競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)教學(xué)模式在工程材料實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的研究與實(shí)踐

鄧希光 馮長(zhǎng)杰 王赫男 農(nóng)智升 滿(mǎn)田囡

（沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 遼寧沈陽(yáng) 110135）

力學(xué)性能在對(duì)理工科大學(xué)生的培養(yǎng)過(guò)程中，實(shí)踐教學(xué)是對(duì)其工程知識(shí)、方案設(shè)計(jì)能力、實(shí)際操作能力以及分析總結(jié)能力進(jìn)行提高和塑造的重要環(huán)節(jié)。高等教育中的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要包括課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、學(xué)科競(jìng)賽等內(nèi)容。在實(shí)踐教學(xué)的過(guò)程中，教師將理論教學(xué)體系與實(shí)踐教學(xué)體系相結(jié)合，以利于提升學(xué)生應(yīng)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)的能力和創(chuàng)新能力，有利于學(xué)生構(gòu)建扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)和完善的綜合素質(zhì)，從而為學(xué)生畢業(yè)后從事相關(guān)工作打下基礎(chǔ)[1-3]。根據(jù)當(dāng)代高等教育的教學(xué)要求，高校的實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)主要是根據(jù)專(zhuān)業(yè)需求培養(yǎng)學(xué)生全面發(fā)展的能力，包括全面的理論知識(shí)水平、動(dòng)手實(shí)踐能力、專(zhuān)業(yè)的職業(yè)精神、自主學(xué)習(xí)能力和探索能力等[4-5]。然而，在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中普遍存在的問(wèn)題包括：第一，學(xué)生學(xué)習(xí)意識(shí)差、學(xué)習(xí)效率低，學(xué)習(xí)積極性不足，不能全身心參與到實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，導(dǎo)致教育與學(xué)習(xí)脫節(jié)；第二，教學(xué)模式落后，理論無(wú)法配合實(shí)踐，不僅限制學(xué)生的思維發(fā)展，還會(huì)挫傷學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情[6-7]；第三，實(shí)踐教學(xué)涉及的環(huán)節(jié)不全面，如僅注重實(shí)際操作而不注重信息收集和方案設(shè)計(jì)，實(shí)踐教學(xué)需要學(xué)生“邊動(dòng)手邊動(dòng)腦”或者“先動(dòng)腦再動(dòng)手”，而不是單純從事設(shè)備操作；第四，教學(xué)效果評(píng)估方法單一，往往僅參考學(xué)生最終提交的實(shí)習(xí)實(shí)踐報(bào)告，無(wú)法對(duì)實(shí)踐過(guò)程進(jìn)行合理評(píng)價(jià)。針對(duì)上述問(wèn)題，作者在工程材料實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)引入了合作—競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)教學(xué)模式，經(jīng)過(guò)實(shí)踐取得了良好的教學(xué)效果。

一、競(jìng)爭(zhēng)與合作在學(xué)習(xí)教學(xué)中的作用

競(jìng)爭(zhēng)帶動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步和人類(lèi)的發(fā)展，因此競(jìng)爭(zhēng)是人們工作和學(xué)習(xí)的主旋律，而且各行各業(yè)的發(fā)展均離不開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。課堂教學(xué)同樣需要競(jìng)爭(zhēng)，“考試”“分?jǐn)?shù)”“錄取率”就是競(jìng)爭(zhēng)的產(chǎn)物。心理研究表明，競(jìng)爭(zhēng)能夠引發(fā)一系列良好的心理反應(yīng)，如情緒飽滿(mǎn)、精神煥發(fā)、注意力高度集中、思維活躍等。因此需要把競(jìng)爭(zhēng)引入教學(xué)過(guò)程，并創(chuàng)建良好的競(jìng)爭(zhēng)氛圍。然而，有學(xué)者認(rèn)為競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境僅能激發(fā)班級(jí)中優(yōu)等生的主觀(guān)能動(dòng)性，但對(duì)學(xué)習(xí)成績(jī)較差的學(xué)生會(huì)起到反作用，因?yàn)檫@些學(xué)生會(huì)將含有競(jìng)爭(zhēng)因素的教學(xué)環(huán)節(jié)視為“丟人現(xiàn)眼”的機(jī)會(huì)[8]。有些教育工作者曾試圖在課程設(shè)計(jì)中拋棄一切含有競(jìng)爭(zhēng)屬性的活動(dòng)，并發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中所承受的心理壓力明顯減輕[9]。有研究曾指出班級(jí)中競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境會(huì)導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生焦慮和沮喪的負(fù)面情緒，而不利于建立積極奮進(jìn)的教學(xué)氛圍[10]。競(jìng)爭(zhēng)的效果因人而異，優(yōu)等生能夠在競(jìng)爭(zhēng)活動(dòng)中取得良好的成績(jī)，從而獲得更大的心理滿(mǎn)足感和自信，并進(jìn)一步激勵(lì)其更加努力學(xué)習(xí)；與之相反，差生則因其在競(jìng)爭(zhēng)活動(dòng)中的不良表現(xiàn)而背負(fù)沉重心理壓力，甚至引起學(xué)生的自卑心理，從而導(dǎo)致進(jìn)一步的厭學(xué)情緒。因此，競(jìng)爭(zhēng)在教學(xué)過(guò)程中是一把雙刃劍，需要合理設(shè)計(jì)才能起到揚(yáng)長(zhǎng)避短的作用。

