xué)為主，即通過傳統(tǒng)的教師“灌輸”方式進(jìn)行授課，主要以教師為主體，“師生”和“生生”互動有限，存在學(xué)生課堂上精神不集中、覺得課堂內(nèi)容枯燥等現(xiàn)象，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性不高，自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)很難達(dá)到“質(zhì)”的變化。

針對上述問題，金屬力學(xué)性能課程要從授課模式、授課方法、考核方式等方面進(jìn)行改革，不僅要把課本上的知識講明白，還要把相關(guān)的前沿科研成果、大國工程、科學(xué)家事跡等案例和思政元素與理論知識相結(jié)合，形成課程互動討論模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與熱情，真正做到以學(xué)生為中心，全面提升學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和綜合素質(zhì)。

二、教學(xué)模式改革中的課程構(gòu)建

伴隨新時代教學(xué)理念興起、教育觀念的更新，教育模式的變革勢在必行。金屬力學(xué)性能課程以提高學(xué)生工程實踐應(yīng)用能力為教學(xué)目標(biāo)，廣大教師在理論知識、實踐過程以及教學(xué)質(zhì)量評價等方面不斷地進(jìn)行嘗試和創(chuàng)新[6-8]。目前，線上線下混合教學(xué)模式被越來越多的教師所青睞。而且，通過新冠疫情影響下的教學(xué)實踐證明，線上線下混合教學(xué)模式很好地解決了疫情影響下的教學(xué)任務(wù)。這種混合教學(xué)模式包括線上教學(xué)和線下教學(xué)兩部分，分別承擔(dān)不同的教學(xué)任務(wù)。整個教學(xué)過程由課前的學(xué)生自主學(xué)習(xí)，課中的知識反饋、難點解析、知識拓展，以及課后的實踐訓(xùn)練教學(xué)等組成。相比傳統(tǒng)線下課堂，線上線下混合式教學(xué)更具有靈活性、自主性和有效性，這也恰恰符合當(dāng)前以“學(xué)生為中心”的教學(xué)理念。因此，針對實現(xiàn)培養(yǎng)適應(yīng)新形勢下學(xué)生工程意識能力、綜合實踐能力以及德育素養(yǎng)能力的目標(biāo)，本文在課程內(nèi)容、資源建設(shè)、應(yīng)用情況、課程組織實施等方面做了一些探索和實踐。

（一）提升課程內(nèi)容先進(jìn)性與應(yīng)用性

課程內(nèi)容是教學(xué)精髓的主旨所在，是教師實現(xiàn)自我和學(xué)生完成蛻變的主陣地。因此，在講授基礎(chǔ)知識和基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上，構(gòu)建“專業(yè)知識+學(xué)科前沿+科研案例+工程案例+思政育人”的知識結(jié)構(gòu)內(nèi)容，注重課程內(nèi)容的深度、廣度以及應(yīng)用性。同時把現(xiàn)代化多媒體手段引入教學(xué)，使課程內(nèi)容在現(xiàn)有教材內(nèi)容基礎(chǔ)上，借助智慧樹平臺上傳視頻、課件、擴(kuò)展資料等，以多種形式充實學(xué)習(xí)資源，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和熱情，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)欲望，并幫助其加深對知識的理解。

（二）構(gòu)建層次化教學(xué)活動

在開展教學(xué)之前，要做好充足的準(zhǔn)備。因此，課前要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計出最適合教學(xué)目標(biāo)的層次化教學(xué)活動。針對易懂、易學(xué)的低階化知識點，采用“學(xué)生自主學(xué)習(xí)方式+終極強(qiáng)化訓(xùn)練”，筑牢知識體系大廈之根基；針對難懂、難學(xué)的高階化知識點，采用“講授解析+互動討論”的方式，以達(dá)到鞏固基礎(chǔ)知識、加深理解、積極思考、增強(qiáng)實踐應(yīng)用的多重目的。

