工程材料與熱成形技術課程實踐

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高等工程教育越來越關注學生工程實踐能力的培養，而課堂是培養學生的主陣地，是影響學生學習效果的關鍵因素。提高高等工程教育課堂的教學質量，是決定高校學生工程實踐能力培養的主要因素。高等工程教育的課堂更偏重于理論和實踐的結合，而我國大學工程教育普遍存在“強調工程科學、軟化工程實踐、脫離產業需求”狀況，課程目標脫離工業需求、課程結構分離工程能力、課程內容偏離工程實踐；課堂教學只強調知識的傳授，而忽略了實踐能力的培養；以教師為中心的課堂教學模式被廣泛使用，學生始終處于被動接受的位置。按照工程教育專業認證專家委員會的標準，隨著社會經濟的發展，學生除了掌握傳統的技術能力外，還應具備較好的人文社會科學素養、較強的社會責任感和良好的工程職業道德，較強的溝通交流、團隊合作、靈活應變、信息處理等非技術能力。在這些能力方面，我國高等工程教育的教學現狀與社會需求之間存在較大差距。要想完全改變現狀、縮小差距，需要社會、學校等方方面面的持續改革。在近期，部分的改進可以通過課堂教學改革來實現，采取的措施就是引進翻轉課堂教學。在翻轉課堂中，典型的課堂講解時間由實驗和課內討論等活動代替，而課堂講解則以視頻等其他媒介形式由學生在課外活動時間完成。翻轉課堂將普通課堂中的講授移到課外進行，課堂內通過實驗、項目訓練、研討、團隊合作完成任務等方式讓學生成為學習活動的主動實踐者，學生的工程實踐能力和交流、協作能力在課堂上得到很好的鍛煉。教師則由講臺上傳道授業解惑的“演員”轉變為教學活動的“導演”和學生身邊的“教練”，學生則由講臺下被動接受的“觀眾”轉變為教學活動的主動參與者。“工程材料與熱成形技術”課程涉及材料的組織、性能及其應用、熱成形技術、熱加工工藝設計等內容，是機械類學生重要的綜合性專業基礎課，是引導學生進入專業領域，培養學生具有應用創新能力的綜合訓練課程，在機械類人才的培養中起到非常重要的作用。以往學生在學習時遇到許多困惑和問題，如學生們習慣了理科類課程主要用分析方法進行的學習，對主要是用歸納與綜合方法研究問題的工藝類課程感覺知識零亂、知識點之間缺乏邏輯性、不系統。進而形成剛上課還能跟得上，課程進行中就有一部分學生掉隊，期末部分學生考核不及格的不良教學效果。分析原因除課程性質外，還有部分學生缺乏自我約束力、沒有自學能力、實踐教學效果不良等。因此，在工程材料與熱成形技術課程中進行翻轉課堂教學具有以下優點：課程中絕大部分理論都來源于實習、實踐，適合學生自學；在多媒體、計算機、互聯網等信息技術的支持下，信息的傳遞變得越來越便捷和容易，可以實現學生課前利用一定的教學手段了解需要學習的內容，課堂上的時間用于學生對知識的吸收內化；通過課下學生之間交流與課堂上師生的互動交流，既鍛煉了學生的表達能力，又對其學習起到督促作用，有助于大多數學生學習成績的提高；鼓勵學生發現問題，解決問題，有利于培養學生的自主學習能力。

一、工程材料與熱成形技術課程翻轉課堂設計

翻轉課堂實施分為三個步驟：課前準備、課上翻轉、課程評價。鐵碳合金相圖是“工程材料與熱成形技術”課程教學中的重點和難點，我們通過翻轉課堂的方式來解決這一難題。

（一）課前準備

課前準備包括以下幾項內容：首先要制定教學目標與評價方式，其次根據教學目標設計課前任務單，最后根據課前任務單準備學習資源。1.課前任務單設計。課前任務單的內容包括三大部分：

（1）學習指南：①課題名稱：鐵碳合金相圖。②達成目標：通過觀看教學視頻、閱讀教材，分析給定的學習材料，完成“自主學習任務單”規定的任務，掌握鐵碳合金相圖。③學習方法建議：在掌握三種基本相圖的基礎上學習鐵碳合金相圖；建議聯系同素異晶轉變過程理解鐵碳合金的基本相和相圖。④課堂學習形式預告：a、小組內分析典型鐵碳合金的結晶過程；小組間交流鐵碳合金相圖的畫法技巧。b、課內晉級作業。c、每個小組歸納出一種鐵碳合金的應用在課上交流。

（2）學習任務：回答以下問題①鐵碳合金有哪些基本相？②鐵碳合金的基本組織有哪些？與基本相是什么關系？③鐵碳合金相圖是怎樣建立的？分幾個步驟？④純鐵的同素異晶轉變與鐵碳合金的基本相是什么關系？

（3）困惑與建議：這項內容由學生在自主學習以后填寫。2.準備學習資源。包括教材、參考書、論文、視頻資源等，其中教學視頻是學習資源中的重點。一般教學視頻的制作可分為以下5個步驟。

（1）分析：教學對象、學習者的能力、學習環境；教師的時間、精力、媒體素養等。

（2）整理：首先準備素材，素材包括課件、圖片、音頻、視頻文件；第二步做腳本，需要標注每一段教學內容的展現形式、用到的配套資源、大概耗費時間等內容。

（3）制作：視頻制作的主角是教師。教師用熱情、專業精神去感染學生。

（4）：在學校的教學網或學習管理系統中，也可以存到網盤供學生下載，當然還可以到各類視頻網站。時間選擇在課程開始前兩到三天。視頻的要配合前面制作的自主學習任務單，使學生在學習時有章可循。