一個(gè)有效的教學(xué)設(shè)計(jì)思路是將競(jìng)爭(zhēng)模式與合作模式相結(jié)合，即所謂合作—競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)教學(xué)模式。在合作的模式下，學(xué)生之間不存在任何形式的競(jìng)爭(zhēng)行為，因而可以有效減輕心理壓力。有對(duì)比研究表明，學(xué)生在無(wú)競(jìng)爭(zhēng)壓力環(huán)境下通過(guò)自主學(xué)習(xí)獲取的信息量明顯大于競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中的樣本，獲取信息量最大的樣本組在學(xué)習(xí)過(guò)程中不采用任何形式的打分或者排名機(jī)制；此外，如果學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中能夠相互合作，無(wú)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下的學(xué)習(xí)效果將翻倍[11]。合作的形式包括，對(duì)某一論點(diǎn)發(fā)表個(gè)人見(jiàn)解并相互評(píng)論，就某一問(wèn)題闡述各自的解決方案并相互討論，在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中承擔(dān)不同的任務(wù)并相互協(xié)作等。為了保持學(xué)習(xí)團(tuán)體中的合作氛圍，深化每位學(xué)生的合作意識(shí)，需要教師在教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生相互尊重、相互包容、助人為樂(lè)、取長(zhǎng)補(bǔ)短、心胸寬廣等優(yōu)秀品格。

合作—競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)教學(xué)模式中的競(jìng)爭(zhēng)模式主要采用團(tuán)隊(duì)—團(tuán)隊(duì)競(jìng)爭(zhēng)的方式，就如同籃球比賽。團(tuán)隊(duì)之間的競(jìng)爭(zhēng)能夠有效弱化競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境對(duì)個(gè)人心理產(chǎn)生的負(fù)面影響，但同時(shí)能夠激發(fā)個(gè)人爭(zhēng)取團(tuán)隊(duì)成功的積極性和使命感，從而有效地起到了揚(yáng)長(zhǎng)避短的作用。為了有效發(fā)揮團(tuán)隊(duì)間競(jìng)爭(zhēng)的積極作用，需要設(shè)計(jì)明確的競(jìng)爭(zhēng)指標(biāo)，例如籃球比賽的競(jìng)爭(zhēng)指標(biāo)就是進(jìn)球得分。因此，需要將實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的競(jìng)爭(zhēng)指標(biāo)進(jìn)行合理的量化。

二、合作—競(jìng)爭(zhēng)模式工程材料實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)方案

在工程材料實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，作者將可量化的材料性能指標(biāo)作為競(jìng)爭(zhēng)指標(biāo)，并將團(tuán)隊(duì)內(nèi)協(xié)作和團(tuán)隊(duì)間競(jìng)爭(zhēng)有效地結(jié)合在一起，從而設(shè)計(jì)了以下三個(gè)階段的實(shí)踐方案。

第一階段為金屬材料最大硬度設(shè)計(jì)競(jìng)賽，是指學(xué)生分組后同時(shí)針對(duì)某給定的金屬材料設(shè)計(jì)熱處理實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行實(shí)際熱處理操作，目的是獲得該材料的最大硬度值；然后各組在同一時(shí)間提交實(shí)驗(yàn)樣品，并由老師進(jìn)行公開(kāi)測(cè)試，從而確定硬度值最大的實(shí)驗(yàn)樣品和獲勝小組；最終由各組通過(guò)演講匯報(bào)的形式向所有學(xué)生公布其工藝方案以及對(duì)最終結(jié)果的分析。

第二階段為金屬材料最大塑性設(shè)計(jì)競(jìng)賽，其具體形式與上述方案相同，所用材料依舊與上述保持一致，但考查的指標(biāo)更改為定量描述金屬材料塑性的指標(biāo)，例如斷后伸長(zhǎng)率和斷面收縮率。學(xué)生為了使給定材料的塑性達(dá)到最大值，其所采取的熱處理方案與使硬度達(dá)到最大值的方案可謂完全相反，這就需要學(xué)生們完全掌握熱處理工藝的基本原理才能進(jìn)行合理的方案設(shè)計(jì)。

