金屬材料學一流課程的教學改革與實踐

斯松華 陳 艷 張世宏 王永強 張皖菊

（安徽工業大學材料科學與工程學院 安徽·馬鞍山 243002）

課程是人才培養的核心要素，為適應新時代高等教育發展以及社會對人才培養的新要求，加強課程教學改革與建設是提高高校人才培養質量的當務之急。[1]

在材料類專業特別是金屬材料工程專業的課程體系中，金屬材料學是一門非常重要的專業必修課程。鑒于它具有理論性強、綜合性強、實踐性強等課程特點，其課程教學質量在一定程度上直接影響到學生對于金屬材料相關專業理論的準確掌握以及專業知識的綜合運用，甚至會影響到學生對金屬材料科學及其工程研究的興趣和潛力。[2,3]然而，在金屬材料學課程教學過程中往往仍然采用以教材內容為主、課堂講授為主、理論教學為主的傳統教學模式。課程教學內容中傳統材料介紹的多，先進材料特別新技術、新工藝涉及的少，教學內容先進性、前沿性不足；課程專業知識點多、知識面廣、辯證性強，老師授課學時不夠、學生學習難度大；課程涉及諸多常用金屬材料種類，與現代工程實際應用結合非常緊密，但在教學中實驗實訓等實踐環節缺乏，學生綜合運用所學知識分析和解決問題的實踐和創新能力不足；以課堂講授作為主要教學方式，學生的學習主動性、探究與創新式學習不足；教學過程中職業素養相關訓練不足、課程思政目標和途徑不明確，學生“知識—能力—素質”三結合目標難以實現，這些均使金屬材料學課程不能完全落實課程目標達成，難以達到專業人才培養要求。

針對存在的問題，面對新時代高等教育新形勢，基于建設一流課程目標，借鑒諸多課程建設經驗，多年來安徽工業大學金屬材料學課程教學團隊對課程諸多方面進行了系列教學改革與實踐探索，有效提高了課程教學質量，取得了較好教學效果。

1 金屬材料學課程簡要介紹

安徽工業大學材料類專業的金屬材料學課程是在修訂1999 版培養方案時由合金鋼、鑄鐵及有色金屬材料兩門課程整合而來，是金屬材料工程專業的核心專業課程，同時也是焊接專業和材料科學與工程專業的專業基礎課程。

該課程在材料科學基礎、熱處理原理與工藝和材料力學性能等課程的基礎上，較系統地闡述了金屬材料合金化與強韌化的一般規律，比較詳細介紹了鋼鐵材料（如工程結構鋼、機械制造結構鋼、工模具鋼、耐蝕鋼、耐磨鋼、耐熱鋼、超高強度鋼、鑄鐵）、非鐵金屬材料（如鋁合金、銅合金、鈦合金、鎂合金）等常用金屬材料，簡要介紹了部分新型金屬材料（如金屬基復合材料、金屬間化合物結構材料等）。它將金屬材料科學基礎理論、常用金屬材料及其工程實際應用緊密結合，具有很強的綜合性和應用性。通過本課程的學習，可使學生進一步掌握金屬材料理論知識，深入理解金屬材料合金化原理及其強韌化的一般規律，掌握常用金屬材料“五大要素”之間的相互關系。學生可根據零件服役條件和性能要求，正確選擇金屬材料、合理制訂加工工藝，改善組織結構、提高材料性能，可進行產品質量檢驗和零件失效分析，并初步具備研發新材料的能力。

2 金屬材料學課程的系列教學改革與實踐

2.1 建立適時修訂課程教學大綱制度

基于本科專業培養方案的課程教學大綱是課程教學的目標、規范和指針。根據新時代高等教育的新要求和新特點，貫徹大類招生與培養、卓越人才培養計劃、專業認證、新工科、課程思政等新理念和新要求，多次適時修訂了課程教學大綱，不斷調整和確立金屬材料學課程在專業培養目標中的定位與課程目標。本課程自1999 年整合以來，教學大綱已經多輪次修訂。2008 年為適應材料科學與工程大類招生，對專業基礎課、專業課和專業實踐課程進行了重新整合，在金屬材料、焊接、材料物理等專業方向上同時開設金屬材料學課程。2013 年為適應分專業招生培養（金屬材料工程、焊接、材料科學與工程等）和專業認證需要，將課程原先的72 學時（含6 學時課程實驗）縮減至56 學時，將課程實驗則并入金屬材料學（綜合）實驗，還增加了金屬材料課程論文實踐課程（1 周）。2019 年為適應網絡教學平臺開展線上教學和加強課程思政建設需要，將課程學時又壓縮到48 學時，并將課程思政目標及其具體要求補充到課程教學大綱中，逐步形成了課程學生線上慕課學習和課堂教學相互協同、課程教學與課程思政有機融合的新機制。

