李翔 鄭皓天

[摘 要] “金屬熱處理原理”是基于金屬學(xué)原理用來解釋金屬及合金的固態(tài)相變的基本原理以及金屬經(jīng)過熱處理后組織的變化與性能的變化關(guān)系的一門課程?；凇叭齻€面向”的重要理念，對“金屬熱處理原理”課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式，以及評價體系的改革進(jìn)行了探討，重在提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的激情與創(chuàng)新能力。

[關(guān)鍵詞] 三個面向;熱處理;教學(xué)改革;自主學(xué)習(xí)

[基金項(xiàng)目] 2019年度上海理工大學(xué)“上海市教委本科重點(diǎn)課程”項(xiàng)目“模具制造技術(shù)”

[作者簡介] 李 翔（1981—），男，江西九江人，博士，上海理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授（通信作者），主要從事功能合金及成型技術(shù)研究。

[中圖分類號] G642? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）17-0062-04? ? [收稿日期] 2020-11-02

一、新“三個面向”

為了提高我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的人才質(zhì)量，我國加強(qiáng)了對高校專業(yè)課程教學(xué)改革的力度。1983年鄧小平提出了“教育面向現(xiàn)代化，面向世界，面向未來”，為教育改革和建設(shè)提供了指南。近年來，習(xí)近平總書記曾在全國科技創(chuàng)新大會、兩院院士大會以及中國科協(xié)第九次全國代表大會上強(qiáng)調(diào)，必須堅(jiān)持走中國特色自主創(chuàng)新道路，面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求，加快各領(lǐng)域科技創(chuàng)新，掌握全球科技競爭先機(jī)[1，2]。新的“三個面向”對教學(xué)提出了新的要求，面向世界科技前沿，要求我們的教學(xué)內(nèi)容要與時俱進(jìn);面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場，要求我們培養(yǎng)的人才符合市場的要求;面向國家重大需求，要求我們的教學(xué)成果能夠服務(wù)重要的科技領(lǐng)域。教學(xué)作為校園工作的重中之重，我們必須要把“三個面向”落到實(shí)處，才能充分激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的活力和潛能。

本文基于新“三個面向”重要理念，針對當(dāng)前課程教學(xué)中的現(xiàn)狀與需求，以2019年度上海市教委本科重點(diǎn)課程項(xiàng)目在上海理工大學(xué)的教學(xué)改革實(shí)踐為基礎(chǔ)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式以及教學(xué)評價體系三個方面對“金屬熱處理原理”課程的教學(xué)改革提供新的可行路徑。

二、課程培養(yǎng)目標(biāo)

金屬材料作為人類社會使用最為廣泛的材料，在社會生產(chǎn)中有著至關(guān)重要的地位，“金屬熱處理原理”課程作為材料科學(xué)與工程專業(yè)金屬材料方向必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要是培養(yǎng)學(xué)生能夠合理地運(yùn)用熱處理工藝來改善材料性能的能力。結(jié)合習(xí)近平總書記提出的新“三個面向”的號召，“金屬熱處理原理”這門課程的教學(xué)應(yīng)當(dāng)達(dá)成以下目標(biāo)[3]：一是掌握金屬基材料成型過程的專業(yè)知識，具有能夠詮釋材料的成分、組織、性能關(guān)系，以及解決實(shí)際復(fù)雜工程問題的能力。二是能夠根據(jù)特定需求分析和確定相關(guān)材料成型項(xiàng)目的研發(fā)目標(biāo)。三是能夠根據(jù)研發(fā)目標(biāo)選取適當(dāng)?shù)脑牧霞皵M定相應(yīng)的成型工藝，確定研發(fā)方案。四是基于專業(yè)理論，能夠針對材料成型特定需求制定出研發(fā)的可行實(shí)驗(yàn)方案。五是了解材料成型過程中的材料選取及工藝環(huán)節(jié)對環(huán)境和社會可持續(xù)發(fā)展的影響。

