基于“互聯網+”的《工程材料》課程混合式教學實踐與改革探索

胡雪 魏敏 夏博 胡蓉 葛云

摘? 要：隨著互聯網的發展，多種網絡資源成為高等工科人才的培養環節的重要教學資源。本課程組成員基于“互聯網+”背景，針對《工程材料》展開混合式教學實踐與改革，采用微視頻、微課、雨課堂等網絡教學資源，形成以“學生為中心”，教師“導學”和“助學”相適宜的教學理念，形成一套“混合式課堂結構”+“多樣化教學方式”+“導學助學教師教法”+“自主創新學生學法”的新型混合式教學模式，激發學生的學習積極性，提升學生的工程素質。

關鍵詞：互聯網+;《工程材料》;混合教改

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：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

隨著互聯網的發展，現代高等教育格局在不斷發生變化。而“互聯網+”作為工業化和信息化融合的升級版[1]，在高等教育領域發揮著重要作用。為了促進工科教育和工業化發展的跨界融合，提升高等工科人才培養的創新驅動力，優化高等教育結構，凸顯尊重學生的個性，尤其在產業重構升級、社會多元協同、資源配置優化、智慧校園建設等社會發展背景下[2]，“互聯網+”理念[3-5]在高等工科人才的培養環節中顯得愈加重要。

本課程組成員基于“互聯網+”背景，針對《工程材料》[6-7]展開混合式教學實踐與改革。《工程材料》課程是機械設計制造及其自動化專業必修的一門專業基礎課。本課程從工程材料應用的角度，闡明工程材料化學成分、組織結構、加工工藝與使用性能之間的關系的基本理論，介紹工程材料的基本知識，常用工程材料及其應用。本課程的課程目標如下：1. 掌握工程材料的基礎理論以及力學性能基本知識，建立材料微觀結構與性能之間的關系，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、性能之間的關系這一主線，強調機械工程材料的工程應用，具備分析問題、解決問題的能力，在工程實踐中具備科學嚴謹的工程素質。

一、存在的問題與解決方案

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

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法，運用企業實際生產視頻、章節知識分段講解視頻作為學生課前自主學習內容，充分調動學生參與研究、討論和深入分析的積極性，提高學生分析和解決實際問題的能力。與此同時，結合雨課堂、微課等教學資源，做到課前小測驗、課后知識回顧，爭取讓教師在課前掌握學生的學習情況，根據學生課前測驗和網上作業得分情況，有針對性地展開教學工作，并進行有效評價，提高課堂時間的利用率和課堂教學質量。

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。該課程教學內容由材料的結構和性能、材料凝固與結晶、材料的塑性變形、金屬熱處理、工程用鋼和鑄鐵、材料的選擇與應用分析等六個模塊構成，知識點多，內容龐雜，課程學習對學生的要求很高，教學存在較大難度。其次，《工程材料》課程實踐性很強。由于學生缺乏相關實踐經驗，學生學習抽象的概念和理論存在較大難度，這往往導致課程教學枯燥乏味，學生學習興趣不高。另外，隨著機械工業現代化的發展，傳統“機械制造基礎和工程材料”教學內容與現實應用脫鉤越來越嚴重，這進一步增加了該課程的教學難度。而在傳統的教學方法中，教師按章節順序講授知識點，學生被動接受，無法激發學生的積極性和創造性，最終導致無法培養出符合社會需求的有創新意識、創新精神和創新能力的人才。而混合式教學把傳統學習方式的優勢和網絡學習的優勢結合起來，既發揮了教師引導、啟發、監控教學過程的主導作用，又充分體現了學生作為學習過程主體的主動性、積極性與創造性。

本課程的混合教學思路如圖2所示。

1. 建立“互聯網+”教育背景下的《工程材料》課程新型教學模式，創新課堂結構和教法、學法，以及“線上學習”與“線下學習”相融合的教學方式，實現有效的網絡探究教學，突出了學生創新能力和綜合素質的培養。

