課賽融合模式下的“金相檢驗”課程教學(xué)改革實踐研究

摘"要：學(xué)科競賽是推進高校培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重要手段之一，對提高人才培養(yǎng)質(zhì)量有較大的影響。將競賽融入專業(yè)課程教學(xué)改革中，有助于學(xué)生更容易掌握所學(xué)知識，加深對專業(yè)的認同感。本文依據(jù)“金相檢驗”課程特點，分析教學(xué)中存在的問題，并基于課賽融合模式，以競賽為抓手，將金相技能競賽所需的知識內(nèi)容融于課程中，改變課程的教學(xué)方法，增加教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)知識的廣度和深度，使課程內(nèi)容更加聯(lián)系生產(chǎn)實際；充分利用虛擬仿真教學(xué)平臺，將虛擬線上實驗與線下實操相結(jié)合，使實驗方法更多樣，做實驗的思路更清晰；不斷挖掘思政元素，將思政思想貫穿線上和線下教學(xué)始終。實踐表明，這種教學(xué)模式能有效激發(fā)學(xué)生對金相知識與制備技能學(xué)習(xí)的興趣，能有效提高學(xué)生自主化學(xué)習(xí)和行動化學(xué)習(xí)的能力，課程學(xué)習(xí)的目標(biāo)達成度良好。

關(guān)鍵詞：金相檢驗；課賽融合；虛擬仿真教學(xué)平臺

中圖分類號：G642""文獻標(biāo)識碼：A

1721年，金相學(xué)名詞首次出現(xiàn)于牛津《新英語字典》中，它是以研究金屬材料組織為主的一門學(xué)科［1］。1808年魏氏從實驗中發(fā)現(xiàn)肉眼可見的取向關(guān)系，這一發(fā)現(xiàn)為金相學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)。隨著金相學(xué)研究和分析手段的不斷進步，從早期的借助光學(xué)顯微鏡分析已經(jīng)發(fā)展到現(xiàn)代的電子顯微鏡技術(shù)，放大倍數(shù)與分辨率都大大提高，其中金相檢驗就是金相學(xué)的重要內(nèi)容之一［1］。

金相檢驗技術(shù)作為材料類重要的物理檢驗方法，廣泛應(yīng)用于金屬材料或非鐵金屬材料的研究與檢驗，已成為當(dāng)今世界材料產(chǎn)品的研發(fā)、質(zhì)量檢驗和失效分析等重要手段，金相檢驗技術(shù)已在企業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)十分重要的地位［2］。對于大部分應(yīng)用型的本科高校，“金相檢驗”的課程是材料專業(yè)的基礎(chǔ)課程，金相檢驗的方法也是材料專業(yè)學(xué)生必須掌握的重要基本技能之一。

1"“金相檢驗”課程介紹以及教學(xué)現(xiàn)狀

“金相檢驗”課程開設(shè)在本科大三或者專科大二階段，在“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程、“金屬學(xué)熱處理”課程等專業(yè)課之后，本課程雖然不是材料考研的專業(yè)課，但其地位也是十分重要，要想學(xué)好本課程并非易事，課程內(nèi)容對學(xué)生的綜合知識的運用與分析能力要求較高。課程主要講授金相宏觀檢驗和微觀檢驗，內(nèi)容包括常見典型的金屬材料的金相檢驗，通過檢驗材料內(nèi)部的微觀組織，判斷熱加工工藝是否正確，并追溯出現(xiàn)組織缺陷的原因［2］。該課程涉及的材料學(xué)基本的知識點較多，包括材料成分、工藝、組織、性能等，對學(xué)生的理論知識和動手實踐能力要求較高，如僅依靠講授，學(xué)生無法掌握并靈活運用。目前很多高校教學(xué)重理論、輕實踐，只開設(shè)與“金相檢驗”課程相關(guān)的實驗課，有針對性的理論課并沒開設(shè)，這樣就造成理論與實踐脫節(jié)，為了實驗開出率而做實驗，理論實踐一體化有待加強。有的高校重學(xué)術(shù)、輕工程等，對工程的實際案例分析不到位，學(xué)生將所學(xué)識運用在檢驗的項目中很困難。

