《工程材料》基于理實一體化及雨課堂的混合式教學模式的改革實踐

潘曉燕

摘 要：文章對同濟大學浙江學院材料科學與工程專業的工程材料課程的教學現狀進行了分析，采用理實一體化、雨課堂輔助教學、多樣化實驗教學及綜合性課程考核方式等多元化的混合式教學模式對工程材料課程的教學進行了改革實踐，不僅提高了教學效果、激發了學生學習的主動性，還培養了學生的動手能力以及分析問題與解決問題的實踐能力。

關鍵詞：工程材料；理實一體化；雨課堂；教學改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）06-0111-03

Abstract： This paper analyzes the current situation of Engineering Materials teaching for materials science and engineering majors in Tongji Zhejiang College. Teaching reform of the course is taken from several aspects like integrating the theory and practice； employing ubiquitous network-aided teaching mode， and diversifying the methods of experiment teaching and comprehensive curriculum assessment. The reform not only improves the teaching effect and stimulates the students' learning initiative， but also cultivates students' ability of practice， analyzing problems， solving problems and so on.

Keywords： Engineering Materials； theory-practice integration； ubiquitous network-aided teaching mode； teaching reform

工程材料課程是我校材料科學與工程專業的一門專業特色課，主要講述常用工程材料的成分、性能、應用和選材等方面的內容。這門課的教學目標是使學生對金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料及復合材料等常用的各種工程材料及新材料有一個基本了解，學會如何根據零構件的工作條件、性能要求和失效形式等工程實際合理地、正確地選擇和使用材料，為今后從事專業技術工作提供必要的理論基礎。

由于工程材料課程所涉及的材料品種多，內容雜，理論性和實踐性較強等特點[1，2]，學生很難在較短的時間內理解和消化這些內容，更談不上應用所學的知識解決工程實際問題。因此，為了培養既具備扎實的理論知識，又具備較強的實踐能力的應用型技術人才，本文結合本校材料科學與工程專業工程材料課程的教學現狀，采用理實一體化、雨課堂輔助教學、多樣化實驗教學等及綜合性課程考核方式等多元化的混合式教學模式對工程材料的教學進行了改革實踐。

一、工程材料的教學現狀

（一）內容多，課時少

工程材料作為我校材料科學與工程專業的專業特色課程，課程的主要內容包括工程材料的結構、組織、性能及其之間關系的基本理論，金屬材料、高分子材料、陶瓷、復合材料等常用工程材料的分類、成分、組織、性能及其應用，以及機械零件的失效及選材等[3]，內容繁雜，理論抽象，概念多，但課時少，僅32課時。

（二）教學方式單一

工程材料的教學多以教師課堂講授的方式為主，這種“單向注入式”的教學模式單方面強調教師的“教”的作用，而忽視了學生“學”的重要性，不僅大大打擊了學生的學習熱情與興趣，還降低了課堂教學效果和質量。

（三）理論與實踐脫節

工程材料的理論教學和學生實驗一般是分開進行，理論教學在教室中進行，課后會安排少量課時的相關實驗。學生再次接觸所學的理論知識要在生產實習、畢業論文階段[4]。這種理實脫節教學方式既不利于學生對理論的掌握，又不利于培養學生利用理論知識分析解決實際問題的實踐能力和創新能力。

（四）實驗課時少且形式單一

工程材料課程中關于熱處理、機械零件的失效分析、選材及工藝路線設計等方面的內容實踐性很強，學生缺乏相關的實踐經驗，僅依靠課堂的理論學習，很難理解和掌握工程材料的基本理論，因此實驗是工程材料課程教學的一個重要環節。但是由于工程材料實驗屬于課內實驗且總課時的限制，我們的實驗課時僅4課時，而且實驗內容為簡單的鐵碳合金平衡組織觀察，工業用鋼顯微組織觀察等驗證型實驗，這對培養學生的創新實踐能力幫助不大。

