胡雪 魏敏 夏博 胡蓉 葛云

摘? 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，多種網(wǎng)絡(luò)資源成為高等工科人才的培養(yǎng)環(huán)節(jié)的重要教學(xué)資源。本課程組成員基于“互聯(lián)網(wǎng)+”背景，針對《工程材料》展開混合式教學(xué)實踐與改革，采用微視頻、微課、雨課堂等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，形成以“學(xué)生為中心”，教師“導(dǎo)學(xué)”和“助學(xué)”相適宜的教學(xué)理念，形成一套“混合式課堂結(jié)構(gòu)”+“多樣化教學(xué)方式”+“導(dǎo)學(xué)助學(xué)教師教法”+“自主創(chuàng)新學(xué)生學(xué)法”的新型混合式教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提升學(xué)生的工程素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)+;《工程材料》;混合教改

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）02-0124-05

Abstract： With development of the Internet， there're many materials on the web became the important teaching material for engineering personnel in high schools. Aimed at the course teaching of "engineering material"， members in our teaching group started a series of blended teaching practices and reformations. We based on the background of "Internet plus" and used all kinds of instruction materials on the web such as micro-video， micro-lectures， RainClassroom， etc. By these actions， we formed a new teaching idea that students are the center， with teaching guidance and assistance of teachers. Besides， we also formed a novel blended teaching model with blended class structure， diversified teaching ways， teaching methods with guidance and assistance， self-innovative learning ways. As a result， the students' learning enthusiasm and engineering quality was uparaded.

Keywords： Internet plus; "engineering material"; blended teaching practices and reform

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，現(xiàn)代高等教育格局在不斷發(fā)生變化。而“互聯(lián)網(wǎng)+”作為工業(yè)化和信息化融合的升級版[1]，在高等教育領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。為了促進(jìn)工科教育和工業(yè)化發(fā)展的跨界融合，提升高等工科人才培養(yǎng)的創(chuàng)新驅(qū)動力，優(yōu)化高等教育結(jié)構(gòu)，凸顯尊重學(xué)生的個性，尤其在產(chǎn)業(yè)重構(gòu)升級、社會多元協(xié)同、資源配置優(yōu)化、智慧校園建設(shè)等社會發(fā)展背景下[2]，“互聯(lián)網(wǎng)+”理念[3-5]在高等工科人才的培養(yǎng)環(huán)節(jié)中顯得愈加重要。

本課程組成員基于“互聯(lián)網(wǎng)+”背景，針對《工程材料》[6-7]展開混合式教學(xué)實踐與改革。《工程材料》課程是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程從工程材料應(yīng)用的角度，闡明工程材料化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、加工工藝與使用性能之間的關(guān)系的基本理論，介紹工程材料的基本知識，常用工程材料及其應(yīng)用。本課程的課程目標(biāo)如下：1. 掌握工程材料的基礎(chǔ)理論以及力學(xué)性能基本知識，建立材料微觀結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，具有材料失效分析的能力;2. 掌握常用工程材料成分、組織、性能、熱處理特點及應(yīng)用，初步具備合理選用材料以及合理安排加工工藝路線的能力;3. 圍繞工程材料成分、組織、加工工藝、性能之間的關(guān)系這一主線，強調(diào)機械工程材料的工程應(yīng)用，具備分析問題、解決問題的能力，在工程實踐中具備科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ趟刭|(zhì)。

一、存在的問題與解決方案

《工程材料》課程內(nèi)容體系復(fù)雜，涉及較多材料科學(xué)與工程專業(yè)理論和概念，課程理論性較強，知識點繁雜，學(xué)生往往難以理清主線，無法抓住知識主干內(nèi)容，教師往往難以激發(fā)學(xué)生積極性，提升學(xué)生的課堂參與度，獲得理想的教學(xué)效果。此外，課程評價方式單一，僅僅通過考試和平時作業(yè)，學(xué)生無法將理論與實踐相聯(lián)系，難以提高學(xué)生的工程素養(yǎng)。