2. 形成以“學生為中心”，教師“導學”和“助學”相適宜的教學理念，教學設計注重突出學生的主體性，以產學研結合為基礎，教學和科研相互促進。逐步形成以學生為中心、以教師為主導的“課堂教學、實踐教學和課外科技實踐活動一體化”的教學體系，將教師的知識系統與學生的認知系統相統一，更好地改進教學，服務課堂，激發了學生學習積極性，強化學生工程素質的培養。

3. 形成一套“混合式課堂結構”+“多樣化教學方式”+“導學助學教師教法”+“自主創新學生學法”的新型混合式教學模式，突出培養學生的創新能力和團隊意識，強化學生的工程實踐意識，注重理論與實踐相結合的全面培養。

三、混合教改實施心得

在實際教學環節中，針對《工程材料》課程，開展混合式教學模式改革的探索與實踐，充分發揮教師引導、啟發、監控教學過程的主導作用，又充分體現學生作為學習過程主體的積極性、主動性與創造性，在學生中獲得了較好的口碑。“以學生為中心”的混合式教學模式設計將課堂學習與在線學習有效結合，充分利用課堂學習和在線學習的優勢，促進學生學習質量的提高，實現學習者的有效學習。

（一）線上學習資源豐富多樣，啟發學生思考課程內容

線上學習資源是學生進行課前預習的主要學習資料，鑒于此時學生對本章節知識還未形成系統性思維，因此線上學習資源應當盡可能豐富多樣，旨在激發學生的學習興趣，提高學生的學習主動性和興趣，提升課程預習效果。以“第二章第3節 晶體缺陷及其對性能的影響”為例，本課程組成員在網絡教學平臺上上傳“微視頻——鋼鐵材料的發展與起源”“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、工藝之間的關系”“微視頻——借助Crystal Maker軟件構建材料三維晶體結構模型”，常見金屬的三維晶體結構模型一套。上述線上學習資源能夠吸引學生關注本章內容，對于后續的線下學習幫助很大。

（二）線下學習突出學生的主體地位，注重提供學習支助體系

為了提升課堂教學質量，本課程組成員突破以往的“填鴨式”課堂教學方法，注重為學生提供學習支助體系，為學生搭建“腳手架”，幫助學生攀爬知識高峰，旨在幫助學生系統性了解本章節重點內容，構建知識網絡。以“第二章第3節 晶體缺陷及其對性能的影響”為例，線下授課時采用課程導入、課程講授、歸納總結、課后練習的“三步走”教學法。課程導入時，采用“對比、啟發”的方法，引入微視頻——神奇的碳材料中鉆石和石墨相互轉換的案例，引導學生思考對比鉆石和石墨的外觀、性能，啟發學生思考晶體結構和材料性能之間存在密切關系。課程講授時，采用“提問、啟發、分析、案例、對比”等方法，引導學生思考，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，啟發學生從點、線、面的角度思考晶體缺陷的類型及其對材料性能的影響。總結歸納時，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容，幫助學生構建知識網絡（如圖3所示）。課后練習主要借助雨課堂發布課后練習題，旨在考查學生對于本章節知識點內容的接受程度，提高學習效果。

（三）線上、線下教學內容銜接恰當，突出工程實踐

線上學習資源和線下學習環節應當注重內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學生的工程素養，提高學生解決工程實踐問題。以“第二章第3節 晶體缺陷及其對性能的影響”為例，為了確保學生能夠將所學的理論知識和工程案例有機結合，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構的影響，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性能。上述工程案例不僅打通了線上、線下教學內容的壁壘，同時還能提高學生解決工程問題的能力。

四、教學實踐效果

通過本輪次教學改革與實踐，學生能夠較好地完成學習任務，學生成績有所提高。現根據石河子大學機械電氣工程學院機械設計制造及其自動化專業2018-3班學生成績為例，進行統計分析，發現在教學過程中存在如下情況：

