“跨課程+做中學”混合式教學模式實踐思考
——以機械專業基礎課程“工程材料”為例

婁 燕

（深圳大學 機電與控制工程學院，廣東 深圳 518060）

引言

機械專業具有廣度適應性，比如所有領域的裝備設計制造、設備維修、數控維修等，因此它涉及不少交叉學科，機械專業學生要具備敏銳的感受力和獨特的創造力，富于想象力，并具有較強的動手能力。其次，教育部在2016年提出普通高等學校要加強創新創業教育，讓學生在創新創業中展現才華、服務社會。在實施雙創教育過程中，出現“課程冷、競賽熱”等不平衡現象，所以如何提高課程質量、加強課程改革尤為重要。

作為機械本科專業重要的課程體系，機械專業基礎課一般包括“工程制圖”“工程材料”“機械設計”“精度設計”“機械制造基礎”“PLC控制”，以及一些力學方面的課程，涵蓋了學生從大一到大三的核心課程安排。專業基礎課程使學生認知該學科的主要專業基礎內容，以及推動后續本科階段的專業課學習和畢業設計，是一種重要的必需品和催化劑。

學習專業基礎課程的目的是使學生不但認識機械專業的性質和特點，而且獲取機械專業技術知識及其作用和地位，同時樹立正確的專業思想和學習觀，為今后在校學習及離校后的終身學習激發潛力、打下良好的思想和方法基礎。通過對大一到大三學生的調研，學生普遍渴望了解和獲得所學的專業有以下三個方面：（1）機械專業的性質和機械技術當前概貌和未來發展；（2）在學校環境學到的機械專業基礎知識和技能，與畢業后企業需求是否匹配；（3）如何學好專業基礎課，似乎每一門課程都很枯燥，課程之間有什么關聯，學好后對本專業有何作用。

當前各專業基礎課程都存在僅教師授課、單方面傳授的弊端，同時也存在教師只講授本課程知識點、不涉及與其他相關課程知識點關聯的弊端，基礎課程枯燥、無聊、學生興趣不高。由于機械專業具有動手能力強、實踐要求高、知識點涉及面廣的特點，僅書面傳授和單課程傳授無法使學生真正認識該專業的特點與精髓，難以激發學生的學習興趣和獲得成就感。深圳是一個先進智能機械制造產業活力旺盛的城市，有條件、有必要為學生提供企業參觀、項目訓練的機會，讓學生在大學前三年基礎課程的學習過程中親自看到機械專業在行業中的實際應用，以及盡量利用已學知識完成實際項目。

因此，本教改項目以機械專業基礎課程改革為目標，重點分析“工程材料”課程的“跨課程+做中學”混合式教學模式，通過引入多位主講基礎課程教師共同參與，將此教學模式擴展到其他基礎課程中，做到跨課程知識點講授為主的課堂教學模式，企業參觀、項目訓練為輔的實踐教學模式，科研賦能，使學生對機械在產業的實際應用盡可能進行充分了解，并學以致用，從而樹立專業信心，激發學習動力，學會自主學習能力。

一、混合式教學模式研究內容

機械專業基礎課程主要指本科生大一至大三的核心課程，結合“能解決復雜機械工程問題的高層次應用型專業人才”的專業培養目標，旨在讓學生對機械專業有一個較為全面的認識，學習到本專業基本知識點，以及理解專業內涵、發展方向與未來就業等情況。專業基礎課程采用教師授課、討論、項目訓練、科研賦能等多種方式，讓學生對機械專業有一個全面的認識，并學以致用。下面以“工程材料”課程為例，具體研究內容如下。

（一）積極探索和創新授課模式

在采用多媒體授課的基礎上向啟發式、互動式、案例式、探究式等多樣化教學方式轉變，從以教為主向以學為主轉變，以教師單向傳授知識為主向師生協同互動轉變，以課堂教學為主向課內外結合轉變，提高課程的教學質量。“工程材料”課程具有知識點多、知識點分散等特點，如果不用“一根線串珍珠”的方式授課，學生會感覺知識點雜亂無章，產生無從下手的困惑，因此在“串珍珠”的授課模式下，鼓勵學生探究型學習，積極參與課上課下討論，前后知識點貫通，多問“為什么”來提高教學效果。除了探索以上新的教學模式外，充分利用QQ群和微信等網絡技術，在授課教師與學生之間建立互動學習平臺，實現無時間、無空間限制的全方位交流，及時探討和解決各種學習問題，并分享機械行業新動態、新技術、新成果等，形成良好的師生互動，更有利于教學和學習效果的提高。

（二）做好科研反哺課堂教學

科學研究為教學改革提供了源源不斷的動力和物質基礎，鼓勵在教學過程中，將教師的科研成果及時融入課堂授課內容中。把最新的知識和信息傳遞給學生，從而豐富課堂教學內容，真正做到科研賦能作用，彌補基礎課程知識基礎性強、新穎性不足的缺陷，引導學生對科學研究的興趣。鼓勵學生參與主講教師的科研項目、生產實踐工作，提高學生的實踐能力和創新能力。比如，強調不同工程材料的加工性能千差萬別，并與前序實驗課程金工實習關聯，探討不同工程材料機械加工的特性和用途。此外，將課程的實驗教學部分盡可能壓縮驗證性實驗，增加綜合性、探索性實驗部分。同時，工程材料實驗室全天候向學生開放，鍛煉和提高學生綜合分析問題和解決問題的能力。