三、教學(xué)內(nèi)容

當(dāng)前這門課的主要研究內(nèi)容可簡單概括為以下幾個部分：成分、組織、結(jié)構(gòu)、性能之間的關(guān)系;Fe-Fe3C相圖和C曲線兩張重要曲線圖;鋼、鑄鐵以及有色金屬三種主要研究材料，退火、正火、淬火、回火熱處理的四把火[4]。

然而，當(dāng)前的教學(xué)內(nèi)容大多沒有反映出材料領(lǐng)域最新的科技進(jìn)步等前沿知識，教材的活力和生動性不夠，從而導(dǎo)致學(xué)生的知識面不廣，學(xué)習(xí)興趣衰減。教學(xué)內(nèi)容上的陳舊性與現(xiàn)階段材料學(xué)的發(fā)展步伐脫節(jié)，同時內(nèi)容過于依賴脫離了專業(yè)背景的教學(xué)大綱，使各專業(yè)的“金屬熱處理原理”內(nèi)容千篇一律，未能體現(xiàn)出專業(yè)特色以及學(xué)習(xí)重點(diǎn)。因此，該課程的傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)嚴(yán)重影響了該課程對高素質(zhì)應(yīng)用型人才的全面培養(yǎng)。

四、教學(xué)現(xiàn)狀

現(xiàn)如今我國高等教育日益普及，但高校的教學(xué)內(nèi)容往往與就業(yè)需求脫節(jié)，大多數(shù)學(xué)生在經(jīng)過四年的本科階段學(xué)習(xí)后，仍無法確定自己的職業(yè)定位和方向，主要是由于對自己所學(xué)知識的應(yīng)用方向較為迷茫。而人才市場也反饋出畢業(yè)生所掌握的理論化知識無法直接進(jìn)行工作，為適應(yīng)崗位需求需要進(jìn)行較長時間的培訓(xùn)。當(dāng)前，學(xué)校的教學(xué)方式大多以“填鴨”式為主，過多的知識內(nèi)容不足以讓學(xué)生在短短的課堂時間內(nèi)消化理解，學(xué)生們能否充分理解所學(xué)知識點(diǎn)，取決于自己能否在業(yè)余時間進(jìn)行復(fù)習(xí)鞏固，而當(dāng)前的大學(xué)生活中，許多同學(xué)由于缺乏自主學(xué)習(xí)性導(dǎo)致他們僅在課堂上學(xué)習(xí)知識，外加信息化時代下，學(xué)生不斷地接受新事物，過多的時間受到網(wǎng)絡(luò)的影響，最終導(dǎo)致自己沒有真正地學(xué)到專業(yè)知識。同時，本課程的專業(yè)術(shù)語較多，機(jī)械的理論教學(xué)導(dǎo)致內(nèi)容抽象、內(nèi)容繁雜，最終造成學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中普遍反映出不能透徹理解所學(xué)知識點(diǎn)及知識體系等問題，使得課堂氣氛較為沉悶，導(dǎo)致部分學(xué)生不愿意聽課，沒有積極性;另外對一些理論知識及基礎(chǔ)知識掌握相對較好的學(xué)生，頻頻反映出實(shí)際應(yīng)用能力較差等問題，這些問題集中表現(xiàn)在遇到實(shí)際工程應(yīng)用問題時茫然、不知所措等[5]。與其他專業(yè)課程相比，“金屬熱處理原理”對學(xué)生動手能力要求很高，學(xué)生需要在實(shí)驗(yàn)過程中通過自己實(shí)踐來完成實(shí)驗(yàn)用以證實(shí)自己所學(xué)的知識，只有這樣學(xué)生才能真正掌握課程的重要知識點(diǎn)。但受目前高校的期末考試制度影響，老師在授課過程中往往更多注重理論知識的傳授以及學(xué)生對試卷解題能力的培養(yǎng)，忽視了實(shí)驗(yàn)課程的重要性。