針對《工程材料》課程實踐中存在的問題，本課程組針對部分知識點采用混合式教學(xué)法，運用企業(yè)實際生產(chǎn)視頻、章節(jié)知識分段講解視頻作為學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)內(nèi)容，充分調(diào)動學(xué)生參與研究、討論和深入分析的積極性，提高學(xué)生分析和解決實際問題的能力。與此同時，結(jié)合雨課堂、微課等教學(xué)資源，做到課前小測驗、課后知識回顧，爭取讓教師在課前掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，根據(jù)學(xué)生課前測驗和網(wǎng)上作業(yè)得分情況，有針對性地展開教學(xué)工作，并進(jìn)行有效評價，提高課堂時間的利用率和課堂教學(xué)質(zhì)量。

二、混合教改實施思路

《工程材料》課程體系如圖1所示，本課程涉及知識面廣、綜合性強。該課程教學(xué)內(nèi)容由材料的結(jié)構(gòu)和性能、材料凝固與結(jié)晶、材料的塑性變形、金屬熱處理、工程用鋼和鑄鐵、材料的選擇與應(yīng)用分析等六個模塊構(gòu)成，知識點多，內(nèi)容龐雜，課程學(xué)習(xí)對學(xué)生的要求很高，教學(xué)存在較大難度。其次，《工程材料》課程實踐性很強。由于學(xué)生缺乏相關(guān)實踐經(jīng)驗，學(xué)生學(xué)習(xí)抽象的概念和理論存在較大難度，這往往導(dǎo)致課程教學(xué)枯燥乏味，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。另外，隨著機械工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，傳統(tǒng)“機械制造基礎(chǔ)和工程材料”教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)實應(yīng)用脫鉤越來越嚴(yán)重，這進(jìn)一步增加了該課程的教學(xué)難度。而在傳統(tǒng)的教學(xué)方法中，教師按章節(jié)順序講授知識點，學(xué)生被動接受，無法激發(fā)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，最終導(dǎo)致無法培養(yǎng)出符合社會需求的有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的人才。而混合式教學(xué)把傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的優(yōu)勢和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的優(yōu)勢結(jié)合起來，既發(fā)揮了教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又充分體現(xiàn)了學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動性、積極性與創(chuàng)造性。

本課程的混合教學(xué)思路如圖2所示。

1. 建立“互聯(lián)網(wǎng)+”教育背景下的《工程材料》課程新型教學(xué)模式，創(chuàng)新課堂結(jié)構(gòu)和教法、學(xué)法，以及“線上學(xué)習(xí)”與“線下學(xué)習(xí)”相融合的教學(xué)方式，實現(xiàn)有效的網(wǎng)絡(luò)探究教學(xué)，突出了學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

2. 形成以“學(xué)生為中心”，教師“導(dǎo)學(xué)”和“助學(xué)”相適宜的教學(xué)理念，教學(xué)設(shè)計注重突出學(xué)生的主體性，以產(chǎn)學(xué)研結(jié)合為基礎(chǔ)，教學(xué)和科研相互促進(jìn)。逐步形成以學(xué)生為中心、以教師為主導(dǎo)的“課堂教學(xué)、實踐教學(xué)和課外科技實踐活動一體化”的教學(xué)體系，將教師的知識系統(tǒng)與學(xué)生的認(rèn)知系統(tǒng)相統(tǒng)一，更好地改進(jìn)教學(xué)，服務(wù)課堂，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，強化學(xué)生工程素質(zhì)的培養(yǎng)。

3. 形成一套“混合式課堂結(jié)構(gòu)”+“多樣化教學(xué)方式”+“導(dǎo)學(xué)助學(xué)教師教法”+“自主創(chuàng)新學(xué)生學(xué)法”的新型混合式教學(xué)模式，突出培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和團隊意識，強化學(xué)生的工程實踐意識，注重理論與實踐相結(jié)合的全面培養(yǎng)。