課程教材先后采用了王笑天主編的《金屬材料學》、吳承建主編的“九一五”國家級重點教材《金屬材料學》和戴啟勛主編的“十一五”國家級規劃教材《金屬材料學》作為學生使用教材；實驗教材采用課程團隊中實驗老師主編的省級規劃教材《金屬材料學實驗》。

2.2 構建“四位一體”的教學團隊運行模式

教學團隊建設是保證課程教學質量的保障。在教學過程中，逐漸構建了“系統配置、以老帶新、專業協同、學用結合”的“四位一體”綜合教學團隊運行模式。

“系統配置”是指將課程團隊分為教學小組和實踐小組。教學小組由主講、助教組成，主要負責課程課堂講授和線上線下輔導；實踐小組由實驗老師、實習老師組成，主要負責課程教學過程進行的生產觀摩、課程后生產實習實訓、課程論文實踐課程以及金屬材料學（綜合）實驗，形成了課堂講授、課下實習實訓、課后綜合實驗三者有機結合的教學團隊系統配置模式。

“以老帶新”是指教學團隊形成了“助課—輔講—主講”的教學梯隊培養模式。教授或經驗豐富的副教授擔任課程主講；青年老師要經歷1-2 年助課（輔導）、1-2 年參與講課（輔講）才能成為課程主講老師。培養青年教師是團隊的重要職責之一，金屬材料學課程教學團隊非常重視師資隊伍的梯度培養與建設，對青年教師進行“傳、幫、帶”，青年教師在助課—輔講過程中要參加聽課、批改作業、上習題課、參與實習-實訓-實驗活動、參與開發與維護教學網站、制作多媒體課件、指導課程論文、參與習題庫建設等諸多教學環節的鍛煉。通過多年的不斷培養，本課程教學團隊中已涌現出多位師德高尚、教學能力突出和科研能力強的骨干教師。

“專業協同”是指除金屬材料工程專業外，學院層次還建立了十余人的金屬材料學大課程團隊，分別面向材料科學與工程、焊接專業以及外學院相關專業如資源循環科學與工程、市場營銷等專業。大課程團隊在教學計劃、教學大綱、使用教材、實習實驗等諸多方面進行有效協同，使各專業的本課程教學保持本色又各具特色。

“學用結合”是指在金屬材料學中講述的相關專業知識在實習、實訓和實驗環節中進行有效實踐，通過參觀實習、企業或實驗室工程實訓、課程論文實踐和金屬材料學（綜合）實驗等，加深對金屬材料學專業知識的理解與掌握。如在課程中重點講授的高速鋼知識點，學生可在金屬材料學課程論文課程中進行文獻綜述，在金屬材料學綜合實驗中可自主選擇和設計高速鋼綜合實驗，在生產實習中進行高速鋼產品的生產觀摩或工程實訓，充分發揮綜合教學團隊的互補優勢，力求專業知識學習和實踐與創新能力提升相結合，學以致用，相得益彰。

2.3 創建基于OBE 理念的任務型課程教學設計

OBE（Outcome based education）是一種以成果為目標導向，以學生為中心，采用逆向思維的方式進行課程教學與建設的先進教育理念。[4]在課程教學中，逐步建立和完善基于OBE 理念的反向教學—目標自學—科研反哺的“三位一體”的課程教學設計模式。

在課程教學中實施了“教學反向法”課堂任務型教學設計。主講老師選定一些特定章節或重要知識點（如針狀貝氏體鋼、軸承鋼、高速鋼等），組成學生學習小組，通過學生預習備課、制作PPT、上臺講課，其他學生和老師一道聽課、提問、互動探討，最后老師進行答疑解惑、梳理總結。“教學反向法”有利于加強師生教學互動，創新教學模式，提高學生課上課下的教學參與度，激發學生學習熱情與潛能?！敖虒W反向法”已持續近二十年，取得了較好的教學效果，贏得了學生的普遍認可。

