基于“新工科”人才培養模式下的材料成形檢測與控制工程基礎課程改革

曾娣平，郭文敏，鄒利華，吳海江，陳東瑞，王小明

基于“新工科”人才培養模式下的材料成形檢測與控制工程基礎課程改革

曾娣平，郭文敏，鄒利華，吳海江，陳東瑞，王小明

(邵陽學院機械與能源工程系，湖南 邵陽 422000)

結合“新工科”建設背景下人才培養目標，對材料成形檢測與控制工程基礎課程的教學內容、教學方法進行了改革。從理論教學和實踐教學兩方面入手，優化了課程體系，改革了課程考核方式。在教學中引入了“線上線下混合教學”、“翻轉課堂”、“小組研討”等方法，針對2016級、2017級學生開展試點教學。結果表明，能有效激發學生的主觀能動性，營造濃厚的學習氛圍，提升學生的學習能力，保證課程的教學效果。

新工科；教學方法；教學效果

在材料成形工藝過程中檢測及控制至關重要。例如在鑄造、焊接和鍛壓加工過程中，只有準確地檢測及控制溫度的變化，控制好溫度參數，才能正確地控制材料加工工藝過程，從而獲得高質量的產品[1]。檢測與控制的基本原理及基本方法是進行科學實驗和生產過程工藝參數測量與控制必不可少的理論基礎。通過檢測可以揭露事物的內在聯系和變化規律，通過控制可以實現事物的規律運動，從而推動科學技術的不斷進步。目前，檢測及控制技術已廣泛地應用于工農業生產、科學研究、國防建設、交通運輸、醫療衛生、環境保護和人們生活的各個方面，并在其中發揮著越來越重要的作用，成為國民經濟發展和社會進步的一項必不可少的重要基礎技術。使用先進的檢測及控制技術已成為經濟高度發展和科技現代化的重要標志之一[2]。

材料成形檢測與控制工程基礎課程主要介紹了材料成形工藝過程中的溫度、應力應變、位移、磁場、電壓電流等多種物理參量的檢測技術和控制原理。通過該課程的教學，使學生掌握材料加工工藝過程檢測和控制的基礎理論、基本知識、基本方法和相關的實驗技能，能夠根據材料加工工藝要求，正確檢測溫度、應力應變、位移、轉速以及磁場等相關物理量，并對工藝過程進行自動控制。該課程涉及知識面廣、實踐性強，傳統的課堂教學方法很難適應當前“新工科”背景下的教育教學要求，因此對材料成形檢測與控制工程基礎課程的教學內容、教學方法進行改革和探索意義重大。

1 　材料成形檢測與控制工程基礎課程特點

2018年，邵陽學院機械與能源工程學院根據“新工科”人才培養模式的需要[3]，將原有的過程控制基礎以及材料成形檢測兩門課程優化整合成為材料成形檢測與控制工程基礎，作為材料成型及控制工程專業的一門基礎課程。根據材料成型及控制工程專業的具體情況，將該課程理論教學內容主要分為兩部分：一部分是測試系統設計，包含傳感器、信號分析及處理、檢測及顯示技術三項內容；另一部分是自動控制系統的基本原理、分析方法和設計方法，主要包含自動控制理論基礎與自動控制系統分析等內容。課程涉及數學、力學、電工學、物理學和金屬學等多方面的知識，學習難度大，純理論知識點多，學習過程枯燥乏味，容易使學生在學習過程中失去學習興趣，因此必須改革傳統的教學模式，引入新的教學方法，提高教學質量。當前“新工科”人才培養的目標是讓學生通過專業課程的學習，能靈活運用掌握的基本原理和方法解決實際問題，這也對課程體系、理論教學內容以及教學方法提出了新的要求。

材料成形檢測與控制工程基礎是一門實踐性很強的課程，學生通過學習該課程應掌握獨立開展科學研究所必備的檢測和控制的基礎理論、實驗方法以及數據分析方法。目前已經開設的課程實驗主要以傳統的儀器實驗為主，而對于測試軟件和分析軟件的介紹和應用幾乎沒有涉及。為了適應新信息、新科技術時代測試技術的發展趨勢，應著重培養學生運用軟件進行分析的能力，在實踐教學中增加軟件應用能力培養的有關內容。同時，應側重對學生實際測量與控制技能的培養，通過實踐教學有效提高學生的思維能力、動手能力和創新能力。通過該課程的教學，讓學生深入廣泛地理解材料成形過程中的檢測及控制，為后續的成形工藝方法、成形設備控制等課程的學習，為開發新材料及其成形新技術、分析和解決成形過程中的質量缺陷問題等奠定理論基礎。如何提高課程教學的質量，適應“新工科”人才培養模式，進而保證人才培養質量，是材料成形檢測與控制工程基礎課程改革的關鍵。