因此，鑒于“金相檢驗”課程的教學(xué)現(xiàn)狀，有必要對課程進行改革，改變教學(xué)內(nèi)容與方式，完善課上教學(xué)設(shè)計，充分利用虛擬仿真教學(xué)平臺的實驗資源激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生對金相檢驗知識的掌握程度及實踐創(chuàng)新能力。而技能競賽正是培養(yǎng)創(chuàng)新能力和實踐能力的有效途徑之一，將技能競賽引入教學(xué)，完善專業(yè)課程授課內(nèi)容，同時實驗環(huán)節(jié)引入虛擬實驗平臺的資源，減少因?qū)嶒灄l件的限制而影響學(xué)習(xí)知識的現(xiàn)象發(fā)生。理論內(nèi)容與虛擬實驗相結(jié)合，是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的有效措施，并且效果顯著。

2"課程教學(xué)改革探索

2.1"以賽促學(xué)，將OBE理念融入課程的教學(xué)設(shè)計

金相技能大賽是全國性的賽事，也是全國普通高校大學(xué)生學(xué)科競賽排行榜賽事之一，旨在加強材料類專業(yè)學(xué)生對專業(yè)基礎(chǔ)知識的掌握，夯實材料專業(yè)的基本技能，重點培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)技能和實踐動手能力［3］。

OBE理念即為成果導(dǎo)向教育，其核心是實現(xiàn)三個轉(zhuǎn)變，分別是將教師為中心轉(zhuǎn)到以學(xué)生為中心；將學(xué)科導(dǎo)向轉(zhuǎn)到目標(biāo)導(dǎo)向；將質(zhì)量監(jiān)控轉(zhuǎn)到持續(xù)改進［45］。對比分析了培養(yǎng)方案中的“金相檢驗”課程支撐的畢業(yè)要求與教學(xué)大綱的教學(xué)目標(biāo)（如表1所示），應(yīng)當(dāng)優(yōu)選前沿和工程應(yīng)用的教學(xué)資源、改革多元化教學(xué)模式、突出實驗教學(xué)，體現(xiàn)課程設(shè)置、教學(xué)、考核評價與培養(yǎng)目標(biāo)的一致性。

以學(xué)生為中心就要以學(xué)生需要獲得的能力為出發(fā)點，開展由老師指導(dǎo)下學(xué)生積極參與的教學(xué)模式，其著重應(yīng)該在實驗教學(xué)中加以體現(xiàn)。例如課程實驗采用線上線下的教學(xué)模式，線下實操實驗以材料的制備為主，掌握具體實驗操作步驟，如切割試樣、熔煉鑄錠、熱處理工藝等，提升感官認識。線上實操則引入虛擬仿真教學(xué)平臺操作，如電鏡觀察與組織分析等，虛實結(jié)合，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，將知識活用。將虛擬的實驗技術(shù)引入教學(xué)中，可將實操實驗與虛擬實驗融合在一起，起到優(yōu)勢互補的作用。此教學(xué)方法可充分利用現(xiàn)有資源，最大限度地增加學(xué)習(xí)知識的廣度與深度，以及增加每個學(xué)生的主觀能動性，鼓勵學(xué)生探索與創(chuàng)新。實驗過程中可實現(xiàn)學(xué)生能力培養(yǎng)的多元評價，將傳統(tǒng)的教學(xué)思維向以學(xué)生為主、教師為輔轉(zhuǎn)變。

2.2"以賽促改，重塑課程內(nèi)容

金相比賽體現(xiàn)的不僅僅是比賽過程和結(jié)果，更重要的是對學(xué)生實踐能力的考核和綜合素質(zhì)的測評，而培養(yǎng)這種能力要從課程的內(nèi)容出發(fā)，使學(xué)生具有思考和摸索的精神，勇于討論并解決實踐過程中的問題。