在課程教學中實施“目標自學”課后任務型教學設計。根據課程相關教學內容，設置關鍵詞、主題詞，學生在課后進行文獻調研或工程實例調研；或結合大學生創新創業項目(SRTP)、參與本科導師的科研項目，撰寫研究報告，以提高學生自主學習能力、文獻調研與綜述能力和綜合運用專業知識的科研能力，有效促進課程目標的達成。目前課程教學團隊正在整理匯編的《金屬材料學課程習題庫》和《金屬材料學工程案例庫》一定程度上也是多年來實施“目標自學”教學設計時學生調研成果的結晶。

在課程教學中實施“科研反哺教學”案例式教學設計。教學團隊成員科研領域涉及材料學科的新型鋼鐵材料、加工工藝及其控制、表面工程、功能材料、模擬仿真技術、焊接技術等各個領域。主講老師根據自身科研成果或文獻調研，加強科研反哺教學，使課程知識“問題化、具體化”，使課程教學“案例化、工程化”。如講到低合金高強鋼、微合金鋼控軋控冷時，結合自身科研項目，以馬鋼CSP 生產線、南鋼爐卷軋機生產線為例，將現代鋼鐵企業生產板型的生產流程演示給同學，使同學能夠將生產流程中的冶煉、精煉、連鑄、控軋控冷、校直及后續的熱處理、焊接等生產工藝流程與材料學科中的成分控制、加工工藝優化、組織演變、性能實現及其具體應用進行有效結合，樹立了“大材料觀”，激發了學習熱情，豐富了課程教學內涵，有利于啟發學生運用專業知識去解決復雜工程問題。

2.4 逐步建立“線上+線下”的混合式教學模式

現代信息技術推動課程教學模式改革是信息時代教育發展的需要，是提高人才培養質量的需要，是倒逼教師教學理念轉變的需要?！盎ヂ摼W+教育”新教學新模式不斷涌現，以慕課（MOOC）為代表的線上教學實現了以學習者為中心的教學需求。[5,6]

本課程團隊結合2020 年受疫情影響時教育部提出的“停課不停學”的新要求，借助2018 年立項的《金屬材料學》省級MOOC示范項目建設，嘗試開展基于現代信息技術的“線上+線下”混合式教學改革。在上課前要求學生事先學習網上教室搜集的視頻或本課程組錄制的MOOC視頻，學習和掌握相關知識點，并提出疑難問題；在互動網絡課堂上主講老師講授知識的重點與難點，在課堂上開展面對面互動討論和答疑解惑。網絡教學的融入使學生從傳統的“接受性學習”，轉變為學生主動合作的“探究與創新式學習”，提升學習的參與度，加深學生對于知識點的記憶和理解。

依托課程網絡教學平臺，不斷加強網絡教學資源建設，如教學大綱、課程多媒體課件、習題庫、課程教學視頻等，逐漸運用和完善網上學習系統、網上答疑系統、網上考勤系統、網上考評系統等網絡教學輔助體系。另外，利用課程QQ 群、微信群等平臺，加強與學生的互動交流。金屬材料學實驗也采用“網上預約、自我設計、互助合作”的教學模式。本課程通過省級精品資源共享課程、省級MOOC示范課程、省級“材料工藝設計虛擬仿真實訓”虛擬仿真課程等建設，已逐步建立起課內教學與課外輔導、課堂教學與實踐教學、線上教學和線下教學、課程教材和網絡資源等互補互助的“立體”課程教學平臺。將傳統教學形式和網絡教學優勢結合起來貫穿到教學過程中，調整和轉變教學模式，優化教學方法，達到和諧共振的課程教學與學習氛圍，不僅有效促進了課堂教學質量的提升，而且對于學生自主學習能力尤其是實踐與創新能力的培養起到關鍵性引導作用。

2.5 探索課程教學與課程思政有機融合的途徑

根據教育部《高等學校課程思政建設指導綱要》，一流本科課程要“堅持立德樹人，深入挖掘各類課程和教學方式中蘊含的思政教育元素，全面推進課程思政建設，將‘價值塑造、知識傳授和能力培養’三者融為一體”。[7]課程團隊針對存在的對課程思政認識不足以及教學大綱、教學內容、教學設計和教學評價中育人元素融入不足等問題，在2019年修訂的教學大綱中，明確了課程思政教學目標，開展了課程思政教學設計，深入挖掘課程思政元素，制作課程思政教學計劃表，將課程思政融入課程教學全過程。

