新工科背景下金屬材料實驗課的網絡課程及案例教學實施探索

秦亮 王淑艷 張艷

摘要：基于新工科背景，分析了金屬材料基礎實驗課傳統實驗教學模式存在的問題，就實驗課程的教學模式改革進行了探索。具體實驗課程的改革建立在“金屬學原理綜合實驗”內容上，采用網絡課程與翻轉課堂相結合的方式引導學生自主學習，并在教學中引入經典案例教學激發學生課堂學習興趣，提高學習積極性。通過具體的實施證明，此種教學方式的改革可以提高學生的學習積極性和主動性，學生對實驗內容的理解和對實驗技能的掌握較傳統實驗教學模式有大幅提高，有效改善了實驗教學效果。

關鍵詞：實驗課教學改革;網絡課程;翻轉課堂;案例教學

中圖分類號：G420?????????????文獻標識碼：A

2017年2月以來，教育部發布了《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》，明確提出需積極探索新工科背景下加強工科專業建設，主動適應新技術、新產業、新技術的發展[1-2]。實驗教學作為高校培養學生研究與實踐能力的主要方式，需重點培養學生理論聯系實際能力、實踐動手的能力、創新思維及嚴謹的工作作風等，因此，重視實驗教學，加強學生動手能力和創新意識的培養已成為新工科背景下應用型本科院校人才培養的共識[3]。

《金屬學原理》作為我校金屬材料專業學生接觸的第一門專業課，是一門核心專業基礎課，主要展示材料科學中“材料成分、結構與性能”三者之間的關系。開設的《金屬學原理綜合實驗》課程作為基礎實驗課不僅緊密聯系理論內容，可以幫助學生對理論知識的進一步理解，還能讓學生在實驗過程中發現問題，并用所學基本知識分析解決問題。但由于課程涉及知識面廣且概念繁多，學生學習起來難度較大，對于很多實驗原理理解不透徹，實驗技能掌握不牢固，從而導致教學效果大打折扣。本文立足于本校自身學校的實驗教學情況，將網絡課程與翻轉課堂相結合，并在課堂中引入案例教學模式，強化學生的學習主體地位，著力增強學生學習主動性和積極性，提升實驗教學效果，培養好學生扎實的實驗基本功。

1?教學模式現狀及不足

傳統的教學模式比較單一，實驗課往往按照教學大綱和實驗指導書內容照本宣科地進行。實驗過程也主要為驗證型和演示型，一般由教師先按照規定內容、方法和步驟進行演示講解，然后讓學生進行操作。此種實驗手段忽視了學生的自主性和積極性，師生之間也缺乏溝通和啟迪[4]，難以培養學生積極主動的動手操作能力。導致整個實驗課結束還有學生仍不能掌握基本的實驗技能，更無法面對和解決的實際工程問題。

此外，學生上課時一般是幾人一組分組進行，組內較認真積極的同學會充分利用上課時間，上課效果相對較好。而部分學習積極性較差的同學往往就在旁邊看，獨立思考和操作的時間相對就比較少，導致實操技能掌握較差。由于如引言所述本實驗課在整個課程體系中具有非常重要的作用，因此如何調動學生的學習積極性，提升課堂教學效果，讓學生真正掌握實操技能，為后續的專業課及專業實驗課打好堅實的基礎，成為目前必須且急需解決的問題。

2?課程教學改革實踐

2.1?網絡課程與翻轉課堂相結合

《金屬學原理綜合實驗》的實驗課程的特點是內容較多，要求掌握的實驗技能較廣。由于實驗課學習建立在熟練掌握理論課內容的基礎上，而學生對理論課內容有所淡忘，導致課上雖然動手進行了實驗，但對基本實驗原理似懂非懂，更談不上互動，影響了實驗課教學效果。若要增加實驗課教學過程中的互動，提高教學效果，近些年大力推廣的線上線下混合教學模式[5-6]為本實驗課教學改革提供了思路。改革后，不再是先教師講再學生練的模式，而是主要采取讓學生通過網絡課程先提前預習，實驗課則采用翻轉課堂[7-8]的形式。這樣，學生在實驗課之前先加深了理論內容的復習和理解，到了實驗課上就作為學習的主體與教師進行溝通探討，從而在實驗中目的更加明確，做到理論聯系實際。這種教學方法的改革實現了學生的主動學習，真正成為學習的主體，因而課堂教學效果大幅提升。圖1所示為本課程利用學校的網絡課程平臺建立的相關網絡課程內容。學生上課前先進行預習，在實驗課堂上對學生進行預習情況的檢測。對于預習情況不好的學生予以警示并扣減一定平時成績分數，對于表現不合格同學則不予進行實驗課，直至預習合格后方可進行實驗課內容。圖2為部分小組課堂檢測的結果，“預警”學生為預習不合格者，必須測驗合格后再進行實驗。在進行實驗課時采取學生為主導，由學生獨立完成實驗內容，教師提供實驗材料以及從旁指導，而非讓學生先觀看教師講解演示。此種教學模式大大提高了學生的學習主動性，也使學生在課堂上學習目的更加明確，實驗技能得到有效訓練。經過對幾屆學生實施網絡課程和翻轉課堂相結合的教學模式，發現實驗課教學效果明顯得到提高，而且此模式易于推廣。當然，此種教學模式進行的同時要結合考核制度的改革，需將學生網絡學習的情況納入實驗課整體考核中，同時優化考核方式，真正在最終的實驗成績中體現網絡學習的成績占比。