突出課程特色，提升專業(yè)認同感。以往課程講授以“材料成分—制備/工藝—組織—性能—金相檢驗”相互作用的科學(xué)思維為主線，這與很多材料類課程類似，只是增加了金相檢驗過程，這樣就會降低課程的新穎性與創(chuàng)新性，導(dǎo)致授課過程學(xué)生的積極性并不高。為了突出課程的特色，可增加材料失效分析的授課內(nèi)容，以真實發(fā)生在生產(chǎn)一線的材料失效案例為主，如某型號鋁合金板沖壓過程中出現(xiàn)的開裂和裂紋的原因分析等例子，通過觀察失效位置材料的宏觀形貌和OM組織，從斷口掃描到顯微組織觀察與分析等，最后得到材料失效的真正原因，做到思而學(xué)，學(xué)而用。而這些例子看似和比賽所用的試樣并無關(guān)聯(lián)，但可以逐漸提升學(xué)生對本專業(yè)的認同感，例子更貼近學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)的興趣。學(xué)習(xí)興趣的提高直接影響對應(yīng)比賽的參與率，如圖1所示，近2年參加校賽的比賽報名人數(shù)從19人逐漸增加到88人，人數(shù)呈上升趨勢，因?qū)嶒炇覘l件的進一步改善預(yù)計明年的報名人數(shù)會進一步增加。

2.3"深挖思政元素，有機融入課程教育

除了擴充材料實踐類專業(yè)知識外，將課程思政內(nèi)容也融入課程和技能比賽中。具體方法如下：從修改課程大綱入手，明確課程任務(wù)和課程地位，增添思政目標(biāo)和對學(xué)生學(xué)業(yè)的要求，對學(xué)生要求應(yīng)重點強調(diào)自我認知、自我管理和提升并主動學(xué)習(xí)。尋找思政切入點，以理論課為主環(huán)節(jié)，整體把握課程；以習(xí)題作業(yè)和實驗實訓(xùn)為輔，融入學(xué)科競賽需求和考研需求；最后同步擴展到專業(yè)實習(xí)要考慮到工作需求。

如圖2所示課程思政與課賽融合的關(guān)系，將思政理念始終貫穿于課堂授課、實驗實訓(xùn)、教學(xué)研討、作業(yè)論文等各環(huán)節(jié)，不斷探索和拓展課程的教育教學(xué)。

3"教學(xué)效果評價

教學(xué)效果評價是檢驗教學(xué)效果成功與否的重要環(huán)節(jié)，效果檢驗的方式和方法多種多樣，但評價的結(jié)果要注重考查學(xué)生最后學(xué)到什么以及知識的延伸性。本課程考核主要以過程考核為主（占總成績40%），理論考試為輔（占總成績60%），過程考核將技能競賽的動手操作包含在內(nèi)，需要學(xué)生自主分析研究問題和解決問題，也培養(yǎng)團隊的溝通與協(xié)作能力。結(jié)合2020級材料工程本科生的“金相檢驗”課程總成績進行分析，如圖3所示。2020級材料工程1班和材料工程（校企合作）1班的人數(shù)分別是23人和24人，其中2個班級最高分為92分和94分，2個班級的平均分數(shù)分別是79.6分和79.8分，標(biāo)準(zhǔn)差為6.53，總?cè)藬?shù)的成績呈正態(tài)分布，總?cè)藬?shù)的平均成績?yōu)?9.7分，基本達到了課程目標(biāo)的預(yù)期平均成績（80分）。

期末的成績組成主要包括三個方面如表2所示，2個班級的課程目標(biāo)3的達成度都較低，分析原因是學(xué)生對材料的失效案例綜合分析的能力不夠，理論分析和實際應(yīng)用的銜接還需加強，對給出的OM+SEM+EDS等圖形與數(shù)據(jù)的分析并不完整，邏輯性稍顯欠缺，因此今后學(xué)生對于工程實際問題的分析能力還有很大提升空間。