五、教學(xué)內(nèi)容改革

根據(jù)“三個面向”重要理念，教學(xué)內(nèi)容必須符合時代發(fā)展的需要，傳統(tǒng)的“金屬熱處理原理”課程主要介紹了金屬及其合金的成分、組織和性能之間的關(guān)系，以及它們在各種條件下的變化規(guī)律，主要內(nèi)容包括金屬的力學(xué)性能、測試方法、晶體結(jié)構(gòu)、結(jié)晶過程，以及鐵碳合金相圖、鋼的熱處理、非合金鋼、金屬的塑形變形與再結(jié)晶過程等[6]。從編排上來說，該課程涉及的知識點(diǎn)多，但較為抽象陳舊，針對當(dāng)代科技的發(fā)展趨勢以及當(dāng)今社會對人才技能的需求，教師可在教學(xué)過程中可以結(jié)合自己研究領(lǐng)域中對熱處理的應(yīng)用來進(jìn)行講解，同時可以將自己或者研究領(lǐng)域的最新成果進(jìn)行展示教學(xué)，使得學(xué)生對最新的研究前沿有所了解，便于理解熱處理的原理以及提高自己對“金屬熱處理原理”課程的學(xué)習(xí)興趣。

六、教學(xué)方式改革

“填鴨式”的教學(xué)方式使得學(xué)生對課程知識點(diǎn)缺乏理解，大學(xué)老師的職責(zé)不僅需要將知識點(diǎn)告訴學(xué)生，更重要的是需要將知識傳授給學(xué)生，同時充分利用新生代學(xué)生的創(chuàng)新能力，做到專業(yè)教育與創(chuàng)新教育相結(jié)合，提高學(xué)生的科技競爭力。結(jié)合自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)與新“三個面向”理念，作者倡議對教學(xué)方式進(jìn)行改革。

（一）個人與團(tuán)隊(duì)的劃分

當(dāng)一個人作為一個個體和一個人在一個群體的時候，思維方式、熱情、能力都會有很大變化。當(dāng)前有大部分學(xué)生的自我管理能力較弱，課堂參與參與度不夠，但學(xué)生都有較強(qiáng)的集體榮譽(yù)感，在授課前期將班級分成每組4～6人的小團(tuán)隊(duì)（可讓學(xué)生進(jìn)行自我組隊(duì)），最后對每個團(tuán)隊(duì)在學(xué)習(xí)階段的表現(xiàn)進(jìn)行評分，計(jì)入最終考核分?jǐn)?shù)。團(tuán)隊(duì)的出現(xiàn)一方面有利于團(tuán)隊(duì)成員互相督促學(xué)習(xí)、互相進(jìn)行問題探討;另一方面有利于學(xué)生為團(tuán)隊(duì)榮譽(yù)的爭取從而激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。

（二）理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式

針對教學(xué)過程中課堂氣氛較為沉悶，活躍課堂氛圍有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的專注力，而傳統(tǒng)的t通過提問式讓學(xué)生參與回答問題的方式似乎并不能達(dá)到預(yù)期的效果，采用學(xué)生自己預(yù)習(xí)講課的方式能夠提高學(xué)生的參與度但效率偏低，為了更好地提高學(xué)生參與度，教師在理論課程中，根據(jù)教學(xué)大綱進(jìn)行課程的各個知識點(diǎn)的授課后，應(yīng)在第二課時開始實(shí)踐課程，如在實(shí)踐課程中對學(xué)生進(jìn)行區(qū)域分組，要求每組的學(xué)生利用材料學(xué)專用的分子模型分析出常見的三種晶體結(jié)構(gòu)，使得學(xué)生對晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識有更深一步的了解以及更為直觀的認(rèn)識，從而為后面的金屬材料晶體結(jié)構(gòu)以及變形行為、內(nèi)部運(yùn)動等知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（三）利用多媒體

