金屬力學性能課程教學改革創新與實踐

馬寶霞　康福偉　胡茂良

［摘 要］金屬力學性能課程是一門典型的理工科學科基礎課，具有很強的理論性和鮮明的工程應用特征，重在培養學生研究、評價和應用金屬材料的能力。遵循以“學生為中心”的工程教育理念，文章嘗試在金屬力學性能課程授課過程中引入智慧樹教學平臺，創新并豐富教學模式，即采用線上線下雙線融合教學模式，面向金屬材料工程專業人才培養的學習全過程，為培養具有堅實知識基礎、較強創新精神和實踐能力的金屬材料工程領域應用型高級專門人才奠定基礎。

［關鍵詞］金屬力學性能；教學模式；教學改革；線上線下；混合模式；創新

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）10-0035-03

金屬力學性能課程是一門典型的理工科學科基礎課，這門課為金屬材料工程專業后續的生產實習、專業實踐、綜合實踐、畢業設計提供基礎。課程主要闡述各種載荷服役條件下力學性能指標意義與工程應用；研究金屬成分、組織結構、工藝和性能之間的關系和規律，以及零件在不同服役條件下的性能需求，為零件合理選材、工藝制定以及失效分析提供基本理論和基本知識。因此，該課程具有很強的理論性和鮮明的工程應用特征[1-3]。通過課程的學習，學生可以掌握性能指標的物理本質、測試原理與方法，深入理解金屬力學性能與外在服役條件和內部組織結構之間的關系，具備解決實際問題及創新的能力；根據力學性能要求正確評定和選用金屬材料，運用力學性能測試方法作為科學研究的有力工具，培養學生科學研究素養和工程素養[4-5]。因此，為實現金屬材料工程領域應用型高級專門人才的培養目標，本文在金屬力學性能課程的教學內容、教學方法和評價方面進行了探索性的改革嘗試，現將從本課程教學改革舉措、成效進行闡述。

一、教學改革前課程面臨的問題

首先，課程涉及金屬材料各種載荷下的力學行為，學生對于低階化知識點（如概念、符號等）易懂、易學但易忘，對于高階化知識點（力學行為的本質及與組織及外界條件的關系）難懂、難記。

其次，授課內容設計追求理論知識的系統性，而缺乏知識的實踐認識，運用知識解決實際問題的過程性不足，帶給學生直觀實際應用的感受欠佳，導致學生難以做到學以致用、逆向的思辨能力較弱。

最后，目前在本科院校里，金屬力學性能課程大部分以線下教學為主，即通過傳統的教師“灌輸”方式進行授課，主要以教師為主體，“師生”和“生生”互動有限，存在學生課堂上精神不集中、覺得課堂內容枯燥等現象，學生學習的興趣和積極性不高，自主學習能力和創新思維的培養很難達到“質”的變化。

針對上述問題，金屬力學性能課程要從授課模式、授課方法、考核方式等方面進行改革，不僅要把課本上的知識講明白，還要把相關的前沿科研成果、大國工程、科學家事跡等案例和思政元素與理論知識相結合，形成課程互動討論模式，激發學生的學習興趣與熱情，真正做到以學生為中心，全面提升學生的創新思維能力和綜合素質。

二、教學模式改革中的課程構建

伴隨新時代教學理念興起、教育觀念的更新，教育模式的變革勢在必行。金屬力學性能課程以提高學生工程實踐應用能力為教學目標，廣大教師在理論知識、實踐過程以及教學質量評價等方面不斷地進行嘗試和創新[6-8]。目前，線上線下混合教學模式被越來越多的教師所青睞。而且，通過新冠疫情影響下的教學實踐證明，線上線下混合教學模式很好地解決了疫情影響下的教學任務。這種混合教學模式包括線上教學和線下教學兩部分，分別承擔不同的教學任務。整個教學過程由課前的學生自主學習，課中的知識反饋、難點解析、知識拓展，以及課后的實踐訓練教學等組成。相比傳統線下課堂，線上線下混合式教學更具有靈活性、自主性和有效性，這也恰恰符合當前以“學生為中心”的教學理念。因此，針對實現培養適應新形勢下學生工程意識能力、綜合實踐能力以及德育素養能力的目標，本文在課程內容、資源建設、應用情況、課程組織實施等方面做了一些探索和實踐。