（三）基于跨課程知識點，整合和優化課程教學內容

機械基礎課程之間都具有關聯性，因此結合課程培養方案和學科發展，研究和審訂工程材料課程與其他基礎課程、科學技術發展要求相結合；探索與各專業課程、行業現狀，以及學科前沿相適應的教學要求；充分考慮本門課程在整個教學計劃中的地位和任務，在培養人才目標上的作用及通過學習要達到的目的和要求，同時以學科的科學體系為基礎，保持科學體系自身的基本邏輯系統和完整性，及時更新教學內容并修訂教學大綱。

在“工程材料”各章節的內容上，明確章節內容的分工，處理好各理論知識的側重點，加入該課程與前序和后續課程知識點之間的關聯（見圖1），從而保證在有限的時間內教授給學生更多、更精彩的內容，并給予學生更加完整的專業知識體系框架。另外，針對實踐性強的課程特點，要求對課程內容強調理論與應用相結合的整體設計，這樣有利于提高學生學習積極性和教學效果。

圖1 各章節內容及與前序和后續課程知識點之間的關聯

通過上述改革，從各方面提升學生的能力：（1）培養自主學習能力。養成主動思考的良好學習習慣，提高查閱文獻和歸納總結的能力，培養調查、收集、加工各種信息的能力和獲取機械專業相關知識的能力，致力于終生學習。（2）提高專業實驗研究的能力，提高實踐動手能力，通過分析、評估、交流中收集到的實驗信息評估事務的價值和有效性。（3）培養組織工作的能力。提高人際溝通能力，培養團隊協作和負責任的擔當精神，增強愛國主義情懷，將個人成才融入民族偉大復興的歷史使命中。（4）培養口語表達和撰寫科技論文和技術、學術報告的能力，正確運用國家標準和技術語言闡述理論和技術問題的能力。（5）培養創新思維習慣，堅持誠信、公正、科學和嚴謹求實的工作作風。

二、“工程材料”課程教學改革設計

以“工程材料”課程為例，消除“重知識灌輸，輕互動討論，輕能力培養”等弊端，設計出具體項目方案。（1）講授：材料失效；討論：材料失效后的檢測手段。（2）講授：金屬微結構——晶體結構與結晶。（3）講授：金屬宏觀力學性能——強度、硬度、塑性、韌性；實驗：材料硬度試驗；討論：從微觀角度解釋硬度大小的原因。（4）講授：金屬的塑性變形；討論：從微觀角度上解釋材料塑性變形好壞的原因。（5）講授：回復、再結晶及熱加工；討論：冷加工和熱加工的區別，以及它們的應用。（6）講授：合金結構與相圖基本知識；實驗：金相制作實驗；討論：從微觀角度解釋材料性能與金相之間的關系。（7）講授：鐵碳合金及其相圖；討論：常用鐵碳合金的組織和相圖。（8）講授：鋼的熱處理；實驗：淬火實驗。（9）講授：工業用碳鋼、合金鋼、鑄鐵牌號；討論：與“機械制造基礎”課程關聯，不同材料的加工特性及優缺點。與“機械設計”課程相關聯，不同材料在結構設計校核過程中有什么區別。（10）講授：金屬材料、高分子材料、陶瓷材料、復合材料。（11）討論：論述一件產品從材料、加工、熱處理，到最終成品的過程。與“精度設計”課程關聯，如果同一種零件采用不同材料加工，精度是否一致？比如齒輪。（12）實驗：企業參觀。（13）討論：分組討論總結。

三、混合式教學模式實踐基礎

前期在專業改革創新和課程教學改革方法上積累的經驗為本項目的開展奠定基礎。同時，學校和學院對機械基礎課程大力支持，包括教學資源、實驗室、經費等。

1.提供成熟、穩健、開放、高效的組織架構、教學服務體系、堅實的行政后勤保障和人員支持；同時校圖書館和各個學院建成的資料室可以提供種類齊全的藏書、各類資料、電子資料數據庫等，學生能夠根據課程理論學習和工程項目設計的需要，準確、快速地查閱和獲取相關信息，為機械專業基礎課程的混合式教學打下堅實的基礎。

2.工程訓練中心是省級實驗教學示范中心，擁有先進制造技術實訓室、普通機加工實訓室、電子工藝實訓室。擁有一支結構合理、素質優良、實訓教學經驗豐富、理論知識和專業技能結構合理、穩定的實驗教學隊伍，實現了集科學研究、實訓教學的融合，為機械專業提供了專業技能實踐平臺。

3.本學院的機械基礎實驗教學中心是省級實驗教學示范中心，建立了計算機輔助制造實驗室、機電一體化實驗室、機械原理設計實驗室、工程測試技術實驗室、計算機圖形學與虛擬現實技術實驗室和汽車工程等6個教學實驗室。中心教師具有豐富的教學經驗、教學創新意識和學科建設能力，并具有較強的科學研究和科技開發能力。學生能夠充分使用相關實驗設備完成機械專業基礎課程相關的實驗實踐類學習。

4.本學院建有28家本科生實踐教學基地，其中深圳市高訓中心是省級本科生實踐教學基地，學生能充分參與企業項目完成機械專業基礎課程相關實踐類學習。

結語

首先，學生通過“跨課程+做中學”混合式基礎課程培養，主要加強學生自主性探究型學習方式，主動掌握本專業基本知識和前沿科學文化，激發學習興趣。通過跨課程知識點融合、實踐性教學環節、小組討論及企業參觀實習，建立工程概念，逐步培養學生工程實踐能力。

其次，基礎課程團隊中有多位具有豐富專業背景、10年以上教齡的教師；專業基礎課程中的“工程制圖”是國家級線下一流課程，為混合式基礎課程培養打下堅實的基礎。

最后，融入跨課程知識點的介紹，有效深化學生對本專業知識體系構建的認識；融入企業參觀、實習及科研項目訓練環節，科研賦能，有效提高學生對本專業的認識；項目導向式配合小組探究型研討，提高學生自主學習能力。