（五）課程考核方式欠科學

工程材料課程的總評成績是由期末理論考試+平時成績構成，對實驗部分沒有考核要求。平時成績占總評成績的30%，主要根據學生的出勤、上課回答問題及課后作業的完成情況給出。期末理論考試成績占總評成績的70%，考試內容主要以識記性的理論知識為主，而結合工程實際的綜合性、分析性的題目僅占很小一部分。這種考核方式對教學效果的反饋嚴重滯后，不利于教師在教學過程中根據學生學習的具體情況對課程內容和進度進行適當的調整。同時，這種課程考核方式會導致很多學生為了通過考核在考前突擊死記硬背，但對理論并不真正理解，甚至有些考試成績優秀的學生在后續課程的學習和實踐中也不會應用學過的知識去解決實際問題。因此傳統的課程考核方式無法對學生的實踐能力進行考評，存在考核內容單一、評價科學性和全面性欠缺以及問題反饋的不及時等問題。

二、教學改革實踐

（一）理實一體化教學模式的實踐

1. 理論教學與學生實驗的一體化教學

采用理實一體化教學的方法之一是將上課的地點從教室搬到實驗室，把教師的理論教學與學生的實驗緊密結合在一起。例如，在講授鐵碳平衡相圖的內容時，上課的地點是在金相實驗室，我們一邊講解鐵碳合金的平衡組織，一邊要求學生使用金相顯微鏡進行組織觀察。在講解含碳量對鐵碳合金的顯微組織和力學性能的影響時，我們讓學生測量含碳量不同的20鋼、45鋼、T8鋼和T12鋼的硬度后進行顯微組織觀察，并從鋼的成分和組織上分析其性能差異的原因。這種理論教學與學生試驗同時穿插進行的教學方式使枯燥的理論教學變得生動而直觀，使學生對理論知識的掌握更加容易，理解也更加深刻。

2. 案例引入法教學

通過某個具體大家熟悉的案例的介紹，引入基本理論和概念。例如通過對比金屬與陶瓷斷裂后斷口部位的形狀，引入塑性變形的特點和金屬塑性變形的機理。讓學生自己動手彎曲鋼絲和鉛絲，引入冷熱加工的區別和加工硬化的概念。

3. 調研討論法教學

常用工程材料的分類、牌號、組成結構、工藝及性能等內容盡管難度不大，但是需要記憶的內容多且內容關聯性不強，因此學生為了應付考試，往往在考前依靠短時強記，但考后便忘，學習效果很差。因此在講授這部分內容時，我采用了調研討論的方式進行。例如在講授鋁合金和高分子材料時，將學生分組，每組同學選擇一類材料，按照教師事先給定的學習要點先自學該類材料的組成結構、工藝、性能等基礎理論知識，再通過搜索互聯網、圖書館數據庫和走訪材料市場就車用輕量化材料和高分子材料在汽車和土木工程中的應用進行調研，然后將自學和調研的結果做成課件在課堂匯報交流，并且上交一份學習和調研報告。每組同學在匯報完畢后，教師提出若干的問題來考察學生學習情況并對每種材料的重要知識點進行總結概括。這種以學生為主體，教師起引導作用的教學方法，極大地發揮學生學習的主動性，提升了學生的實踐能力。

4. 理實相結合的綜合性課程考核方式

應用型本科人才不僅要具備扎實的理論基礎，還要具備較高的分析問題解決問題的實踐能力。因此課程考核不僅要考察學生對理論知識的掌握情況，還要對學生在后續課程的學習和工作中運用知識的能力做出科學的評價。單純地通過期末理論考試進行課程考核的方式不利于應用型本科人才的培養。

新的課程考核方式采取期末理論考試成績+平時成績+實踐成績相結合的綜合性考核方式。平時成績占總評成績的20%，主要根據考勤、課前預習、課后作業和隨堂練習等。為了強化對學生學習過程的控制，在教學的過程中，根據課程內容和進度安排了4～5次隨堂練習，不僅可以督促學生及時進行知識的復習和消化，也有助于教師及時發現問題，調整教學內容和進度，提高教學效果。實踐成績占總評成績的30%，包括20%的實驗成績和10%的分組討論成績。根據實驗的預習情況、實驗過程中的紀律、操作及實驗報告給定實驗成績，分組討論調研的成績則是根據課堂討論時PPT的內容、制作、演講及調研報告綜合給定。期末理論考試成績占總評成績的50%，試卷內容中案例分析，綜合應用性題目的比重增加，記憶性題目的比重減少。通過這種綜合性的考核方式，可以引導學生放棄臨時抱佛腳的僥幸心理，重視平時學習和實踐能力的鍛煉。