（一）提升課程內容先進性與應用性

課程內容是教學精髓的主旨所在，是教師實現自我和學生完成蛻變的主陣地。因此，在講授基礎知識和基礎理論的基礎上，構建“專業知識+學科前沿+科研案例+工程案例+思政育人”的知識結構內容，注重課程內容的深度、廣度以及應用性。同時把現代化多媒體手段引入教學，使課程內容在現有教材內容基礎上，借助智慧樹平臺上傳視頻、課件、擴展資料等，以多種形式充實學習資源，激發學生學習興趣和熱情，提高學生自主學習欲望，并幫助其加深對知識的理解。

（二）構建層次化教學活動

在開展教學之前，要做好充足的準備。因此，課前要根據教學內容設計出最適合教學目標的層次化教學活動。針對易懂、易學的低階化知識點，采用“學生自主學習方式+終極強化訓練”，筑牢知識體系大廈之根基；針對難懂、難學的高階化知識點，采用“講授解析+互動討論”的方式，以達到鞏固基礎知識、加深理解、積極思考、增強實踐應用的多重目的。

（三）實施以學生為中心的線上線下混合式教學模式

隨著科學技術的發展、高質量教育的推進，教育教學方式變革勢在必行，需要將現代化信息技術融入教育教學過程中。課程教學開展以智慧樹課程平臺結合線下課堂的教學模式，解決傳統教學模式所面臨的難題。教學過程中，充分利用網絡課程、文字信息、影視資料、圖片等多種課程學習資源，通過線上的“課前導學+知識點自主學習+在線練習”結合線下的“課堂提問、總結+知識補充擴展、互動討論、案例分析+課后作業”等環節，幫助學生豐富和擴展學習內容，培養學生的思辨能力。同時，監督學生完成課程學習內容，保證學習時間和學習效果，并在實施過程中對學生加以激勵。

（四）建立多元化的課程成績評價方式

課程成績評價是檢驗學生學習效果的有效方式，也是教師自我反思教學方法的途徑之一。課程成績評價采用“過程學習考核+期末考試考核”的多元化評價方式。其中，過程學習考核包括觀看教學視頻、參與線上討論、資料下載與閱讀、作業提交與完成和課堂互動等；期末考試考核包括基礎理論知識和分析、解決問題的考核，通過閉卷考試形式綜合評價學習效果。

三、教學模式的創新及在課程中的應用實施

本文針對課程特點，結合時代特色把握學科前沿，將課程內容重構，以案例教學為主導，讓學生學會思考，引導學生分析問題、解決問題；運用線上教學平臺，構建多樣化的學習和教授模式，幫助學生夯實知識基礎，培養學生解決復雜問題的綜合能力。

（一）以“學生為中心”圍繞課程目標，體現“兩性一度”，創新性地建設本地化教學資源

將在線課程“金屬力學性能及其應用”與本校金屬力學性能課程內容有機融合，借助智慧樹平臺上傳教材、PPT課件、視頻、擴展資料，豐富課程內容；用心選擇教學案例，無痕融入思政案例，構建“專業知識+學科前沿+科研案例+工程案例+思政育人”的知識結構內容，形成多方位和形象化的知識體系，使教學內容與資源與時俱進。

（二）教學模式采用“智慧樹在線課程（+微信群）+線下課堂”的混合式教學方式

依據學生能力培養設計教學環節。課前線上學習培養學生知識獲取、歸納、總結、應用等自主學習能力和自我約束、執行能力等行為能力；課中培養語言表述、邏輯分析、思辨能力等高階學習能力；課后強化和鞏固自主學習能力、行為能力和高階學習能力。

