新工科背景下金屬工藝學混合式教學改革與實踐

摘 要：在新工科背景下，針對材料類專業學生存在的認知深化難與知行轉化難問題，對金屬工藝學課程內容實施模塊化重構，構建工程案例與理論教學融合、虛仿實驗與線下實驗融合、線上教學與線下教學融合的“三融合”教學模式，探索專業課程體系的優化路徑與改革措施，為材料類專業建設和人才培養提供參考。

關鍵詞：新工科；金屬工藝學；模塊化重構；混合式教學

一、研究背景

2017年以來，教育部積極推進新工科建設，推動工科院校探索具有中國特色的工程教育模式，拓展傳統工科專業的內涵，明確建設重點。河北科技大學金屬工藝學課程面向材料類專業大二年級學生開設，總計為48學時。課程主要研究金屬材料、成形工藝及其工程應用，具有較強的理論性、應用性和綜合性，緊密對接材料強國戰略和傳統產業升級需求，但學生學習難度較大。教學團隊依托金屬材料工程國家一流專業及省級虛擬仿真實驗教學中心，以培養高素質應用型人才為目標，積極開展教學改革與實踐。2019年，自建的省級慕課在中國大學MOOC平臺上線運行；2023年，該課程獲批國家級線上線下混合式一流課程。

二、金屬工藝學混合式教學存在的問題

（一）知識體系構建難度大，認知難以深化

雖然學生具備一定知識基礎，但金屬熱處理、工程材料、鑄造、鍛壓、焊接等章節內容繁雜且相對獨立，猶如一盤“冷拼菜”。對大二學生而言，梳理知識點之間的內在關聯存在一定難度，這在很大程度上限制了學生對知識的理解。因此，迫切需要教師幫助學生構建課程知識體系，開展深度學習，為后續課程學習奠定基礎。

（二）工程思維能力欠缺，知行轉化困難

學生對前沿熱點關注度較高，具備一定的創新意識和探索能力，能夠認識到金屬學和成形學科在生產生活中的重要作用。然而，學生普遍存在理論聯系實際不夠、工程思維能力欠缺、融合創新能力不足等問題，導致知行轉化困難，因此迫切要求教師培養學生的工程思維能力。

三、金屬工藝學混合式教學改革探索

基于學校人才培養定位和工程教育專業認證要求，教學團隊針對教學中存在的問題，結合教學內容與授課對象特點，積極開展教學改革探索。

（一）重構課程內容，奠定教學基礎

金屬工藝學課程涉及多學科知識。在傳統教學中，教師大多關注某一章節知識的完整性，卻忽視了對各章節性質相近內容的系統性整合。為此，教學團隊從課程資源供給側入手，將課程內容劃分為“基本理論（理）、行業應用（藝）、融合創新（創）”三大模塊。具體而言，基本理論模塊涵蓋金屬學和成形學科的概念及基本理論，行業應用模塊包含基本理論在行業中的應用以及工程分析，融合創新模塊則聚焦現有工藝的局限性分析和創新思路探討等。教師針對各模塊特點，結合自主學習、案例探究、項目實訓等教學方式開展精準教學，為學生構建課程知識體系創造條件。

（二）更新教學內容，構建“三融合”教學模式

以建構主義理論為基礎，依托金屬工藝學線上慕課、慕課堂、虛擬仿真實驗和工程案例等資源，構建工程案例與理論教學融合、虛仿實驗與線下實驗融合、線上教學與線下教學融合的“三融合”教學模式，探索金屬工藝學混合式教學改革路徑，提升教育教學質量。

1.工程案例與理論教學融合

針對學生存在的知行轉化難問題，教學團隊構建遞進式工程案例資源，包括基礎案例、典型應用案例和創新競賽案例，分別與“理、藝、創”等知識模塊一一對應。同時，教師在教學過程中應創設工程應用情境，將課程學習置于材料產業發展、強國戰略的工程背景之中。例如，將晶體缺陷（理）與超細晶高強鋼案例融合，讓學生了解缺陷與性能之間的辯證關系；將焊接工藝（藝）與鳥巢焊接案例融合，激發學生的民族自豪感，提升其職業素養；將熔模鑄造技術（創）與航空發動機渦輪葉片制造案例融合，厚植學生科技報國情懷。此外，在教學過程中，通過“以案辨‘理’——明晰基本理論中的哲學思想，提高學生辯證思維能力”“以案析‘藝’——感受行業應用中的匠心之精，培養學生追求卓越的工匠精神”“以案促‘創’——了解融合創新中的肩負之責，激發學生投身材料強國戰略和重大行業需求的責任擔當”，最終實現“辨理+析藝+促創”的有機統一，轉變學生學習態度，促進理論聯系實際，提升學生分析和解決問題的能力。