目前課程團隊有效挖掘和提煉與課程內容相契合的課程思政元素，課堂上堅持課程思政，如講述高強鋼時，結合我國軍事技術發展，高強鋼在航母、飛機等各領域的廣泛應用，說明材料強軍、材料強國，讓學生立志于材料事業，增強學生的民族自豪感和社會責任感；如講述金屬材料環境協調和可持續發展時，強調“綠水青山就是金山銀山”的環保理念，幫助建立可持續科學發展觀和綠色生態技術觀；如講述耐熱鋼時，從提升耐熱鋼的熱強性為切入點，闡述“真金不怕火煉”“打鐵還需自身硬”的道理，激發學生以奮斗精神鑄就青春底色，以真材實料淬煉過硬本領。

將課程思政考核納入課程平時成績評定體系。學生結合課程所設計思政元素主題或相關思政主題進行專題調研與討論，撰寫專題調研報告與心得體會。如燦爛歷史的青銅文化、新時代金屬材料的價值與使命、先進金屬材料應用前景、傳統金屬材料的產能過剩、環保壓力與材料產業新使命、金屬材料領域的先進人物事跡等。

2.6 構建“五位一體”的平時成績評定體系

加強課程過程管理，建立科學有效的平時成績評定體系，是提升課程教學質量的有力保障。[8]本課程建立了以“學習表現、課后作業、課程測驗、專題訓練、課程思政”為主要內容的“五位一體”平時成績評定體系，針對教學目標、教學設計等采用多元化考核，采用形成性評價，形成過程性考核，具有科學性和可量化性。

目前課程采用形成性評價和終結性評價（期末考試）相結合的考核機制，平時成績占課程總成績的50%（50分）。學習表現是指課堂考勤、課內互動、課前網課、課后交流、學習態度等綜合課程表現，占10 分；課后作業是指布置5次左右作業的完成情況，占10 分?！罢n程測驗”是指安排1-2 次課程期間測試，以考查學生對階段學習知識點的掌握情況，占10 分。專題訓練是針對“教學反向法”和“目標自學”兩種教學設計的綜合考核，占15 分。課程思政主要以學生專題調研報告作為考評基礎，占5 分。平時成績的評定做到有記錄、可公開，并以此激發學生進一步改進學習狀態和增強學習熱情。

3 金屬材料學課程改革與實踐的成效

金屬材料學課程歷經近十年的改革建設與實踐，取得了較好的成效。學生在課內課外的活躍度與參與熱情明顯提升；上課學生對教學模式、教學方法和教學效果普遍反映較好，自評認為達成了專業知識、綜合訓練和素質訓練的課程目標，該課程學生評教分多年來名列學院排名前茅；學生參加大學生創新創業項目、參與老師科研課題等科研活動的興趣也明顯提高；很多學生參加完研究生復試后，積極向任課教師反饋，肯定本課程的知識體系、教學內容與教學效果，使其在專業面試時受益匪淺；許多工作多年的校友也反饋認為學習本課程受益匪淺，對所從事的金屬材料相關專業工作極具指導性和實踐性；校院兩級教學督導專家對本課程的教學改革及其產生的教學效果給予了高度評價，認為課程教學能將理論與實踐有機結合，能有效契合企業職業需求，并獲得過校課堂教學質量評價“優秀一級”；以此為基礎內容申報的教學改革成果2018 年獲得安徽省教學成果獎一等獎。

本課程團隊老師積極投身專業綜合改革試點、精品資源共享課程、課程思政示范課程、虛擬仿真示范課程等教學改革與建設。近五年來，主持國家級和省級質量工程項目10 余項；獲得包括省級特等獎在內的教學成果獎5 項，發表教改論文10 余篇；本課程教學團隊2016 年獲批省級教學團隊；課程團隊老師也相繼榮獲?！拔倚哪恐械暮美蠋煛薄伴L江學者獎勵計劃‘青年學者’”“皖江學者（青年項目）”、省級“教學名師”、省級“教壇新秀”、寶鋼“優秀老師獎”等榮譽稱號。

本課程于2012 年獲批為省級精品資源共享課程，2018年獲批為省級MOOC 示范課程，2020 年獲批為省級課程思政示范課程，2020 年獲批為國家級本科（線下）一流課程。

金屬材料學課程及其團隊將以此為基礎，順應新時代高等教育發展潮流，努力加強一流課程建設，不斷深化課程教學改革，夯實學生專業知識基礎，提高學生實踐與創新能力，提升人才培養質量，力爭為培養德智體美勞全面發展的高素質專業技術人才做出更大的貢獻。