韓敬華等

摘 要：工程材料及熱處理課程是一門闡述關于工程材料的成分—結(jié)構—性能—工藝四者關系的一門學科，具有理論性、邏輯性、抽象性、實踐性強的特點。針對該課程教學中存在的一些問題，為了培養(yǎng)學生的師范能力、工程能力、人際交往和團隊協(xié)作以及管理等幾方面的能力，對該課程進行了案例庫建設，并以此為載體，對該課程從教師隊伍的建設、課程體系的梳理、課程大綱的重新修訂、教學方法的改進等多方面進行了改革。改革結(jié)果顯示：建立了培養(yǎng)學生綜合能力的全課程的案例庫，改革后學生學習興趣提高，學生實踐能力得到鍛煉，改革后教學最終課程成績遠好于未改革之前。

關鍵詞：工程材料及熱處理 案例庫 能力 教學 改革

中圖分類號：TP392 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（a）-0212-03

我校為師范類院校，畢業(yè)學生的就業(yè)后大部分是各類高校、高職、中職的教師，所以被譽為“職教師資的搖籃”，基于我校要求學生“動手動腦全面發(fā)展”的辦學特色，所以對培養(yǎng)的學生的要求是在具有一定的理論知識的前提下盡可能地培養(yǎng)學生的師范性和技能性[1-2]。師范性要求學生具有一定的口才，能給其他人講清楚自己要表達的內(nèi)容，同時還要具備團結(jié)協(xié)作的精神和管理能力，能盡快地融入到一個新的集體中管理將來可能面對的眾多的學生；技能性則要求學生具有一定水平的實踐知識和操作技能。我校對學生的這些要求也體現(xiàn)在所授課程的教學中。

工程材料及熱處理課程是我校機械類、材料類、汽車類專業(yè)學生必修的一門專業(yè)技術基礎課，闡述的是關于工程材料的成分—結(jié)構—性能—工藝四者關系的一門學科，課程內(nèi)容多而繁雜，理論性、邏輯性、抽象性、實踐性都很強。該課程之前的教學采用的是“板書+多媒體”教學，教學過程存在一些不能克服的問題如教學效果不明顯、學生學習興趣不高、課程中只注重學生學習能力的培養(yǎng)而忽略學生其它綜合能力的培養(yǎng)等[3-4]。針對這些教學中存在的問題，基于該課程的性質(zhì)以及我校對培養(yǎng)學生能力的要求，并為了進一步改善教學效果，建立該課程的案例庫，對該課程進行了一系列的課程改革。改革的內(nèi)容涉及到教師隊伍的建設、課程體系的重新梳理、課程大綱的重新修訂、教學方法的改變等多方面，詳細如下。

1 課程教師隊伍的建設

1.1 課程教學隊伍的現(xiàn)狀和教學隊伍的壯大

工程材料及熱處理是一門面向全校學生授課的技術基礎課程，受眾面大，學生人數(shù)達到3000人，之前講授該門課程的教師僅有三四個，教師年齡偏大，學歷最高為碩士，授課時生師比非常高，授課時多采用的方法是4班合班授課。這就造成教學時教師教學壓力大，學生眾多，教師很難顧及每個學生的學習感受和學習困難等問題，導致的總體教學結(jié)果是學生不及格率高，每年有很大比例的學生進行補考。

針對上述的教師隊伍方面的問題，學校提出了教師隊伍的倍增計劃。對于該課程也實施了此計劃，每年有計劃的引進新畢業(yè)的博士學位的教師，新引進教師既有教學經(jīng)驗豐富的老教師，也有新畢業(yè)的新加入教師隊伍的年輕教師。這些教師既包括理論教師也包括實驗實訓教師，這樣從年齡結(jié)構、職稱分布、學緣結(jié)構、理論和實際操作等方面都對教師隊伍進行了改善。目前，工程材料及熱處理課程的授課教師達到12位，其中理論教師10位，實驗教師2位。教師隊伍的平均年齡35歲，新引進的理論教師學歷都為博士學歷，實驗老師都為碩士學歷；這些教師中有2位具有出國經(jīng)歷、2位具有博士后工作經(jīng)歷；職稱結(jié)構如表1所示。

