基于線上線下混合式教學方法的材料工藝設計課程實踐*

酒少武 馮紹航 趙 煒 李玉祥

（西安建筑科技大學材料科學與工程學院，陜西 西安 710055）

1 課程教學改革的必要性

材料科學與工程專業是支撐我國國民經濟和社會發展的核心工程技術類專業之一。材料科學與工程是綜合性和應用性高度融合的工科類專業，不僅涉及種類豐富的各種材料的制備、工藝、性能及應用等專業知識，還與土木工程、機械工程、自動化控制、總圖規劃、環境工程、經濟技術等諸多學科交叉融合，目標是培養具備深厚專業基礎和創新能力的復合型工程技術人才，這就要求學生具有多學科知識基礎及交叉融合的應用能力。工藝設計課程是材料科學與工程專業本科生的必修的實踐教學環節之一，教學內容涵蓋材料學、材料工程設備、材料工藝學、工廠設計概論、工程制圖、環境工程、技術經濟學等多門課程的相關內容，涉及的專業領域范圍廣泛、知識體系內容豐富、對知識的綜合性應用能力要求較高，是專業教學體系中對復合型工程技術人才的培養非常重要的支撐環節[1,2]。根據西安建筑科技大學材料科學與工程專業及全國同類專業的工藝設計類課程教學現狀分析，普遍存在以下幾方面的問題。

1.1 缺少統一編制的教材、教學內容缺乏標準化體系

目前，全國的材料類專業中均開設有工藝設計類的專業實踐課，但由于各高校開設的材料類專業方向、面向的領域及特色大都不同，因此我國缺乏統一標準的工藝設計類課程教材，這就導致該類課程缺乏統一的教學標準（內容、方法、規范性要求等）[3]。在實際教學中，高校大都是結合自己的專業特點自行開發教學體系、安排教學內容并組織實踐教學。首先，各家高校不同專業的課程設計的課時安排也各不相同，從2周~4周不等，這就決定了課程教學容量和設計實踐深度的不同。其次，各家高校的不同專業在設計內容選擇、設計規范化要求、設計深度等方面的要求差異很大；再者，不同專業的工藝設計在設計內容、方法、步驟、執行規范和成果要求等方面存在巨大差異。目前我國的工程教育對于工藝設計課程并未形成統一的教育標準和課程教學方法，教學的組織更多依賴教師自身的專業知識、專業能力和工程經驗積累[4,5]。在教學內容、課程組織和課程實施中，很難使學生很快掌握本門課程的內容及方法，限制了教學效果。

1.2 課程涉及知識面廣、專業性強，但課程容量有限

材料類專業的工藝設計課程涉及的專業面較廣，主要包括材料學、材料工藝學、材料工程設備、工程制圖、工廠設計概論、環境工程，以及技術經濟學、環境影響評價等多門課程的相關內容。在課程設計中不僅要求學生能熟練掌握這些課程中相關知識，還要求能夠將它們綜合用于分析實際問題、提出解決方案并進行實踐[1,4,5]。雖然在選修課程中已經對這些必備知識中的大部分內容進行了學習，但并沒有專門的課程講授如何將它們綜合起來分析并解決問題，因此學生在面對設計類問題時往往覺得無從下手。有的專業在課程體系中并沒有設置環境類、經濟類及技術評價類的相關課程，導致學生在工藝設計中知識儲備不足，因而無法分析設計中出現的某些問題。此外，在現有的本科生教學體系中，普遍缺乏專業標準及規范性教育方面的課程，而在實際設計中則要求必須按照行業的相關技術標準執行，由于學生缺乏這方面的知識和思維訓練，不僅導致設計無法順利進行，而且會造成設計成果在規范性方面有所欠缺。總而言之，由于工藝設計課程涉及的知識體系十分龐大，但課程實踐的時間十分有限，因此采用傳統的教學方式無法取得良好的教學效果[6]。

1.3 設計規范及設計標準更新快，學校資源無法滿足要求

隨著我國社會發展和科技進步日趨加快，相關政策、標準和規范也不斷更新。目前，學生能夠獲取的設計資料文獻（設計手冊、設備手冊、設計標準等）主要來源于圖書館借閱，但由于行業發展速度遠超圖書的更新速度，因此即便是購買了大量圖書也不能滿足學生課程設計的需要。此外，由于工藝課程設計涉及的領域十分寬廣，涉及的標準和規范種類繁多，圖書館也無法滿足全部的要求。在有限的課時容量內，學生查閱資料、手冊和標準的任務十分繁重，這也是影響課程設計質量的重要因素之一。

1.4 傳統教學手段單一，實踐教學指導功能薄弱

目前，工藝設計課程的教學手段主要以課堂講授、現場指導和答疑為主，但由于課程內容龐大、知識點分散、學生對知識的掌握程度各不相同，因此現有的教學只能講授和輔導共性的問題。在西安建筑科技大學材料科學與工程的培養方案中，要求設計類課程選題要盡量做到一人一題，這就使每一名學生都需要解決大量的獨特的各種問題。如果這些問題不能得到及時解決，就會使學生的進度“卡殼”，嚴重影響課程設計的進展。按照教學要求，每16名學生配備1名教師，現有教學方式無法滿足為每一名學生重復講授課程和實時答疑的要求。在現場指導環節，也無法為學生演示全部的操作。