第三階段為金屬材料最大抗沖擊性能設(shè)計(jì)競(jìng)賽，此階段的方案與給定材料依舊不變，考查指標(biāo)為定量描述材料抵抗沖擊性能的指標(biāo)，即斷裂韌性值。由于金屬材料的斷裂韌性與其硬度和塑性均有關(guān)聯(lián)，因此設(shè)計(jì)為最終階段的競(jìng)賽。學(xué)生在進(jìn)行熱處理工藝設(shè)計(jì)時(shí)，既需要考慮熱處理對(duì)硬度的影響，又需要考慮其對(duì)塑性的影響，在平衡兩方面影響的基礎(chǔ)上綜合分析，最終制備出具有最大斷裂韌性的實(shí)驗(yàn)樣品，并進(jìn)行組間對(duì)比和交流匯報(bào)。

三、合作—競(jìng)爭(zhēng)模式實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)

上述實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了三方面的培養(yǎng)目標(biāo)。首先，教授了課程相關(guān)的工程知識(shí)，能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和金屬材料專(zhuān)業(yè)知識(shí)用于解決金屬材料設(shè)計(jì)、制備、組織結(jié)構(gòu)、性能表征及相關(guān)的復(fù)雜工程問(wèn)題；其次，鍛煉了學(xué)生設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)解決方案的能力，使學(xué)生能夠針對(duì)金屬材料復(fù)雜工程問(wèn)題，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足使用性能需求的材料成分、組織結(jié)構(gòu)、工藝流程、防護(hù)方法的解決方案，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)，考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素；最后，鍛煉了學(xué)生的溝通能力，使學(xué)生能夠就金屬材料生產(chǎn)及使用中的復(fù)雜工程問(wèn)題與業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行有效溝通和交流。包括撰寫(xiě)報(bào)告、設(shè)計(jì)文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令，若能將英語(yǔ)匯報(bào)融入其中，還能夠培養(yǎng)在跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流的能力。除此之外，上述實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)引入了合作—競(jìng)爭(zhēng)的模式，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與度和積極性，能夠更加有效地達(dá)成上述培養(yǎng)目標(biāo)。

四、合作—競(jìng)爭(zhēng)模式下的學(xué)習(xí)教學(xué)行為分析

在進(jìn)行上述實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的過(guò)程中，在組間競(jìng)爭(zhēng)的背景下，學(xué)生必須深刻理解工程材料力學(xué)性能中的三個(gè)基本指標(biāo)—硬度、塑性、抗沖擊性的基本含義和測(cè)試方法，因?yàn)檫@是贏得競(jìng)賽的基礎(chǔ)。如若不能認(rèn)識(shí)競(jìng)賽核心目標(biāo)的含義和定量描述競(jìng)賽目標(biāo)的方法，后續(xù)的熱處理工藝設(shè)計(jì)將失去評(píng)估的衡量尺度。因在課堂授課環(huán)節(jié)，工程知識(shí)是通過(guò)講授的方式教授給學(xué)生的，其優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)性強(qiáng)、覆蓋面廣，其缺點(diǎn)在于調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的效果較差。然而在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制對(duì)學(xué)生施加一定的壓力，并通過(guò)教師的正確引導(dǎo)使學(xué)生認(rèn)識(shí)到相關(guān)工程知識(shí)在贏得競(jìng)賽中的必要性，學(xué)生即可自主獲取相關(guān)知識(shí)。但此形式也具有系統(tǒng)性較差的缺點(diǎn)，因此需要在課程中挑選最重要的工程知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)入實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

在充分理解相關(guān)工程知識(shí)的基礎(chǔ)上，還需針對(duì)給定金屬材料牌號(hào)和狀態(tài)設(shè)計(jì)相關(guān)的熱處理工藝，這是獲得最優(yōu)性能指標(biāo)的關(guān)鍵。方案設(shè)計(jì)建立在對(duì)相關(guān)規(guī)律充分掌握的基礎(chǔ)之上，因此需要學(xué)生掌握熱處理工藝對(duì)給定金屬材料的顯微組織和性能的影響規(guī)律，而且該規(guī)律需要通過(guò)曲線(xiàn)或者方程等進(jìn)行定量描述。老師需要引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)合理有效的手段獲取相關(guān)規(guī)律，可以通過(guò)查閱文獻(xiàn)或者手冊(cè)，也可以通過(guò)設(shè)計(jì)熱處理正交實(shí)驗(yàn)。然而最好的方法是將這兩方面相互結(jié)合，鼓勵(lì)學(xué)生們?cè)诓樵?xún)已有信息的基礎(chǔ)上有針對(duì)性地設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，探索熱處理加熱溫度、保溫時(shí)間、冷卻方式對(duì)給定材料組織和性能的影響，然后在此基礎(chǔ)上優(yōu)選最佳熱處理方案，并在實(shí)施過(guò)程中正確操作相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。只有方案設(shè)計(jì)合理且設(shè)備操作正確，才能夠取得理論上的最優(yōu)性能。組內(nèi)學(xué)生在進(jìn)行上述工程知識(shí)學(xué)習(xí)、信息收集、方案設(shè)計(jì)、設(shè)備操作的過(guò)程中有很多需要相互交流、探討、協(xié)作的環(huán)節(jié)和形式。