1.2 新授課理論教師教學能力的培養(yǎng)。

為了更好的培養(yǎng)學生能力和將該課程講授得更精彩，建立了一套培養(yǎng)新教師的制度。第一，建立該課程的教學組，由教學經(jīng)驗非常豐富的優(yōu)秀教師擔任組長，組長全面負責新授課教師的培養(yǎng)事宜。第二，建立了老教師帶新教師、新教師要進行至少一年時間的助課制度。通過助課，使得新教師有機會和時間學習該課程的教學思路、教學方法、課堂的管理等教學基本能力。第三，年輕的理論教師要參加學校組織的“理論教師技能大賽培訓”活動，通過技能培訓加強年輕理論教師的動手能力、工程能力以及課程中所要求的各種技能，培訓結(jié)束成績必須為良以上。此外，還要求理論教師必須參加實驗課程的教學，以使得理論授課和實驗課程無縫對接。第四，要求新授課的年輕老師開始上課前兩年必須先采用板書教學，以培養(yǎng)教學基本功，而且授課前幾輪結(jié)束時要求學生反饋對授課教師的意見，以讓教師自己從學生的角度和意見反思自己教學能力不足之處以及以后教學中要改進的方向。第五，建立了定期安排學校和院級兩級的督導組聽課制度，以督促和保證新教師的教學能力和教學效果。第六，年輕教師必須每兩年參加學校和天津市組織的“教學基本功大賽”，通過參賽的形式讓新的年輕教師通過培訓和觀摩優(yōu)秀教師授課來提高教學能力。

通過以上措施，目前，課程組的教師中，年輕教師中獲得“天津市教學基本功大賽”三等獎一名，校級教學基本功大賽優(yōu)秀獎一名，除上述成果外，學生評教獲得“A”級教師一名，其余教師教學評價良好。由以上成績可以看出，這些培養(yǎng)新教師的措施具有顯著效果。

2 課程體系的重新梳理

上述已經(jīng)提到，工程材料及熱處理是一門介紹材料科學與工程中成分、組織、工藝和應用四要素之間規(guī)律的學科。為了更好地統(tǒng)一不同知識結(jié)構和學術背景的老教師和新教師之間的授課思路，同時也為了統(tǒng)一學校里不同本科專業(yè)對該課程不同學時的要求，對該課程體系進行了重新梳理。重新梳理后的課程內(nèi)容可分為四部分：材料結(jié)構及材料性能、熱處理原理及工藝、常見工程材料以及材料的失效分析與選擇，四部分所包含的具體內(nèi)容見圖1所示，這為后面建立課程的案例庫奠定知識體系的基礎。圖1自左至右分為四個層次：工程材料及熱處理總課程為第一層次，總課程所包含的四部分內(nèi)容為第二層次，每一部分內(nèi)容中稍詳細的內(nèi)容為第三層次，最后一層次是詳細的章節(jié)內(nèi)容。這四個層次的劃分對于制定《工程材料及熱處理》課程的CDIO大綱具有重要意義。

3 課程大綱的重新修訂

為了全面培養(yǎng)學生的自學能力、人際關系的處理能力、職業(yè)道德素養(yǎng)等，在新梳理的課程體系基礎上，根據(jù)CDIO標準制定了《工程材料及熱處理》課程的教學大綱，《工程材料及熱處理》課程將按照CDIO的標準進行建設，新的大綱為案例庫的建設奠定了理論基礎。

把課程內(nèi)容所能培養(yǎng)的能力分為四個方面，分別是技術知識和推理、個人的和職業(yè)的技能與特質(zhì)、人際技能（團隊協(xié)作與溝通）、在企業(yè)與社會的環(huán)境下構思、設計、實現(xiàn)運作[5-6]。每個方面的能力又可以劃分成更詳細的子能力，如技術知識與推理能力又可以劃分成基礎科學知識、核心的工程基礎知識和高級的工程基礎知識三個子能力。課程的CDIO大綱的撰寫就是把CDIO所要求的各種子能力具體到課程內(nèi)容中的每一章每一節(jié)。這就將課程所能培養(yǎng)的學生能力進行了不同層次的劃分。具體如下。

在圖1知識體系結(jié)構中對于所屬第二層次的第三層次中的最上部分即基本理論用于培養(yǎng)學生的技術知識和推理能力，第三層次中除去最上部分的基本理論外的其余部分用于培養(yǎng)學生個人或職業(yè)的技能與特質(zhì)，人際技能的培養(yǎng)則在授課模式方面體現(xiàn)，而在企業(yè)與社會的環(huán)境下構思、設計、實現(xiàn)和運作的能力則在課程的最后綜合題目或課程設計中進行。