2.2?案例教學引入實驗課堂

案例教學法是前美國哈佛大學法學院院長朗代爾與1870年提出的一種開放式、互動式的教學方式。其通過特定的案例使學生在充分理解案例內容后，展開開放性的討論與交流，讓學生獲得認識、分析、解決問題的思路與能力[9-10]。實驗課采取特定的案例與課程內容相結合，不僅可以幫助學生更好地理解內容，更能提升學生的思考與動手能力，更好地實現理論知識和實驗內容的融會貫通。

本實驗課的案例教學有視頻案例和工程案例兩種教學方式。視頻案例主要由授課教師進行廣泛地收集相關圖片及視頻素材，并從中進行篩選完成編輯和加工，最終將短小精悍的圖片及視頻案例進行加工制作后用于網絡及課堂授課。由于案例主要是服務于課堂授課的，因此必須重點突出與課堂內容相輔相成，同時還要滿足學生網絡學習時的自學需求。例如，本實驗課程中第一課的內容為金相實驗教學，該內容在金屬材料及相關專業實驗教學中占有非常重要的地位，是材料、機械、冶金等專業高級人才培養中的重要內容[11]。為了解決以往實驗課上很多學生對于金相試樣制備技能掌握不好的情況，教師將該內容的短視頻放到網絡教學平臺（如圖1），并且將線上和線下相結合，采取混合式教學方式。學生現在網絡課程平臺進行觀看學習，不僅可以了解整個金相試樣制備的流程，還可以清晰地觀看到金相試樣制備過程的細節，從而在課堂上自己動手時更有針對性地進行實操練習。更重要的是課上學生會就實操技巧和教師進行非常有效且積極主動的討論和交流，提高了課堂教學效果和學生的動手能力。本實驗課程中鐵碳合金平衡組織觀察和鋼的熱處理這兩部分實驗內容則采取了網絡案例和工程案例相結合的教學方法。由于此部分和理論內容有著極其緊密的聯系，而實驗課教學時發現很多學生往往對于鐵碳合金相圖的掌握并不是十分牢固，因此在觀察具體組織時就更是分不清到顯微鏡里觀察的到底是哪種組織，熱處理工藝的制定規則也并不十分清晰。為了解決這一問題，將每種典型組織的形成過程短視頻放到了網絡教學平臺供學生提前觀看，不僅是對理論知識的復習，也是對實驗課內容的預習。在實驗課上教師再把典型案例與學生進行討論分析，以具體鐵碳合金為例，如亞共析鋼選擇了日常生活常見的螺栓、齒輪等。首先讓學生先進行平衡組織的觀察，掌握了其組織特征。到了熱處理實驗課時，又對其進行不同工藝的熱處理，再去觀察組織及力學性能的變化。學生從理論到實踐再到理論，很容易就理解了為什么螺栓、齒輪等要用熱處理之后的45鋼。最終對這兩部分的實驗內容有了很好的掌握，完全達到了教學目的。采用案例教學的方式，使學生對理論知識再一次進行了鞏固，同時實驗目的和內容也更加清晰。他們會更加主動與老師討論每一種組織的形態特征及分布特點，比起傳統的由老師先講解再獨立觀察的教學方式，教學效果得到明顯改善。學生也表示結合具體案例，不僅對理論知識進行了鞏固，對鐵碳合金典型組織及熱處理知識掌握得更加透徹了，而且還學會了理論聯系實際解決問題的方法。這種案例教學的方法激發了學生的學習熱情，同時結合網絡課程和翻轉課堂的方式，讓教學效果更加有了大幅提升。

結語

《金屬學原理綜合實驗》作為一門重要的專業基礎實驗課，其課程改革是高校培養材料專業創新型人才的重要環節。采用網絡課程和翻轉課堂相結合并加入案例教學替代部分傳統教學方式，激發學生學習主動性，有效提高學生對專業實驗的興趣，使學生的實踐能力和創新能力得到訓練和培養，大大提高了實驗課教學效果。此種新穎的教學方式也為其他實驗課教學方式的改革提供了參考和奠定了基礎。為了更好培養學生實驗的綜合能力和素質，我們還將繼續對實驗教學方式進行持續深入的改革和探討。

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基金項目：江蘇科技大學（張家港）2020年度“金課”培育項目，?項目編號：SJK20200905

作者簡介：秦亮（1982—??），女，漢族，江蘇張家港人，博士，高級實驗師，主要從事金屬材料專業教學和科研工作。