《現代材料成形理論與技術》優質研究生課程建設

張元彬 孫俊華 史傳偉 任國成

（山東建筑大學材料科學與工程學院 山東·濟南 250101）

0 引言

隨著科技的發展，國際競爭日趨激烈，自主創新成為引領科技發展的第一動力。創新需要人才，2010年，教育部在“卓越工程師教育培養計劃”啟動會上提出“新工科”概念，確立了以培養多元化、創新型和復合型高素質工程人才為今后教育發展的目標。2015年國務院發布《中國制造2025》，把提高創新能力、產業質量與信息化程度，從而提升制造業戰略支撐作用作為近階段的新型制造業發展方向，順應時代發展，新形勢下的創新人才的培養成為高校的重要任務，而開展教學改革是提高學生創新素質的基本手段。

研究生是非常重要的科技創新生力軍，提高研究生的創新潛能，培養具有自主創新意識的高素質人才是今后研究生教育的戰略之需。新材料產業作為“中國制造2025”重點發展的十大領域和我國七大戰略性新興產業之一，自2010年以來每年增速保持在25%左右，新材料及其成形加工技術的發展和應用成為推動制造業結構優化和發展創新的新動能，這對材料加工專業碩士研究生的培養提出了更高的要求。

課程學習是我國研究生學位教育的必備環節，也是落實立德樹人根本任務、保障研究生培養質量的重要環節，建設研究生教育優質示范課程，形成規范并具有創新性的研究生課程教育模式，是提升研究生課程教學質量的重要舉措。

2014年底，教育部出臺了《關于改進和加強研究生課程建設的意見》，為了更好地發揮課程學習在研究生培養中的作用，從而提高研究生培養的質量，提出了“重視課程學習，加強課程建設，提高課程質量，是當前深化研究生教育改革的重要和緊迫任務”，這是推進研究生教育創新計劃的重要內容。為此，各省教育部門及各高校設立了研究生優質課程建設項目，加強研究生課程建設。

《現代材料成形理論與技術》是我校材料加工工程專業學術型碩士研究生的一門必修學位課程，主要介紹液態金屬精密成形技術與理論、金屬材料塑性精確成形工藝及理論、先進連接技術理論及應用、復合化成形加工方法及技術基礎、粉末材料及其成形技術。該課程入選學校研究生優質課程建設項目，課程團隊針對課程特點及存在的問題進行了課程內容及教學方法改革。

1 課程教學中存在的問題

1.1 課程內容涉及知識面廣，各知識點的連貫性較差，內容融合性較差

材料成形加工是一個涉及多流程、多技術、多學科交叉與融合的綜合性技術，既要突出成形理論與工藝，又要強調材料設計、制備、成形與加工等多個流程之間的綜合化、一體化以及短流程化。

《現代材料成形理論與技術》課程涉及了液態成形、塑性成形、焊接成形、粉末冶金及復合成形等領域的新理論新工藝，而材料加工工程專業的研究生來源于液態成形、塑性成形、焊接成形不同的本科專業方向，大學階段只重點學習了某一個方向的成形技術，對其他成形方法的基本原理及工藝了解較少，缺少學習先進成形技術的理論基礎。

并且各種成形加工方法具有相對的獨立性，不同加工新技術間的聯系不夠緊密，制約了各知識點之間的交叉與融合，多個獨立的知識點增加了學習、記憶的難度。

1.2 成形技術發展快，教材內容陳舊

研究生教學除了要講解課本上的知識外，還要緊跟技術發展前沿，才能拓寬學生的知識面和視野。隨著科學技術飛速發展，材料成形理論及工藝也不斷進步，一些新的成形加工方法不斷出現，但這些新技術新理論還沒有系統地列入教材，目前選用的教材及參考書目所處年代較遠，都是十幾年以前出版的教材，內容陳舊，難以充分涉及材料成形新技術的學術前沿和國內外行業發展的最新現狀。