2.虛仿實驗與線下實驗融合

金屬工藝學包含力學性能測試、熱處理工藝性能等線下實驗。然而，由于受到線下實驗材料耗材成本等因素影響，實驗效果不太理想。虛擬仿真實驗具有以虛代實的優勢，能夠有效縮短實驗教學與工程實踐之間的距離，拓展實驗教學的深度與廣度。教學團隊依托河北科技大學材料科學與工程省級虛擬仿真實驗教學平臺，將線上的力學性能實驗、開放式綜合熱處理實驗、低碳型超高功率電弧爐煉鋼實驗、航空鋁合金攪拌摩擦點焊等虛仿實驗納入金屬工藝學課程實驗教學體系，使其與線下實驗有機融合、相互促進。同時，在虛實結合的實驗場景中，學生面對的不再是孤立的實驗項目，而是結合了生產實際的實驗項目。學生可通過賬號隨時參與虛仿實驗，這能有效激發學生的自主學習熱情，強化理論與實踐結合，進一步提升學生的工程思維能力。

3.線上教學與線下教學融合

根據課程內容和學生學情，教學團隊構建了覆蓋課前、課中、課后、線上、線下全時段的混合式教學模式。例如，課前采用任務驅動法，教師通過慕課堂發布導學單，學生完成慕課相應單元內容的自主學習以及各小組翻轉課堂任務，構建個體認知體系。同時，教師根據測驗數據和學生反饋的共性問題調整教學設計和教學內容。課中運用BOPPPS模型開展教學，該模型涵蓋導入、目標、前測、參與式學習、后測、總結六個緊密相連的環節，教學過程完整連貫，目標導向清晰明確。同時，通過答疑精講、翻轉分享、案例分析、小組合作等活動激活課堂，促進師生互動，滿足學生個性化、多元化的學習需求。課后拓展研學是教學過程的重要延伸。學生通過測驗、調研、項目訓練等方式，能夠明確自身優勢與不足，促進知識遷移與內化。同時，教師分析學生實時反饋的數據，進行反思與優化，重新調整教學內容、教學方法和教學活動。

（三）創新評價機制，構建“五節點”過程性評價體系

金屬工藝學課程成績由終結性評價（50%）和過程性評價（50%）構成?；贠BE理念，教學團隊根據課程目標明確學生在各學習階段的具體產出，構建由學前、課前、課中、課后和結課等環節組成的“五節點”過程性評價體系。其中，學前評價是開課前基于先修成績和師生訪談獲取基礎學情；課前評價是依據課前學習數據和學生反饋的共性問題，獲取學生認知數據；課中評價是通過組內討論、組間辯論、問題分析等課堂表現，獲取學生合作和探究能力提升情況的數據；課后評價是課后通過項目實訓匯報、反思輸出單等成果展示，評價學生知識遷移能力；結課成長評價是結課后用成長袋記錄學生學習歷程，引導學生反思自身、明確學習方向，對后續學習起到積極引導和激勵作用。“五節點”過程性評價體系從不同層面評價學習效果，讓學生直觀認識自身差距，激發學習內在動力。

四、改革成效

（一）學生獲得感增強。通過對2022級356名學生的問卷調查發現，約92.42%的學生對專業的熱情和認知度顯著提高，學習氛圍良好。

（二）學生工程思維能力得到提升。近三年，材料類專業學生參加“挑戰杯”“互聯網+”等競賽，榮獲省級以上獎勵160余項，學生的團隊協作能力、工程思維能力和創新能力不斷增強。

（三）考研率穩步上升。近三年，材料類專業學生平均考研率達43%，其中100%考取本專業研究生。這表明，熱愛專業、專注專業的學生數量增多，學生積極投身材料強國建設并期望有所作為。

五、結語

在新工科背景下，結合材料類專業特點，構建金屬工藝學“三融合”混合式教學模式，將“五節點”過程性評價體系與終結性評價相結合，全面評價學生的成長與進步，調動學生學習積極性，為材料類專業建設和人才培養提供參考。

參考文獻：

[1]張寧，趙毅強，蘭馗博，等.“新工科”背景下關于虛擬仿真實驗的幾點思考和建議[J].實驗技術與管理，2020（3）.

[2]唐明明，王楊，董楠.BOPPPS教學模式在森林生態學課程中的實踐與應用[J].河南教育（高等教育），2023（8）.

責編：勉 耘

基金項目：教育部產學研合作協同育人項目“面向區域經濟發展的地方高校傳統工科專業改造升級探索與實踐”（編號：202101062003）；河北省高等教育教學改革研究與實踐項目“基于慕課的‘金屬工藝學’混合式金課教學研究與實踐”（編號：2019GJJG601）；河北科技大學教育教學改革研究項目“立德樹人理念下金屬工藝學課程思政教學體系的構建”（編號：2021-YB16）

作者簡介：王會霞（1968— ），女，河北科技大學材料科學與工程學院教授，研究方向為先進連接技術；張亮（1980— ），男，河北科技大學材料科學與工程學院副教授，研究方向為電弧增材制造；王軍（1967— ），男，河北科技大學材料科學與工程學院教授，研究方向為攪拌摩擦焊。