（三）實施以學(xué)生為中心的線上線下混合式教學(xué)模式

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、高質(zhì)量教育的推進(jìn)，教育教學(xué)方式變革勢在必行，需要將現(xiàn)代化信息技術(shù)融入教育教學(xué)過程中。課程教學(xué)開展以智慧樹課程平臺結(jié)合線下課堂的教學(xué)模式，解決傳統(tǒng)教學(xué)模式所面臨的難題。教學(xué)過程中，充分利用網(wǎng)絡(luò)課程、文字信息、影視資料、圖片等多種課程學(xué)習(xí)資源，通過線上的“課前導(dǎo)學(xué)+知識點自主學(xué)習(xí)+在線練習(xí)”結(jié)合線下的“課堂提問、總結(jié)+知識補(bǔ)充擴(kuò)展、互動討論、案例分析+課后作業(yè)”等環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生豐富和擴(kuò)展學(xué)習(xí)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力。同時，監(jiān)督學(xué)生完成課程學(xué)習(xí)內(nèi)容，保證學(xué)習(xí)時間和學(xué)習(xí)效果，并在實施過程中對學(xué)生加以激勵。

（四）建立多元化的課程成績評價方式

課程成績評價是檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)效果的有效方式，也是教師自我反思教學(xué)方法的途徑之一。課程成績評價采用“過程學(xué)習(xí)考核+期末考試考核”的多元化評價方式。其中，過程學(xué)習(xí)考核包括觀看教學(xué)視頻、參與線上討論、資料下載與閱讀、作業(yè)提交與完成和課堂互動等；期末考試考核包括基礎(chǔ)理論知識和分析、解決問題的考核，通過閉卷考試形式綜合評價學(xué)習(xí)效果。

三、教學(xué)模式的創(chuàng)新及在課程中的應(yīng)用實施

本文針對課程特點，結(jié)合時代特色把握學(xué)科前沿，將課程內(nèi)容重構(gòu)，以案例教學(xué)為主導(dǎo)，讓學(xué)生學(xué)會思考，引導(dǎo)學(xué)生分析問題、解決問題；運用線上教學(xué)平臺，構(gòu)建多樣化的學(xué)習(xí)和教授模式，幫助學(xué)生夯實知識基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力。

（一）以“學(xué)生為中心”圍繞課程目標(biāo)，體現(xiàn)“兩性一度”，創(chuàng)新性地建設(shè)本地化教學(xué)資源

將在線課程“金屬力學(xué)性能及其應(yīng)用”與本校金屬力學(xué)性能課程內(nèi)容有機(jī)融合，借助智慧樹平臺上傳教材、PPT課件、視頻、擴(kuò)展資料，豐富課程內(nèi)容；用心選擇教學(xué)案例，無痕融入思政案例，構(gòu)建“專業(yè)知識+學(xué)科前沿+科研案例+工程案例+思政育人”的知識結(jié)構(gòu)內(nèi)容，形成多方位和形象化的知識體系，使教學(xué)內(nèi)容與資源與時俱進(jìn)。

（二）教學(xué)模式采用“智慧樹在線課程（+微信群）+線下課堂”的混合式教學(xué)方式

依據(jù)學(xué)生能力培養(yǎng)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)。課前線上學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生知識獲取、歸納、總結(jié)、應(yīng)用等自主學(xué)習(xí)能力和自我約束、執(zhí)行能力等行為能力；課中培養(yǎng)語言表述、邏輯分析、思辨能力等高階學(xué)習(xí)能力；課后強(qiáng)化和鞏固自主學(xué)習(xí)能力、行為能力和高階學(xué)習(xí)能力。