綜上所述，加快對工藝設計課程的教學改革，優化教學內容、豐富教學手段、探索新的教學模式十分必要。

2 課程教學改革的措施

2.1 基于培養目標優化教學體系、重組并完善教學內容體系

針對目前我國的工程教育對于工藝設計課程并未形成統一的教育標準和課程教學方法的現狀，本課程基于西安建筑科技大學材料科學與工程專業培養方案中提出的教學目標要求，重新凝練課程教學目標，并與畢業要求的支撐點相呼應。課程內容的知識板塊設置為資料文獻檢索、材料生產知識與工藝、設備選型與計算、設計規范與標準和工程圖設計等五大板塊，并編制了詳細的課程講義和設計指導書。在課程講義中，按照五大模塊組織教學內容，通過精選內容并強化聯系，使學生在沒有相關教材的情況下也能迅速掌握本課程所需的相關知識。課程指導書則從實際操作的角度，詳細闡述了設計內容、設計流程、操作步驟與方法，使學生及時掌握設計方法和工作進度[6]。

2.2 建設設計資料信息庫并及時更新，提高課程設計效率

針對學校資源對專業領域設計手冊、設計標準、設計規范等更新不及時和資料不完善的情況，組織任課教師和工程設計人員以文獻檢索、購買、借閱復印、編制等方式搜集相關標準，借助網絡教學平臺組建設計資料信息庫，為學生提供便捷的查閱渠道。按照工藝課程的內容體系，共集成了水泥生產工藝、設備選型、工程圖設計規范和環境保護及安全等四個模塊，共集成各類設計手冊、圖書、國家及行業標準、政策資料類文件50余項，極大程度上滿足了工藝課程設計的需要。為了提高學生檢索文獻資料的技能，課程講授中設有文獻檢索方法專題，對學校購買的各種中外數據庫的使用方法進行講授，包括文獻、圖書、學術論文、專利、標準等。通過這些措施，大幅縮短學生查閱必要資料的時間，節省了寶貴的設計時間。

2.3 制作視頻教學課件，拓展教學內容，采取“線下線上混合式教學”提升教學效果

結合教學內容體系和教學目標，以知識講授和實踐指導兩條主線組織教學，采取“線下線上混合式教學”提升教學效果[7-9]。在課堂教學部分，側重對共性知識和問題的講授，主要包括：資料文獻檢索、材料生產知識與工藝、設備選型與計算、設計規范與標準和工程圖設計等。在線上教學部分側重于對操作演示部分的講解和示范，通過制作并上傳高質量的教學視頻，對涉及的操作方法和步驟等問題進行課外教學。在線下教學中要求學生現場學習，在線上部分則允許學生根據自身的情況靈活安排學習內容和分配時間，提高了學生的學習效率和學習積極性[10]。為了強化學生對工藝和設備原理的理解，在線上教學中集成了大量的關于設備原理和工藝的動畫素材，以直觀生動的形式展示給學生，提高了學生的學習興趣。采取“線下線上混合式教學”方法后，將原有的16h的講授和指導時間，拓展為64學時以上，極大程度上擴充了教學的廣度和深度。同時，課程通過微信群、QQ群和網絡學習交流平臺等渠道及時回答和處理學生們提出的問題，打破了傳統課堂不可避免的時空限制，提高了指導的效率。

2.4 創新多元化考核方式，保證教學模式有效實施

基于新教學模式，將線下線上混合式教學過程納入全面的考核，將線下考勤、線上學習記錄、設計成果及設計說明書的規范性、答辯質詢等作為依據，對學生的成績進行綜合評價。此外，對于課程設計成果的評定除了規范性標準外，以設計理念、節能、環保、設計效果等形式進行質詢，注重考查學生對知識理解和應用能力。

3 課程教學改革的體會

“工藝設計”是一門集知識性、綜合性和實踐性為一體的專業實踐課，具有涉及面廣、課時少、課程體系標準化程度低、實踐難度高的特點。本教改項目通過優化課程體系、建設網絡資料庫、開發視頻、動畫等教學課件、創新考核方法、開通多渠道交流等多種措施，創建了基于線下線上混合式的教學方法和網絡平臺，拓展了教學的廣度和深度、豐富了課程的開展形式、提高了指導效率、強化了課程的教學效果。編制的課程講義和課程指導書成為學生工藝設計的快速入門指導手冊，打破了不同專業間知識融合的壁壘，提升了學生的綜合應用能力。

以上課程教學改革在我校材料科學與工程專業工藝設計課程中已完成兩個輪次的應用，學生普遍反映通過本門課程的學習后，在資料文獻查閱、專業知識綜合應用、專業問題分析、設計表達能力等方面有了顯著的提高。同時，在設計成果的規范性、內容的豐富性、設計理念及深度等方面也有了顯著的提高。在后續的教學中，教改團隊將根據專業的發展和課程的變化持續改進，繼續豐富和完善教學體系，更新教學內容、素材和教學形式，以適應材料科學與工程專業的發展，支撐培養目標的實現。