（5）反饋：根據學生觀看教學視頻的情況來調整教師的課上活動，并對觀看視頻好的學生給予獎勵。根據學生對視頻的意見和建議修改教學視頻。

（二）課上互動與交流

翻轉課堂的課上教學大致分為以下四步。

1.檢測。檢測學生的自主學習成效，難度不超過自主學習任務單的要求。我們用題目“鐵碳合金的基本組織”，這一階段大約需要10分鐘。

2.作業。需要學生在20分鐘內完成以下題目：畫出簡化的Fe-Fe3C相圖，說明圖中特性點、線的含義，填寫各區域的相和組織組成物；分析含碳量分別為0.20%、0.45%、0.77%和1.2%的鐵碳合金從液態緩慢冷卻至室溫的組織轉變過程，繪出室溫組織示意圖，說明其力學性能有何不同。

3.協作、探究。通過協作和探究來解決在檢驗和作業過程中學生的困惑。我們采用的方式是學生以小組為單位協作學習、討論。這一階段大約需要5~7分鐘。

4.展示、質疑、闡釋。首先給學生5分鐘，每個小組提出一個在前一階段討論中遇到的共性問題，由學生小組互相解答，教師指導。最后由學生或教師提出一個鐵碳合金應用問題，小組討論2分鐘后回答。

（三）學習評價

良好的課程評價體系對學生的學習積極性有激勵作用。顯然，形成性評價更適合翻轉課堂。配合學校考試方式方法改革制定考核方案，平時成績占60%，期末占40%。平時成績重在考查學生課前學習和課中的參與質量。

1.課前學習情況的評分標準。1分，不知道如何回答老師問題的學生，說明沒有預習，給最低分。2分，學生嘗試回答問題，但回答錯誤，并且沒有顯示出任何先前知識、課程學習資源知識或課本知識。3分，學生基于先前知識回答了問題，但答案不完整，也沒有用到教材中或課前學習資料中的適量信息。4分，學生準確地回答了問題，并給出了完整的解釋，充分用到預習資料中的內容，甚至通過其他途徑獲得了更豐富的答案，比如網絡。

2.課中學習情況。課中主要考察學生的態度、呈現、合作互助精神、討論發言的質量及創造性，可以與課中教學的5個環節（合作探究、釋疑拓展、練習鞏固、自主糾錯、反思總結）結合，每項設定合適的分數。其中包括教師的評價和小組內學生的互評。翻轉課堂后學生的總評成績均有一定幅度的提高，翻轉課堂取得了較好的教學效果。

二、思考與總結

（一）翻轉課堂應具備整體化的教學設計思想

實施翻轉課堂教學，教師的教學設計就變得尤為重要，教師備課的工作量因此加大了很多。教師在備課中不但要準備教學內容，還要準備學生的學習過程，即學生作為一個自主學習者在學習新知識時的思維過程。因此，翻轉課堂的教學設計對教師能力的要求比傳統教學要高很多。

（二）課堂上講授內容要少而精

課上教學環節組織的好壞是翻轉課堂成敗的關鍵。首先遇到的問題就是多講與少講的問題，翻轉課堂不是不講課，而是要少講、精講。教師要根據了解到的學生課前學習情況，講學生需要的、存在問題的內容。課前任務單布置的任務不能講，否則學生可能不會進行課前學習。如果學生完不成課前學習任務，教師要查找原因，做出及時調整。如果確實是由于課前任務設計不合理，需要完善課前學習任務單。教師在翻轉課堂上的講課時間越少，翻轉課堂的教學效果越好。

（三）教學中應以學生為主

我國的高等教育是以教師為中心的教學文化，也就是圍繞“教師為中心、教材為中心和課堂為中心”而組織的，雖然發揮了教師在教學過程中的權威和主導作用，卻忽視了學生的主體性和能動性。這種教學理念及相應的教學方法，有不利于發揮學生的主動性、積極性和創造性的一面，更有不利于培養學生主動實踐能力的另一面。學習畢竟是學生自己的事情，只有學生自覺地參與到學習中來，才能實現教育之根本目的。建立以學生的學習為中心的課堂，轉變具有工業化時代特征的以教師為主的教學方式，讓學生對學習充滿期待，是信息化時代課堂教學轉型發展的重要方向。因此，在教學中強調學生的主體地位就顯得十分重要，讓每一位學生都能發揮自身的潛能，激發學習的積極性、主動性，實現全面發展。

（四）提高學生的工程實踐能力

工程材料與熱成形技術課程是大多數機械類或近機類專業學生較早接觸到的技術基礎課，因而其教學成效對學生今后學習專業課及對專業興趣的培養，乃至今后對實踐在工程中重要性的認識上都有極其重要的影響。而課程的教學質量與工程訓練中學生的實踐技能訓練質量密切相關，學生理論學習的效果一定程度上取決于實習中實踐能力的培養質量。而工程教育實踐教學應以學生為中心、以活動為中心，為學生營造自我體驗、自主學習、自由創造的環境，讓學生開展基于項目的學習，在“做中學”。“做中學”的核心在于以學生為中心，讓學生從構思階段的概念設計開始，經歷產品設計和產品實現，自主鉆研，主動實踐；在“做中學”模式中，通過不同層次的項目實踐活動，讓學生獲得應用工程科學技術知識設計產品的能力和制作產品的能力。

作者：舒慶 邵俊鵬 朱捷 許小村 單位：哈爾濱理工大學機械動力工程學院 黑龍江科技大學 理學院