比如近年來增材制造技術（3D打印）快速發展，是智能制造領域重點支持的一種先進制造技術，但現有教材中介紹甚少。

1.3 課程內容具有較強的應用性和實踐性，而課程缺少實踐環節

材料成形是一門工業生產技術，所以該課程是理論性和實踐性都很強的課程，但課程教學學時相對較少（32學時），并且一些先進的成形技術應用還不廣泛，一般企業很難見到，甚至老師也沒有實際實踐過，所以課程沒有設置實踐環節。而單純地講解基本原理和工藝，難以使學生直觀認識到加工成形方法的主要物理過程和具體工藝流程，不利于對知識的掌握。

2 教學改革

2.1 教學團隊建設

“打鐵必先砧子硬”，要建設一門優質課程，首先要提高課程團隊教師自身的教學和科研水平，授課教師除了具有較高的講課水平外，還必須緊跟學科發展前沿，掌握國內外發展動態，不斷提高自己的科研水平，才能給學生補充最新的前沿技術知識。

材料成形涉及液態成形、塑性成形、焊接技術和粉末冶金等，研究生教學需要讓學生更好地掌握材料成形技術的學術前沿，所以《現代材料成形理論及技術》這門課程的教學團隊由液態成形、塑性成形、焊接三個專業方向的骨干教師組成，各位老師在各自方向都具有較高的科研水平，熟悉各自領域的前沿動態，有利于向學生介紹前沿理論和技術知識，提高學生專業學習興趣和積極性，培養學生創新思維能力。

2.2 教學內容改革

教材比較陳舊，教材中的部分成形技術已經較為成熟，生產中得到廣泛的應用，并且在相應專業方向的本科課程中已經有所涉及，比如消失模鑄造、壓力鑄造、擴散焊、激光焊、精密模鍛等，這些成形工藝的基本原理及工藝過程有大量的書籍及文獻資料，所以，教學中通過讓學生自學或讓本科階段學過這種工藝的同學進行講解等方式，壓縮課堂學時。比如，對于消失模鑄造技術，可以讓同學們課下進行基本原理和工藝過程的自學，讓本科為液態成形方向的同學查閱相關資料撰寫文獻綜述，在課堂上為大家介紹這種技術的發展歷史、應用現狀及發展動態。這種方式，既鍛煉了同學們的自學能力、文獻綜述能力和語言表達能力，又節省了課堂時間。

對于一些還未廣泛應用的先進成形技術，通過網上搜集視頻、制作演示動畫、開展仿真模擬等多種形式制作多媒體輔助資源，實現課程教學的生動化、形象化和立體化，彌補沒有實踐環節的不足。此外，補充介紹材料成形加工新技術在不同領域的發展動態和科技成果介紹，激發學生的學習興趣，擴展學生知識面，培養學生的創新能力。

另外，補充近年來發展迅猛的增材制造（3D打印）基本原理、常用工藝技術及其最新研究成果和發展動態。

2.3 教學方法改革

2.3.1 啟發式教學

教師在教學過程中根據教學內容特點，從學生的實際出發，采用互動式、討論式教學等多種方式，以啟發學生的思維為核心，調動學生學習的主動性和積極性，培養學生的創新思維。對于某種成形新技術，在老師講解基本理論的前提下，引導學生展開關于工藝技術過程的討論，啟發學生思考成形工藝過程中的參數設置、注意問題及應用拓展等。

2.3.2 翻轉課堂教學

傳統課堂教學是以教師為中心，教師根據課程教學大綱選用適當教材，并對教材進行二次開發，對知識點進行整理、整合和歸納，在課堂上，通過口頭講解，結合多媒體展示、板書等方法把知識傳授給學生。這種教學模式中，老師起主導作用，學生主要是被動的接收知識。課堂上，老師與學生面對面，老師能夠隨時了解學生的學習狀態，可以根據學生的接收情況隨時調整重點難點。學生從小學就習慣了這種學習方式，面對老師，不容易走神，容易把握老師講課的重點，有不懂的問題可以課下直接與老師交流，拉近師生關系。但是這種教學方式學生主動性差，獨立思考、討論交流的機會少，特別是對于研究生教學，不利于培養學生獨立思考和分析問題、解決問題的能力。