隨著信息社會的不斷發(fā)展，多媒體技術(shù)也在不斷地推陳出新，目前也早已經(jīng)應(yīng)用到教育教學(xué)方面。相比于傳統(tǒng)的文字教學(xué)，利用熱處理的操作視頻、相圖轉(zhuǎn)變的動畫模型、金屬結(jié)構(gòu)的三維模擬能夠幫助學(xué)生更好地理解感受熱處理的機(jī)理所在，從而提高學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的興趣以及對知識點(diǎn)的理解力。

（四）課堂自由討論

以往我們常常通過課堂問答來活躍課堂氛圍，提高學(xué)生對課程的參與程度，但傳統(tǒng)的問答方式往往達(dá)不到預(yù)期教學(xué)效果。自由討論有助于開拓學(xué)生們的思維，在課堂上拋出一些工程中的實(shí)際問題，讓學(xué)生們通過自由討論來給出最佳處理方案，幫助學(xué)生樹立學(xué)習(xí)的信心，從而符合國家培養(yǎng)工程實(shí)用型人才的要求。

（五）課后作業(yè)模式

當(dāng)前大學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力仍需提高，課堂的時間不足以讓學(xué)生理解透徹金屬熱處理原理，更多地需要學(xué)生課后對所學(xué)的知識進(jìn)行溫故知新，這對學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力要求很高。針對“面向世界科技前沿”的號召，可以將傳統(tǒng)的機(jī)械式布置課后作業(yè)與當(dāng)前世界的研究成果相結(jié)合，通過所學(xué)專業(yè)知識來解釋科研當(dāng)中的一些工藝流程，一方面讓學(xué)生了解當(dāng)前的科技前沿成果，另一方面提高學(xué)生解決問題、分析問題的能力與信心。

（六）課后答疑模式

受新冠疫情的影響，為響應(yīng)教育部“停課不停學(xué)”的號召，我校開啟了線上教學(xué)模式。線上教學(xué)模式的出現(xiàn)一方面給教師提出了新的教學(xué)要求，另一方面也為授課提供了一種新的教學(xué)模式。結(jié)合線上教學(xué)模式的便利性，以往的答疑方式均采用固定時間為學(xué)生進(jìn)行答疑解惑，而往往學(xué)生由于種種原因即便有問題也不會主動找老師問詢探討。線上答疑模式一方面可解決老師固定時間進(jìn)行答疑的時間問題，另一方面也便于學(xué)生主動進(jìn)行問詢亟待解決的問題。

（七）實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

課程理論教學(xué)應(yīng)與專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，老師通過實(shí)驗(yàn)來培養(yǎng)學(xué)生的探索能力與思維方法，從創(chuàng)新、創(chuàng)意、創(chuàng)造方面進(jìn)行引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情。如在鐵碳合金課節(jié)的實(shí)踐教學(xué)中，因?qū)W生經(jīng)過理論學(xué)習(xí)對鐵碳合金相圖以及平行組織有了基礎(chǔ)的認(rèn)識，但缺乏直觀的認(rèn)知，因此應(yīng)在實(shí)踐環(huán)節(jié)中安排學(xué)生通過金相顯微鏡觀察鐵碳合金材料的平衡組織，讓學(xué)生自己動手操作顯微鏡進(jìn)行觀察[7]。同時在實(shí)驗(yàn)中，老師可以組織學(xué)生通過觀察不同碳鐵比例的金屬材料，嘗試分析出碳含量對材料各項(xiàng)性能的影響以及鐵碳合金各成分之間的組成關(guān)系。

同時，有些校內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)條件，可通過校企合作模式積極聯(lián)系當(dāng)?shù)氐难芯繖C(jī)構(gòu)，帶領(lǐng)學(xué)生參觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場，在激發(fā)學(xué)生求知熱情的同時還能開闊學(xué)生的見識。