舉例說明，熱處理原理與工藝部分分為熱處理原理和熱處理工藝兩部分內(nèi)容，熱處理原理屬于基本理論，用于培養(yǎng)學生的技術知識和推理能力；熱處理工藝部分用于培養(yǎng)學生個人或職業(yè)的技能與特質(zhì)；熱處理試驗過程中則能培養(yǎng)學生的人際技能；熱處理部分內(nèi)容結(jié)束后讓學生根據(jù)自己的專業(yè)選擇一種常見材料的熱處理工藝則是對學生在企業(yè)與社會的環(huán)境下構思、設計、實現(xiàn)和運作能力的培養(yǎng)。

4 教學內(nèi)容的整合和教學方法的改進

4.1 與時俱進，整合教學內(nèi)容

在教學內(nèi)容上增加了材料科學發(fā)展的最新成果，刪除了一些已經(jīng)過時的舊的知識，讓學生在學習基礎理論的同時關注材料科學的最新進展。

整合內(nèi)容如下。金屬學方面將工程領域較少應用的純概念、理論刪除，在熱處理與材料學方面?zhèn)戎貏h除過時內(nèi)容或減輕其比重，融入更符合近年來國內(nèi)外金屬材料品種與加工工藝實際發(fā)展的新知識，增加高分子、陶瓷材料等非金屬材料的課時比重，開發(fā)《金相顯微鏡的使用與金相樣品的制備》《45鋼熱處理及組織、性能分析》綜合性實驗，使教學內(nèi)容在保持經(jīng)典理論、跟隨時代步伐的同時更符合我校學生實際發(fā)展的水平和需要。

4.2 建立了課程案例庫，滿足不同專業(yè)不同層次的教學要求

案例庫中每個案例都是按照CDIO的構思—設計—實現(xiàn)—運作的思路進行設計，內(nèi)容包括案例問題、案例引入、案例所涉及的課程內(nèi)容、案例分析四部分。案例問題首先提出一個工程或?qū)嶋H生活中所常見的問題，引入部分則指出案例問題所含的核心內(nèi)容，引入部分后面的內(nèi)容則是解決案例問題所需的工程材料的知識，案例分析部分則是用剛剛學到的工程材料的知識對案例所提問題進行分析。舉例如下。

案例：室溫下，純鐵的抗拉強度為200 MPa，純銅為60 MPa。

引入：純鐵、純銅都是晶體，但它們的性能卻不相同，這是為什么？

課程內(nèi)容：三種常見金屬晶格結(jié)構（即體心立方、面心立方和密排六方晶格結(jié)構相關內(nèi)容，詳細請見相關教材，在此不再累述）。

案例分析：室溫下，純鐵為體心立方結(jié)構，純銅為面心立方結(jié)構，兩者晶格中原子排列的緊密程度不同，故性能也不相同，純鐵的強度優(yōu)于純銅，但塑性比純銅低。當同一種金屬（如Fe）從面心立方晶格向體心立方晶格轉(zhuǎn)變時，其性能也會改變，例如：體積將膨脹，就是鋼在淬火因相變而發(fā)生體積變化的原因。

在上述案例中，“室溫下，純鐵的抗拉強度為200 MPa，純銅為60 MPa。”即是案例提出的問題，引入內(nèi)容“純鐵、純銅都是晶體，但它們的性能卻不相同，這是為什么？”則指出案例問題所含的核心內(nèi)容是純鐵和純銅的性能不同，并且引出問題“為什么它們的能力不同”，第三部分即引入和案例分析中間的內(nèi)容是解釋為什么純鐵和純銅性能不同所需要的課程內(nèi)容，即金屬的三種常見晶體結(jié)構。最后的案例分析則是用三種常見金屬結(jié)構來解釋為什么純鐵和純銅性能不同因為結(jié)構不同金屬的性能不同。

該課程建立了如上例所示的案例庫，這些案例滿足不同專業(yè)不同教學時數(shù)的不同層次的教學要求。

4.3 將案例庫應用于課堂，采用小組團隊式教學模式

將案例庫應用在課堂上，具體形式采用小組團隊式教學。具體操作如下：授課時讓學生自由組合成若干個學習小組，推選自己的組長，并給自己的團隊起名字。上課采用小組競賽積分制，任何有利于課程學習的行為表現(xiàn)都可以積分，在學習過程中除對案例進行討論外，學生可以自己動手制作教具或者主動設置學習問題，討論交流學習心得，設定短期以及長遠的目標。通過小組競賽積分制培養(yǎng)學生的團隊精神，學生自己動手制作教具以及主動設置學習問題激發(fā)學