2　課程體系、教學內容改革措施及成效

2.1　優化課程體系

根據“新工科”人才培養模式的要求，制定材料成形檢測與控制工程基礎課程的理論教學大綱和實驗大綱。課程涵蓋了材料成形和控制工程中常用的檢測及顯示技術；繼電器和接觸器的程序控制、拖動、驅動控制技術及自動控制理論基礎；材料成形領域常用的速度控制系統、焊接電弧控制系統等[1]。將該課程與電工技術基礎、電子技術基礎、微機原理及應用、材料成形工藝等其他課程融合成為更適合當代材料成形人才培養需求的知識體系。在2017級、2018級兩屆學生中開展教學實踐，發現在新的課程體系下，學生能較好的掌握課程知識點，能系統地運用理論知識來進行實踐。

2.2　課程教學內容改革及知識結構優化

在理論教學方面，為適應新工科人才培養需求，根據材料成形檢測與控制的應用現狀與未來發展的趨勢，對教學內容體系進行了改革與創新，優化了知識結構。在材料成形檢測與控制工程基礎課程教學中，以材料檢測與控制的“檢測理論、控制理論、檢測與控制系統設計、實際檢測與控制系統”四大問題為主線，向學生全面介紹當前傳感器技術、自動化儀表技術的主流發展趨勢和先進理念。將新型檢測技術與控制技術的具體生產實例引入課堂，把檢測技術、控制技術作成為課程教學的主要內容，實現教學內容的及時更新和教學手段的現代化。

在實驗教學方面，針對“新工科”人才培養要求，堅持“能力導向，重視實踐”的原則，對實驗教學內容進行了以下改革：改革課程實驗內容，貼近實際工程項目，以滿足快速發展的新技術、新儀器對人才培養的需要[4]；改革傳統的實驗模式，增加仿真實驗和綜合設計性實驗，彌補傳統基礎性實驗的不足。通過仿真實驗提高學生自主學習的能力，通過綜合設計性實驗培養學生綜合運用理論知識的能力、創新能力、組織管理能力、自主實驗能力以及解決實際問題的能力[5]。

具體增加的實驗內容有：開設信號仿真實驗，讓學生通過Lab-View軟件平臺動手設計周期信號疊加系統仿真實驗，充分發揮學生主觀能動性，培養學生自主學習的能力；結合“自動控制理論”等教學內容，運用Matlab的功能，開設“控制系統應用軟件學習使用及典型控制系統建模分析”、“控制系統時域特性分析”等實驗。通過實驗教學，讓學生理解并掌握自動控制系統經典的分析、設計方法及基本理論，鞏固課堂所學知識，為工程實踐打好基礎。將實驗課時從原來的6學時增加到10學時，加強了對學生實踐技能的培養。

2.3　課程考核方式改革

材料成形檢測與控制工程基礎是一門理論與實踐結合的課程。學生通過學習該課程，能極大提高自身的工程實踐能力和創新能力。目前，在實施課程考核時，采用“平時成績(20%)+實驗成績(10%)+期末考試(70%)”的方式計算學生的成績。采用這種成績計算方式，期末卷面成績所占比例很高，對實踐環節的考核力度較小，容易導致學生參與實驗課缺乏積極性，完成平時作業敷衍了事，不能真正反映學生掌握該課程知識和技能的程度，也難以適應“新工科”背景下對本科高校應用型人才的培養要求。對材料成形檢測與控制工程基礎課程的考核方式進行改革，意義重大。改革的內容包括：

(1)加強學習過程評價。通過增加課后設計類的大作業、“翻轉”課堂考核來評價學生的自主學習能力。

(2)加強實驗環節的考核力度，讓同學積極參與到每次實驗課中。

(3)減小閉卷筆試成績的占比。在課程考核中，按照“平時成績(30%)+實驗成績(30%)+期末考試(40%)”的方式計算成績，以利于綜合考察學生的學習情況。在平時成績中，以課堂表現為主，通過設計“翻轉”課堂提高學生的積極性，避免出現“人到心不到”等現象；計算平時作業成績時，以考核設計類大作業的完成情況為主，既能培養學生的設計創新能力，又能避免學生出現“作業抄襲”的現象。在實驗成績中，加大實驗操作考核成績的占比，降低實驗報告評價成績的占比，以提高學生自主實驗的積極性，避免出現實驗過程“敷衍”，實驗報告“抄襲”等現象。在2018級學生中進行了新考核方式的實踐，結果表明：學生上課的積極性得到了有效提高，學生的實驗動手能力得到了有效提升，大部分學生都能主動地參與到課堂教學和實驗操作中來，基本杜絕了“作業抄襲、實驗敷衍”等現象。