例如，教師在講授金屬材料在沖擊載荷下的金屬變形和斷裂這一課時，要求學(xué)生依據(jù)教師在智慧樹平臺發(fā)布的課程學(xué)習(xí)任務(wù)、討論話題和教學(xué)資源等進(jìn)行課前自主學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生觀看智慧樹在線平臺課程，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。在線平臺課程是金屬力學(xué)性能及其應(yīng)用課程，教師已將課程知識點碎片化、微單元化，每個知識單元視頻約15分鐘，如此學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過程中容易將概念、符號等易學(xué)、易懂的知識領(lǐng)悟和內(nèi)化。線下教學(xué)課堂中依據(jù)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的新知識點進(jìn)行課堂提問、講解、總結(jié)。教師根據(jù)學(xué)生回答情況總結(jié)重點，解析難點。同時，進(jìn)行重點和難點新知識的講授與補(bǔ)充，課堂中通過播放沖擊實驗演示視頻，也可在課下到智慧樹平臺自行觀看，更加直觀和形象地了解實驗過程和重點操作注意事項。針對視頻提出沖擊試樣的形狀與尺寸要求如何、沖擊試樣如何擺放、思考討論為什么沖擊試樣要有缺口等問題，并分析金屬沖擊破壞特點（給出沖擊斷裂后的斷口照片）。利用《泰坦尼克號》經(jīng)典影片的相關(guān)片段討論：“為什么在寒冷的冬季，船體觸礁時遭受一定的沖擊力后會發(fā)生脆斷？”引出材料的脆性破壞與延性破壞區(qū)別。這個過程以充分利用熟知的事例，學(xué)生會對講課內(nèi)容更加感興趣，激發(fā)學(xué)生積極思索與探討，把所學(xué)知識加以理解鞏固，使學(xué)生分析問題與解決問題的能力得到訓(xùn)練和提高。最后融入港珠澳大橋的思政案例（圖片、《港珠澳大橋》紀(jì)錄片視頻），讓學(xué)生感受被譽(yù)為世界“第八奇跡”的海上橋梁設(shè)計、研發(fā)和施工等方面體現(xiàn)的中國制造精神，培養(yǎng)學(xué)生科技自主創(chuàng)新的意識和愛國情懷。課后學(xué)生完成發(fā)布在智慧樹平臺的線上習(xí)題、作業(yè)和查找資料的任務(wù)，繼續(xù)參與話題的討論，教師在線評論和解答。這個過程展示出學(xué)生思考問題的過程，幫助學(xué)生繼續(xù)鞏固所學(xué)內(nèi)容，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，促進(jìn)學(xué)生個體發(fā)展。教師根據(jù)教學(xué)過程中的問題和需求動態(tài)完善教學(xué)過程。

四、教學(xué)模式改革的成效與思考

在課程教學(xué)模式的改革實施過程中，以“學(xué)生為中心”的教育理念，通過線上線下雙線融合的教學(xué)模式得以充分體現(xiàn)和促進(jìn)。根據(jù)學(xué)生反饋，學(xué)生參與課堂交流發(fā)言的機(jī)會增加，學(xué)習(xí)方式更靈活，學(xué)習(xí)的知識目標(biāo)更清晰，學(xué)習(xí)動力更加充足；線上可以隨時隨地學(xué)習(xí)，不受場地時間限制；線上資料和課程視頻可以反復(fù)學(xué)習(xí)觀看，加深對知識的記憶和理解。課程采用線上線下混合式教學(xué)模式后，學(xué)生期末考試平均總評成績提高了5分。由此可見，OBE背景下的金屬力學(xué)性能課程教學(xué)模式的創(chuàng)新和變革能夠明顯提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

在這種教學(xué)模式下，雖然可以將學(xué)習(xí)資源最優(yōu)化、最大化，學(xué)生自主學(xué)習(xí)時間自由化，教師在教學(xué)中也更加著眼于學(xué)生能力培養(yǎng)，著手于學(xué)生信息反饋，放眼于學(xué)生全面發(fā)展，但是對于學(xué)生、教師和網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備等方面也提出了更高的要求。例如，學(xué)生要有較強(qiáng)的自我管控能力，學(xué)會安排學(xué)習(xí)時間、養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣以及學(xué)習(xí)態(tài)度等；教師要有較強(qiáng)的課控能力，合理進(jìn)行課堂教學(xué)的教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實施，需要其進(jìn)行新媒體技術(shù)的利用，學(xué)生思想動態(tài)及學(xué)生個性特點的把握，自身知識結(jié)構(gòu)的更新和完善以及人格魅力的提升等；網(wǎng)速要穩(wěn)定、順暢，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及軟件要及時更新等。達(dá)到以上這些要求，方能實現(xiàn)知識、能力和素養(yǎng)的有機(jī)融合，教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果才能獲得更高層次的提升。因此，現(xiàn)在的課程教學(xué)模式還需要在教學(xué)過程中不斷探索、實踐、創(chuàng)新，實現(xiàn)教師更會“教”，學(xué)生更會“學(xué)”，從而培養(yǎng)出具有堅實的知識基礎(chǔ)、較強(qiáng)的創(chuàng)新精神和實踐能力的金屬工程領(lǐng)域應(yīng)用型高級人才。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

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［責(zé)任編輯：雷 艷］