例如，教師在講授金屬材料在沖擊載荷下的金屬變形和斷裂這一課時，要求學生依據教師在智慧樹平臺發布的課程學習任務、討論話題和教學資源等進行課前自主學習，引導學生觀看智慧樹在線平臺課程，培養學生自主學習能力。在線平臺課程是金屬力學性能及其應用課程，教師已將課程知識點碎片化、微單元化，每個知識單元視頻約15分鐘，如此學生在自主學習過程中容易將概念、符號等易學、易懂的知識領悟和內化。線下教學課堂中依據學生自主學習的新知識點進行課堂提問、講解、總結。教師根據學生回答情況總結重點，解析難點。同時，進行重點和難點新知識的講授與補充，課堂中通過播放沖擊實驗演示視頻，也可在課下到智慧樹平臺自行觀看，更加直觀和形象地了解實驗過程和重點操作注意事項。針對視頻提出沖擊試樣的形狀與尺寸要求如何、沖擊試樣如何擺放、思考討論為什么沖擊試樣要有缺口等問題，并分析金屬沖擊破壞特點（給出沖擊斷裂后的斷口照片）。利用《泰坦尼克號》經典影片的相關片段討論：“為什么在寒冷的冬季，船體觸礁時遭受一定的沖擊力后會發生脆斷？”引出材料的脆性破壞與延性破壞區別。這個過程以充分利用熟知的事例，學生會對講課內容更加感興趣，激發學生積極思索與探討，把所學知識加以理解鞏固，使學生分析問題與解決問題的能力得到訓練和提高。最后融入港珠澳大橋的思政案例（圖片、《港珠澳大橋》紀錄片視頻），讓學生感受被譽為世界“第八奇跡”的海上橋梁設計、研發和施工等方面體現的中國制造精神，培養學生科技自主創新的意識和愛國情懷。課后學生完成發布在智慧樹平臺的線上習題、作業和查找資料的任務，繼續參與話題的討論，教師在線評論和解答。這個過程展示出學生思考問題的過程，幫助學生繼續鞏固所學內容，進一步培養學生自主學習的能力，促進學生個體發展。教師根據教學過程中的問題和需求動態完善教學過程。

四、教學模式改革的成效與思考

在課程教學模式的改革實施過程中，以“學生為中心”的教育理念，通過線上線下雙線融合的教學模式得以充分體現和促進。根據學生反饋，學生參與課堂交流發言的機會增加，學習方式更靈活，學習的知識目標更清晰，學習動力更加充足；線上可以隨時隨地學習，不受場地時間限制；線上資料和課程視頻可以反復學習觀看，加深對知識的記憶和理解。課程采用線上線下混合式教學模式后，學生期末考試平均總評成績提高了5分。由此可見，OBE背景下的金屬力學性能課程教學模式的創新和變革能夠明顯提升學生的學習能力。

在這種教學模式下，雖然可以將學習資源最優化、最大化，學生自主學習時間自由化，教師在教學中也更加著眼于學生能力培養，著手于學生信息反饋，放眼于學生全面發展，但是對于學生、教師和網絡及設備等方面也提出了更高的要求。例如，學生要有較強的自我管控能力，學會安排學習時間、養成良好的學習習慣以及學習態度等；教師要有較強的課控能力，合理進行課堂教學的教學設計和教學實施，需要其進行新媒體技術的利用，學生思想動態及學生個性特點的把握，自身知識結構的更新和完善以及人格魅力的提升等；網速要穩定、順暢，網絡設備及軟件要及時更新等。達到以上這些要求，方能實現知識、能力和素養的有機融合，教學質量和學習效果才能獲得更高層次的提升。因此，現在的課程教學模式還需要在教學過程中不斷探索、實踐、創新，實現教師更會“教”，學生更會“學”，從而培養出具有堅實的知識基礎、較強的創新精神和實踐能力的金屬工程領域應用型高級人才。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 何國球， 鄭凱隆. 金屬材料力學性能課程與培養學生創新能力的改革研究[J]. 教育現代化， 2019（97）：92-94.

[2] 張梅，張恒華，楊弋濤. “金屬力學性能”課程建設之案例教學作用初探[J]. 教育教學論壇， 2016（12）：156-157.

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[5] 黃朝文. 材料力學性能課程教學改革探討[J]. 教育教學論壇， 2020（36）：175-176.

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［責任編輯：雷 艷］