（二）微信雨課堂輔助教學的實踐

通過建立工程材料課程的微信雨課堂，形成了線下和線上兩個課堂。學生通過課堂教學、問題討論及隨堂測試等多個層次在線下課堂進行理論知識的學習，利用手機或電腦等智能終端可以隨時隨地進入雨課堂在線上課堂進行學習。教師除了在雨課堂發布課件供學生自學和預習外，還發送練習題及一些工程材料新進展等方面的內容，學生可以進行課后練習，以鞏固課堂講授的知識點，同時通過自學拓展內容開拓視野。

在課堂教學過程中我們有時也通過雨課堂即時插送一些選擇題，讓學生利用手機立即進行回答，不僅能調動學生的積極性，教師還能根據答題的正確率及時發現學生對某個知識點的理解程度，并及時調整教學進度。利用微信雨課堂輔助教學，將傳統的課堂教學與現代網絡技術相結合，打破了課堂教學的時間和地點的限制，貫穿了課前，課中和課后三個階段，是傳統的面對面的課堂教學有效延伸和拓展，方便師生及時交流互動，提高學生的學習興趣。

（三）多樣化實驗教學的實踐

高質量的實驗教學是提高課程教學質量的重要途徑，也是培養應用型高校工科學生工程意識和創新思維的重要手段[5]。為了在有限的時間內提高實驗教學效果，提高學生的動手實踐能力，我們在實驗安排、實驗內容方面進行了改革。通過整合教學內容，采用多元立體化教學模式，使課堂理論教學時間由32課時減少至26課時，再將一部分實驗內容移到課外進行（例如熱處理綜合實驗中材料的選擇和工藝的制定，見表1），實驗課時由原先的4課時增加為8學時。原先單一的驗證型實驗變成驗證型、技能型、綜合型和設計型四種不同類型的實驗項目（見表1）。實驗教學方式由單純的實驗教學變成理實一體化教學方式，驗證型和技能型實驗與理論教學同步穿插進行。

例如我們開設的鋼的熱處理實驗，要求學生將保溫溫度和保溫時間相同的45鋼和T12鋼試塊分別進行空冷、油冷和水冷，然后測其硬度和觀察顯微組織，并對實驗結果進行討論。與教師在講臺上抽象地講解什么是退火、正火和淬火等內容相比，這個綜合性實驗使學生直觀地學習了一些基本熱處理的工藝，同時也加深了對冷卻速度、顯微組織對鋼的力學性能影響的理解。

三、結束語

工程材料采用理實一體化、雨課堂輔助教學、多樣化實驗教學及綜合性課程考核方式等混合式教學模式進行教學，將教學地點由傳統的教室拓展到實驗室、圖書館、材料市場及微信雨課堂，讓學生通過理論學習、試驗觀察、動手操作、資料查閱和調研等多元化的渠道獲得知識并加深對知識的理解，使教師的“教”與學生的“學和實踐”有機地結合在一起，提高了教學效果。這種混合式的教學模式在教授學生理論知識的同時，又培養了學生的動手能力以及分析問題與解決問題的實踐能力，提升了學生的綜合素質。

參考文獻：

[1]錢茹，高瑞梅，楊星星.基于應用型本科《工程材料及熱處理》課程的教學改革[J].裝備制造技術，2015（11）：285-286.

[2]倪衛華，汪中厚.機械工程材料教學方法探討[J].教育教學論壇，2015（9）：155-156.

[3]朱張校，姚可夫.工程材料學[M].北京：清華大學出版社，2012.

[4]鄧乃嘉.“理實一體化”的教學模式實踐與思考[J].高校論壇，2014（5）：27.

[5]傅樂榮，李堯，余五新.應用型高校工程材料與熱處理課程實驗教學改革的探討和實踐[J].教育與職業，2011（9）：161-163.

[6]李戩，王金輝，高莉，等.《工程材料》課程立體化教學與改革的探討[J].高教學刊，2017（09）：111-112.

[7]葉宏，孟范成，李暉.以工程實踐與創新能力為導向的材料專業建設的實踐[J].高教學刊，2015（09）：62-63+69.