三、混合教改實施心得

在實際教學(xué)環(huán)節(jié)中，針對《工程材料》課程，開展混合式教學(xué)模式改革的探索與實踐，充分發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的積極性、主動性與創(chuàng)造性，在學(xué)生中獲得了較好的口碑。“以學(xué)生為中心”的混合式教學(xué)模式設(shè)計將課堂學(xué)習(xí)與在線學(xué)習(xí)有效結(jié)合，充分利用課堂學(xué)習(xí)和在線學(xué)習(xí)的優(yōu)勢，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量的提高，實現(xiàn)學(xué)習(xí)者的有效學(xué)習(xí)。

（一）線上學(xué)習(xí)資源豐富多樣，啟發(fā)學(xué)生思考課程內(nèi)容

線上學(xué)習(xí)資源是學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)的主要學(xué)習(xí)資料，鑒于此時學(xué)生對本章節(jié)知識還未形成系統(tǒng)性思維，因此線上學(xué)習(xí)資源應(yīng)當(dāng)盡可能豐富多樣，旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和興趣，提升課程預(yù)習(xí)效果。以“第二章第3節(jié) 晶體缺陷及其對性能的影響”為例，本課程組成員在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上上傳“微視頻——鋼鐵材料的發(fā)展與起源”“微視頻——神奇的碳材料”“微視頻——齒輪零件的加工”“微視頻——斜拉索大橋鋼筋預(yù)拉伸加工”“微課——材料的晶體缺陷”“微課——材料的成分、組織、性能、工藝之間的關(guān)系”“微視頻——借助Crystal Maker軟件構(gòu)建材料三維晶體結(jié)構(gòu)模型”，常見金屬的三維晶體結(jié)構(gòu)模型一套。上述線上學(xué)習(xí)資源能夠吸引學(xué)生關(guān)注本章內(nèi)容，對于后續(xù)的線下學(xué)習(xí)幫助很大。

（二）線下學(xué)習(xí)突出學(xué)生的主體地位，注重提供學(xué)習(xí)支助體系

為了提升課堂教學(xué)質(zhì)量，本課程組成員突破以往的“填鴨式”課堂教學(xué)方法，注重為學(xué)生提供學(xué)習(xí)支助體系，為學(xué)生搭建“腳手架”，幫助學(xué)生攀爬知識高峰，旨在幫助學(xué)生系統(tǒng)性了解本章節(jié)重點內(nèi)容，構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)。以“第二章第3節(jié) 晶體缺陷及其對性能的影響”為例，線下授課時采用課程導(dǎo)入、課程講授、歸納總結(jié)、課后練習(xí)的“三步走”教學(xué)法。課程導(dǎo)入時，采用“對比、啟發(fā)”的方法，引入微視頻——神奇的碳材料中鉆石和石墨相互轉(zhuǎn)換的案例，引導(dǎo)學(xué)生思考對比鉆石和石墨的外觀、性能，啟發(fā)學(xué)生思考晶體結(jié)構(gòu)和材料性能之間存在密切關(guān)系。課程講授時，采用“提問、啟發(fā)、分析、案例、對比”等方法，引導(dǎo)學(xué)生思考，鋼鐵材料的實際晶體和理想晶體有何種偏差，上述偏差造成的晶體缺陷在實際晶體中如何存在，啟發(fā)學(xué)生從點、線、面的角度思考晶體缺陷的類型及其對材料性能的影響?？偨Y(jié)歸納時，一定要注重將知識點按照一定的邏輯順序形成知識鏈條，旨在梳理本知識點的主要內(nèi)容，幫助學(xué)生構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)（如圖3所示）。課后練習(xí)主要借助雨課堂發(fā)布課后練習(xí)題，旨在考查學(xué)生對于本章節(jié)知識點內(nèi)容的接受程度，提高學(xué)習(xí)效果。