翻轉課堂教學是近年來興起的一種創新的教學模式，課前讓學生通過視頻、微課等方式完成知識內容的學習，課堂上教師不再講授課程基本內容，而是以學生為主體，圍繞學生在學習中遇到的各種問題開展討論和交流，將課堂注意力從教師的講解轉移到學生的學習上，教師不再是信息的展示者，更多是承擔了輔導答疑的角色，學生成為課堂的主體，從被動接受變為主動探索。

如前所述，對于應用較為成熟的一些工藝技術，充分發揮研究生具有主動學習意識和自學能力強的特點，讓學生通過自學、查閱文獻資料，撰寫文獻綜述或小論文，制作PPT，一位同學為主在課堂上進行講解，然后大家提問、討論。

翻轉課堂的PPT匯報活躍了課堂氣氛，增強了師生互動、生生互動，更能反映學生對課程內容的掌握情況，讓教師了解他們在學習中的薄弱環節。

2.3.3 混合式教學

在當今信息化時代，單純課堂教學的信息量少，不能充分利用互聯網的海量信息。近年來，網絡的普及和進步，特別是MOOC平臺的迅速發展，為教學技術和手段注入了活力，對高等學校課堂教學產生了深刻的影響。網絡教學平臺已在本科課堂教學中得到大力推廣和應用，并開始應用于研究生專業課程教學，為研究生教學改革提供了新的契機。

混合式教學是一種將線上的數字化在線教育與線下的課堂教學相結合的教學方式，借助MOOC在線教育資源與信息技術促進課程的教學，以達到更加有效的學習效果。既能發揮教師引導、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主動性、積極性與創造性。高校混合式教學模式的探索與應用將成為高校推進研究生課程改革、提升課程教學質量、促進研究生人才培養的重要途徑。

課前的學習，一般采用SPOC(Small Private Online Course)，即小規模在線課程。教師課前要通過SPOC發布導學教案，明確學習內容、學習目標及要求，指導學生在線自學MOOC課程或SPOC資源。這一過程中教師也可以通過信息技術平臺與學生進行網絡交流，或者根據教學互動APP的數據統計了解學生的學習情況及存在的問題。

《現代材料成形理論與技術》這門課程在智慧樹平臺建設了SPOC課程，上傳了PPT課件，錄制或搜集整理了各種先進成形技術的動畫、視頻，供學生線上自學、觀看。利用智慧樹SPOC課程平臺及“知到”教學互動軟件可以進行問答、發布通知、布置作業等。在學生線上自學的基礎上，線下課堂老師不再重復講解課程基本內容，而是通過提問、答疑、測試等方式檢查學生自學效果，或者利用翻轉課堂，培養學生探究式學習、獨立思考、創新精神和解決問題的能力。

2.4 考核方式改革

《現代材料成形理論與技術》課程傳統的考核方式為平時成績+閉卷考試，其中平時成績主要包括考勤和作業情況，閉卷考試以簡答題和論述題為主，重點考察課程所涉及的成形基本原理、特點及應用，需要學生記憶大量的概念和知識點，對學生復習造成很大負擔，不利于學生創新和實踐能力的培養。教學方法改革后，課程考核方式也進行了相應改革，首先適當增加平時成績所占的比重，平時成績除了考勤和作業以外，還要考核學生PPT匯報或撰寫課程論文能力，促進學生的主動學習和探究式學習。其次，閉卷考試中增加綜合分析題目，考查學生理論聯系實際、分析問題、解決問題的能力。

3 結論

《現代材料成形理論與技術》課程內容知識面廣，連貫性、融合性差，新的成形理論及技術不斷出現，教材內容更新跟不上新技術的發展，課程實踐環節的缺失不利于學生對理論知識的牢固掌握。研究生課程建設重視對學生思維能力、創新意識的培養，優化教師團隊，縮減陳舊教學內容學時，補充先進成形理論技術及科技前沿動態教育，通過視頻、動畫及虛擬仿真彌補實踐環節的缺失，利用啟發式教學、翻轉課堂、混合式教學提高學生主動學習能力，培養學生思維能力、創新意識和解決問題能力。