（一）學生成績分布情況分析

1. 學生總評成績呈現正態分布，平均分為75.23分，成績較為理想，詳見圖4。

2. 學生考試成績分布情況表明，高分段與低分段人數相當，這與總評成績分布情況反差較大，表明部分學生的學習態度可能不端正，甚至部分學生的平時作業存在一定程度的抄襲現象。

（二）課程學習問卷調查情況分析

1. 學生對課程的興趣和態度評價：61.11%學生對本門課程在本專業中的重要性有充分了解，對本門課程有興趣的學生比例約為52.78%，63.89%的學生課程大綱及有關評價方式、評價標準和對后續課程影響，這說明學生對于本門課程的認識還是基本到位了;學生普遍認為學習態度主要取決于老師教學風格（91.67%）和班級風氣（77.78%），因此抓好教師教學質量和班風建設對扭轉學生的學習態度將有積極作用。其中，約50%的學生能夠獨立完成作業，而47.22%的學生大多數時候能夠獨立完成，這表明學生的學習積極性和主動性還不足，存在大量抄襲的情況。

2. 學生對自我學習能力及狀況評價：聽課或做作業遇到問題時，學生們更喜歡通過看書和網上求助的方式解決問題（52.78%）。30.56%的學生能夠做到課前預習，58.33%的學生偶爾課前預習，由此可以看出，學生的學習主動性還有待加強，同時教師還需進一步加強網絡資源建設的力度，力爭將更多精品資源呈現給學生，調動學生網絡學習的積極性。關于本門課程的主要內容，學生們反饋學習難度最大的章節是“工程用鋼”（75%）、“材料的凝固與相變”（61.11%）和“鋼的熱處理”（61.11%），下輪次教學過程中將針對這三個章節的內容進行重點講解。

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

4. 學生對自我能力提升的評價：77.78%的學生認為通過本門課的學習，能夠根據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范的能力。69.44%的學生對于零件的選材、制定零件工藝路線以及熱處理工藝規范的能力基本滿意。這表明，學生對于自身知識掌握情況和本課程的課程目標的吻合度較好。

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

針對上述教學過程中存在的情況，本課程教學方式還需進一步改進，具體改進措施如下：

1. 對平時作業的評分，應分為“工程材料基礎知識”“工程材料知識應用”“工程材料綜合分析應用”三大模塊，對于相應作業內容分配合理的權重，改變以往只取平均分的評價方式，使作業成績評定方法更為科學合理，優化課程評價機制。

2. 對于平時作業訓練的要求進一步提高，要求必須達到良以上才能通過，但應對作業返修次數給予限制，強化學生對工程材料基礎知識的掌握。通過增加專題綜合大作業等方式，進一步強化學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內容，應當采用研討課方式教學，促進學生主動參與教學環節，提高學生分析、解決工程問題的能力。

4. 針對常用工程材料“工業用鋼”教學內容，應當通過引入工程實踐案例，讓學生深刻理解零件的結構用途與材料的性能之間的緊密聯系，使學生深刻理解工程材料的成分-組織-性能-應用之間的關系，加強學生工程素質的培養。

5. 學生對于教師黑板板書歸納總結知識點的接受度最佳，應當進一步增加板書內容，優化板書設計，幫助學生梳理各知識點之間的關系，強調前后章節的聯系和邏輯關系，提高課堂教學質量和學生學習效果。

五、結束語

本課程組成員建立“互聯網+”教育背景下的《工程材料》課程新型教學模式，采用“線上學習”與“線下學習”相融合的教學方式，形成以“學生為中心”，教師“導學”和“助學”相適宜的教學理念，形成一套“混合式課堂結構”+“多樣化教學方式”+“導學助學教師教法”+“自主創新學生學法”的新型混合式教學模式，突出學生的主體性，激發了學生學習積極性，培養學生的創新能力和團隊意識，強化學生的工程實踐意識和工程素質。

參考文獻：

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