3　改革教學方法

注重能力培養，從課堂教學模式入手對傳統教學方法進行了改革。

(1)理論教學方法改革。大力推進“線上線下混合教學”。實施線上教學時，教師課前在線上發布學習任務、預習資料，讓學生自主學習；實施線下教學時，教師在課堂上主要講解學習重點以及學生集中反映的難點。通過推進“線上線下混合教學”，讓學生積極參與到課堂教學中，增強學生的主體意識，提高學生的積極性。通過線下課堂中的難點研討，進行“翻轉課堂學習”、“小組研討學習”等教學方法改革，實現教學理念由“以教師教學為中心”向“以學生發展為中心”的轉變[6-8]。在2017級、2018級學生中，進行了“翻轉課堂學習”、“小組研討學習”的教學方法改革實踐，提高了學生的學習熱情和積極性，培養了學生自主學習的意識和課堂主體意識，保證了課程的教學效果。

(2)實驗教學方法改革。通過建立“課堂實驗教學”環境，將理論教學內容放到實驗室中，便于學生具體形象地理解抽象的理論知識，培養他們的動手能力。比如，教師在進行熱電偶工作原理、渦流傳感器特點及工作原理、磁電式動圈儀的結構及工作原理、電子電位差計的工作原理等內容的教學過程中，可在實驗室對照具體實物展開理論教學，實現理論與實踐的有機結合。在2017級和2018級學生的實驗教學中，采用“課堂實驗教學”模式，提高了學生實驗的積極性，提升了學生的操作技能，保證了實驗效果，做到了以理論指導實驗、實驗檢驗理論，使學生的理論知識掌握得更牢固。

4　結語

“新工科”建設的推進對本科高校應用型人才的培養提出了新的要求，結合人才培養目標，以材料成形檢測與控制工程基礎課程為例進行教學模式改革，意義重大。通過優化知識體系，使學生能系統運用理論知識指導實踐，實現了“產出導向”的教學目標；通過調整知識結構，使課程中抽象、難學的理論部分變得直觀、形象，實現了教學內容的全面更新；通過改革教學方法，秉持“以學生為中心”的教學理念，提高了學生的主觀能動性，使學生完成了從被動學習到主動學習的轉變，提高了課程的教學質量和效果。

[1] 杭爭翔.材料成形檢測與控制[M].北京:機械工業出版社,2010.

[2] 汪敏, 肖斌. 新工科背景下教學改革實踐[J]. 教育現代化, 2019,6(53):73-77.

[3] 孫小剛, 唐謙, 張世免. “材料成型檢測技術”課程教學改革研究[J]. 教育現代化, 2017,4(23): 41-42.

[4] 張紅民,賀曉蓉,萬文略,等.“電氣系統與檢測控制虛擬仿真實驗教學中心”構建與實踐研究[J].教育現代化,2015,2(9):6-9.

[5] 楊敏, 陳陽, 郝曉曦, 等.培養學生工程實踐能力的《測試技術》課程實驗改革[J]. 教育現代化,2019,6(33):33-34,37.

[6] 朱永梅,唐文獻,管小燕.基于線上線下智慧教學的機械類課程教學改革與實踐[J].大學教育,2020,9(3): 16-19.

[7] 張金萍. 翻轉課堂與教學改革[J]. 基礎醫學教育, 2014, 16(10):825-828.

[8] 陳玲, 許繼恒, 任睿, 等.“問題驅動”式教學模式在微課教學設計中的應用[J]. 教育現代化,2019,6(44):184-186.

Curriculum reform of “Material Forming Detection and Control Engineering Foundation” under the cultivation mode of “new engineering”

ZENG Diping, GUO Wenmin, ZOU Lihua,WU Haijiang, CHEN Dongrui, WANG Xiaoming

(Department of Mechanical and Energy Engineering, Shaoyang University, Shaoyang, Hunan 422000, China)

The teaching contents and method of the course "Material Forming Detection and Control Engineering Foundation" were reformed under the background of "New Engineering" construction. This paper starts from two aspects of theoretical teaching and practical teaching, optimizes the curriculum system, and reforms the method of curriculum assessment. Some teaching methods were introduced, such as "online-offline mixed teaching", "flipped classroom" and "group discussion". Pilot teaching was carried out for grade 2016 and 2017 students. The results show that it can effectively stimulate students' subjective initiative, create a strong learning atmosphere, improve students' learning ability, and ensure the teaching effect of the course.

new engineering; teaching method; teaching effect

G642

A

2096–8736(2021)06–0049–04

邵陽學院校級教學改革研究項目“新工科背景下《材料成型檢測及控制工程基礎》線上線下混合式課程教學模式研究”(2021JG13)；教育部2021產學合作協同育人項目（202102616013）。

曾娣平(1982—)，女，湖南邵陽人，講師，主要研究方向為材料成型專業教學。

責任編輯：陽湘暉

英文編輯：唐琦軍