（三）線上、線下教學(xué)內(nèi)容銜接恰當(dāng)，突出工程實踐

線上學(xué)習(xí)資源和線下學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)注重內(nèi)容銜接的邏輯性和連貫性，尤其是授課過程中一定要注重培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)，提高學(xué)生解決工程實踐問題。以“第二章第3節(jié) 晶體缺陷及其對性能的影響”為例，為了確保學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的理論知識和工程案例有機結(jié)合，本課程組成員在線下授課過程中注重引用工程案例，例如齒輪表面噴丸處理、斜拉索大橋鋼索的預(yù)拉伸處理、鐵素體鋼的表面滲碳滲氮處理、鋼絲冷拉加工強化處理等。上述工程案例能夠幫助學(xué)生理解上述機械加工方法、熱處理方法對于金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)的影響，在加工過程中如何引入晶體缺陷，引入的晶體缺陷會如何影響材料的力學(xué)性能。上述工程案例不僅打通了線上、線下教學(xué)內(nèi)容的壁壘，同時還能提高學(xué)生解決工程問題的能力。

四、教學(xué)實踐效果

通過本輪次教學(xué)改革與實踐，學(xué)生能夠較好地完成學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生成績有所提高。現(xiàn)根據(jù)石河子大學(xué)機械電氣工程學(xué)院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)2018-3班學(xué)生成績?yōu)槔?，進(jìn)行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)在教學(xué)過程中存在如下情況：

（一）學(xué)生成績分布情況分析

1. 學(xué)生總評成績呈現(xiàn)正態(tài)分布，平均分為75.23分，成績較為理想，詳見圖4。

2. 學(xué)生考試成績分布情況表明，高分段與低分段人數(shù)相當(dāng)，這與總評成績分布情況反差較大，表明部分學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度可能不端正，甚至部分學(xué)生的平時作業(yè)存在一定程度的抄襲現(xiàn)象。

（二）課程學(xué)習(xí)問卷調(diào)查情況分析

1. 學(xué)生對課程的興趣和態(tài)度評價：61.11%學(xué)生對本門課程在本專業(yè)中的重要性有充分了解，對本門課程有興趣的學(xué)生比例約為52.78%，63.89%的學(xué)生課程大綱及有關(guān)評價方式、評價標(biāo)準(zhǔn)和對后續(xù)課程影響，這說明學(xué)生對于本門課程的認(rèn)識還是基本到位了;學(xué)生普遍認(rèn)為學(xué)習(xí)態(tài)度主要取決于老師教學(xué)風(fēng)格（91.67%）和班級風(fēng)氣（77.78%），因此抓好教師教學(xué)質(zhì)量和班風(fēng)建設(shè)對扭轉(zhuǎn)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度將有積極作用。其中，約50%的學(xué)生能夠獨立完成作業(yè)，而47.22%的學(xué)生大多數(shù)時候能夠獨立完成，這表明學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性還不足，存在大量抄襲的情況。

2. 學(xué)生對自我學(xué)習(xí)能力及狀況評價：聽課或做作業(yè)遇到問題時，學(xué)生們更喜歡通過看書和網(wǎng)上求助的方式解決問題（52.78%）。30.56%的學(xué)生能夠做到課前預(yù)習(xí)，58.33%的學(xué)生偶爾課前預(yù)習(xí)，由此可以看出，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性還有待加強，同時教師還需進(jìn)一步加強網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)的力度，力爭將更多精品資源呈現(xiàn)給學(xué)生，調(diào)動學(xué)生網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的積極性。關(guān)于本門課程的主要內(nèi)容，學(xué)生們反饋學(xué)習(xí)難度最大的章節(jié)是“工程用鋼”（75%）、“材料的凝固與相變”（61.11%）和“鋼的熱處理”（61.11%），下輪次教學(xué)過程中將針對這三個章節(jié)的內(nèi)容進(jìn)行重點講解。