七、教學(xué)評價體系改革

評價教學(xué)方法、課程內(nèi)容以及學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)的最佳方式往往以課程考核體現(xiàn)。我國高?？己说姆绞揭话阋怨P試分?jǐn)?shù)為主，一般的高校筆試得分占比70%，平時表現(xiàn)成績占比30%。我國高校一般會建立各個學(xué)科的試題庫，期末考試筆試試題會從試題庫中抽取，但試題庫內(nèi)容較為陳舊，缺乏更新，每年變化極小[8，9]。導(dǎo)致學(xué)生在摸清考試出題規(guī)律后，會出現(xiàn)投機(jī)取巧的心理，平時學(xué)習(xí)不努力，臨到考試時對曾經(jīng)考過的試題進(jìn)行死記硬背，最終導(dǎo)致盡管沒有真正掌握應(yīng)當(dāng)掌握的知識，但仍能夠獲得較高分?jǐn)?shù)，使得筆試考核成績失去本該有的評價意義。對于課堂表現(xiàn)考核，當(dāng)前多數(shù)學(xué)校的評價指標(biāo)多以出勤率為主，學(xué)生上課時只要不缺席，無論是否認(rèn)真聽講，課堂表現(xiàn)分均可以拿到較高的分?jǐn)?shù)。針對以上現(xiàn)況，結(jié)合“三個面向”理念，我們將考核方式調(diào)整為：個人筆試（40%），實(shí)踐（30%），課堂表現(xiàn)（個人10%+團(tuán)隊(duì)20%）。筆試部分以應(yīng)用理論知識解決實(shí)際問題為主，相應(yīng)的筆試為開卷方式。實(shí)踐部分為通過教學(xué)時的實(shí)驗(yàn)部分進(jìn)行評分，如以所拍得的金相照片、對材料熱處理后是否達(dá)到性能要求為判斷依據(jù)。課堂表現(xiàn)分主要以學(xué)生參與課堂討論、課堂回答問題的積極性為評分標(biāo)準(zhǔn)，但課堂表現(xiàn)分?jǐn)?shù)分為個人表現(xiàn)分與團(tuán)隊(duì)表現(xiàn)分。

八、總結(jié)

總體來說，“金屬熱處理原理”這門課程所包含的知識點(diǎn)覆蓋面比較廣、專業(yè)術(shù)語比較多并且比較抽象，大多數(shù)學(xué)生缺乏相關(guān)專業(yè)知識的記憶與生產(chǎn)實(shí)踐，相對于其他課程學(xué)生對于本課程內(nèi)容的掌握難度較大，因而對于課程教學(xué)效率的提高要求較為迫切。隨著5G時代的到來，新一代信息技術(shù)的發(fā)展及其在學(xué)習(xí)中的應(yīng)用，有望在更大程度上解放教學(xué)生產(chǎn)力，使大量優(yōu)秀的學(xué)習(xí)資源可以讓更多的學(xué)習(xí)者共享，為學(xué)生的個性化、定制化學(xué)習(xí)提供精準(zhǔn)服務(wù)已成為可能?；凇懊嫦蚴澜缈萍记把?、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求”的方針，同時結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐研究，本文嘗試從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方式、完善教學(xué)評價體系等方面對“金屬熱處理原理”課程進(jìn)行教學(xué)改革與實(shí)踐，在提高了課程教學(xué)效果與教學(xué)質(zhì)量的同時，大大提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力與創(chuàng)新能力。

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Discussion on the Teaching Reform under the New Concept of “Three Facings”： Taking the Course of Metal Heat Treatment Principle as an Example

LI Xiang， ZHENG Hao-tian

（School of Materials Science and Engineering， Shanghai University of Technology， Shanghai 200093， China）

Abstract： Metal Heat Treatment Principle is a course which is based on the principles of metallography to explain the basic principles of solid-state phase transformation of metals and alloys and the relationship between the changes of metal tissues and the changes of properties of metals after heat treatment. Based on the important concept of “three facings”， this paper discusses the reform of teaching contents， teaching methods and evaluation system of the course of Metal Heat Treatment Principle，focusing on improving students enthusiasm of autonomous learning and innovation ability.

Key words： “three facings”; heat treatment; teaching reform; autonomous learning