對于課程目標(biāo)1和目標(biāo)2的達成度較好，顯示了學(xué)生對虛擬實驗和實際操作實驗的積極性較高，以及對專業(yè)知識掌握良好，思政元素的融入也體現(xiàn)出了較好的適應(yīng)性。

在本次教學(xué)實踐的研究中，涉及47名學(xué)生的課程參與情況及成績分析顯示，其中有21名學(xué)生主動報名參加了學(xué)校舉辦的技能競賽，并接受了系統(tǒng)的賽前培訓(xùn)，這些學(xué)生的練習(xí)時間較長，且在技能掌握上投入了更多的努力。相對而言，剩余的26名學(xué)生則在常規(guī)的課內(nèi)實驗環(huán)節(jié)進行操作，其練習(xí)時間較短，對技能的掌握程度也相對有限。

在期末成績的實操得分方面，參與校賽并接受賽前培訓(xùn)的21名學(xué)生平均分為33.9分，顯著高于未參與校賽學(xué)生的平均分29.8分。這一差距在總成績上同樣明顯，參加校賽的學(xué)生平均分為82.3分，而未參加校賽的學(xué)生平均分為77.1分。特別值得注意的是，兩個班級中成績最優(yōu)異的學(xué)生，均為通過校賽選拔進入省級金相比賽的佼佼者，進一步表明了技能競賽對學(xué)生能力提升的積極作用。因此，將技能競賽的相關(guān)知識和實踐環(huán)節(jié)融入日常課程教學(xué)中，不僅有助于提高學(xué)生的專業(yè)技能，還能夠促進其綜合素質(zhì)的全面發(fā)展，這對于培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代社會需求的高素質(zhì)人才具有重要意義。

結(jié)語

學(xué)科競賽融入本科生課程，是一種可操作且有效提高整體學(xué)生綜合能力的一種方法，特別是對于應(yīng)用型高校而言更重要。應(yīng)用型高校應(yīng)以未來培養(yǎng)工程師為出發(fā)點，增加學(xué)生對實際工程問題的主動思考和分析能力，拓廣學(xué)生解決實際問題與創(chuàng)造性的思路，將以賽促改，以賽促學(xué)落到實處。對于本課程而言，結(jié)合材料工程2個班級的教學(xué)實踐，以學(xué)生技能大賽為引領(lǐng)的新的教育模式對學(xué)習(xí)起到了推動和優(yōu)化的作用。優(yōu)化內(nèi)容包括：調(diào)整專業(yè)課教學(xué)的各環(huán)節(jié)，增加工程實際案例，將OBE的理念和虛擬仿真教學(xué)平臺融入教學(xué)，以學(xué)生為主體，改善考核方式等。在教學(xué)評價中，以考查學(xué)生的動手能力和解決問題的能力為主，采用虛擬實驗+實際操作+理論基礎(chǔ)知識+案例分析的考核方式，成績組成多樣，最后成績呈正態(tài)分布，教學(xué)結(jié)果良好，達到了課程目標(biāo)的要求。

參考文獻：

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基金資助：2022年煙臺南山學(xué)院教學(xué)改革研究項目——“學(xué)賽踐創(chuàng)”驅(qū)動下的民辦高校材料類應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式探究（項目編號：NSJM202203）；2024中國高等教育學(xué)會課題——新質(zhì)生產(chǎn)力視野下現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院育人路徑與體系建設(shè)研究（課題編號：24RH0410）；山東省高等教育本科教學(xué)改革研究項目“產(chǎn)教融合背景下材料成型及控制工程專業(yè)校企協(xié)同育人新模式的構(gòu)建與實踐研究”（項目編號：M2024279）

作者簡介：李大林（1984—"），男，蒙古族，遼寧朝陽人，工學(xué)碩士，講師，研究方向：金屬材料成型加工。