3. 學(xué)生對教師教學(xué)的評價：63.89%的學(xué)生對于老師的課堂教學(xué)方式能夠較好地適應(yīng)。學(xué)生們普遍反映，多媒體課件（75%）、黑板板書（77.78%）、總結(jié)歸納（80.56%）、考前復(fù)習(xí)（80.56%）對于重難點知識的理解均非常有幫助。這表明絕大多數(shù)學(xué)生對于主體知識內(nèi)容的掌握還是不夠，總結(jié)歸納能力有限，需要教師帶動學(xué)生進(jìn)行知識點的梳理和總結(jié)。

4. 學(xué)生對自我能力提升的評價：77.78%的學(xué)生認(rèn)為通過本門課的學(xué)習(xí)，能夠根據(jù)機械零件的服役條件和性能要求，基本具備了制訂零件的加工工藝路線以及熱處理工藝規(guī)范的能力。69.44%的學(xué)生對于零件的選材、制定零件工藝路線以及熱處理工藝規(guī)范的能力基本滿意。這表明，學(xué)生對于自身知識掌握情況和本課程的課程目標(biāo)的吻合度較好。

圖4 石河子大學(xué)機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)2018-3班《工程材料》課程成績分布圖

針對上述教學(xué)過程中存在的情況，本課程教學(xué)方式還需進(jìn)一步改進(jìn)，具體改進(jìn)措施如下：

1. 對平時作業(yè)的評分，應(yīng)分為“工程材料基礎(chǔ)知識”“工程材料知識應(yīng)用”“工程材料綜合分析應(yīng)用”三大模塊，對于相應(yīng)作業(yè)內(nèi)容分配合理的權(quán)重，改變以往只取平均分的評價方式，使作業(yè)成績評定方法更為科學(xué)合理，優(yōu)化課程評價機制。

2. 對于平時作業(yè)訓(xùn)練的要求進(jìn)一步提高，要求必須達(dá)到良以上才能通過，但應(yīng)對作業(yè)返修次數(shù)給予限制，強化學(xué)生對工程材料基礎(chǔ)知識的掌握。通過增加專題綜合大作業(yè)等方式，進(jìn)一步強化學(xué)生綜合運用知識的能力。

3. 對鐵碳合金相圖以及C曲線分析等核心教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)采用研討課方式教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生主動參與教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生分析、解決工程問題的能力。

4. 針對常用工程材料“工業(yè)用鋼”教學(xué)內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)通過引入工程實踐案例，讓學(xué)生深刻理解零件的結(jié)構(gòu)用途與材料的性能之間的緊密聯(lián)系，使學(xué)生深刻理解工程材料的成分-組織-性能-應(yīng)用之間的關(guān)系，加強學(xué)生工程素質(zhì)的培養(yǎng)。

5. 學(xué)生對于教師黑板板書歸納總結(jié)知識點的接受度最佳，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步增加板書內(nèi)容，優(yōu)化板書設(shè)計，幫助學(xué)生梳理各知識點之間的關(guān)系，強調(diào)前后章節(jié)的聯(lián)系和邏輯關(guān)系，提高課堂教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

五、結(jié)束語

本課程組成員建立“互聯(lián)網(wǎng)+”教育背景下的《工程材料》課程新型教學(xué)模式，采用“線上學(xué)習(xí)”與“線下學(xué)習(xí)”相融合的教學(xué)方式，形成以“學(xué)生為中心”，教師“導(dǎo)學(xué)”和“助學(xué)”相適宜的教學(xué)理念，形成一套“混合式課堂結(jié)構(gòu)”+“多樣化教學(xué)方式”+“導(dǎo)學(xué)助學(xué)教師教法”+“自主創(chuàng)新學(xué)生學(xué)法”的新型混合式教學(xué)模式，突出學(xué)生的主體性，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和團隊意識，強化學(xué)生的工程實踐意識和工程素質(zhì)。

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