教師需要鼓勵(lì)組內(nèi)學(xué)生充分參與其中，并發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。為了能夠以有組織的方式進(jìn)行組內(nèi)協(xié)作，教師可編制具有特定格式的過(guò)程報(bào)告，每位學(xué)生在完成報(bào)告的同時(shí)即為集體項(xiàng)目進(jìn)度的推進(jìn)做出了自己的貢獻(xiàn)。以信息收集為例，每位學(xué)生可獨(dú)自利用圖書(shū)館或者網(wǎng)絡(luò)資源針對(duì)同一問(wèn)題進(jìn)行信息檢索，然后在組內(nèi)進(jìn)行分享和交流。然而，在方案設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)有可能存在組內(nèi)分歧，教師需要引導(dǎo)學(xué)生有效地進(jìn)行溝通和交流，解決分歧的最佳手段是進(jìn)一步深入進(jìn)行信息收集與分析。只有當(dāng)學(xué)生掌握的知識(shí)逐步深入和全面，才可能從根本上解決分歧，實(shí)現(xiàn)最為合理的方案設(shè)計(jì)。設(shè)備操作過(guò)程需要成員間進(jìn)行分工協(xié)作，例如操控?zé)崽幚頎t、試樣裝爐出爐、金相制備、性能測(cè)試等具體工作，組內(nèi)成員可根據(jù)各自特點(diǎn)合理分配。最終需要對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)，以此判斷最優(yōu)的熱處理工藝。競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)教學(xué)模式有助于培養(yǎng)學(xué)生以下素養(yǎng)和能力。第一，職業(yè)素養(yǎng)，樹(shù)立和踐行社會(huì)主義核心價(jià)值觀(guān)，具有良好的金屬材料工程職業(yè)道德和人文社會(huì)科學(xué)素養(yǎng)，重視社會(huì)、環(huán)境、法律和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，并能用其指導(dǎo)工程應(yīng)用。第二，職業(yè)能力，能夠綜合運(yùn)用基礎(chǔ)理論、專(zhuān)業(yè)知識(shí)以及科技發(fā)展新知識(shí)，并融合相關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)，完成復(fù)雜金屬材料工程相關(guān)部件、產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)、制造，解決金屬材料部件使用過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題，重視工程質(zhì)量和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)化，具有創(chuàng)新思維和科學(xué)決策能力。第三，工程素質(zhì)，能夠融合多元專(zhuān)業(yè)知識(shí)，具備綜合運(yùn)用基礎(chǔ)理論、專(zhuān)業(yè)知識(shí)以及科技發(fā)展新知識(shí)解決金屬材料工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題的能力；能夠自覺(jué)遵守工程領(lǐng)域的相關(guān)法律、法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)，并正確運(yùn)用于工程實(shí)踐，保證工程或產(chǎn)品質(zhì)量。第四，綜合素質(zhì)，能夠針對(duì)金屬材料工程問(wèn)題與國(guó)內(nèi)外成員進(jìn)行有效溝通，并主動(dòng)承擔(dān)團(tuán)隊(duì)角色。具有團(tuán)隊(duì)合作精神和國(guó)際視野，能夠主動(dòng)學(xué)習(xí)和跨文化交流與合作。

五、結(jié)束語(yǔ)

工程材料實(shí)踐教學(xué)過(guò)程包括信息收集、方案設(shè)計(jì)、實(shí)際操作、總結(jié)分析，是完整實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的四個(gè)基本要素，同時(shí)將競(jìng)爭(zhēng)模式和合作模式貫穿于整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生在此類(lèi)合作—競(jìng)爭(zhēng)模式下的成績(jī)表現(xiàn)應(yīng)參考其完成過(guò)程報(bào)告的情況、競(jìng)賽結(jié)果情況以及最終的總結(jié)交流情況進(jìn)行綜合評(píng)定。教師在合作—競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)教學(xué)模式下的實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中除了應(yīng)該傳授所需的工程知識(shí)，還應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立健康的合作意識(shí)和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。大學(xué)不僅僅是傳授知識(shí)的象牙塔，更是培養(yǎng)溝通能力和建立合作競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)的訓(xùn)練場(chǎng)，在各類(lèi)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中進(jìn)行合理設(shè)置，可有效地將知識(shí)、能力、意識(shí)統(tǒng)一起來(lái)，實(shí)現(xiàn)高效教學(xué)。