工程材料与热成形技术课程实践

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高等工程教育越来越关注学生工程实践能力的培养，而课堂是培养学生的主阵地，是影响学生学习效果的关键因素。提高高等工程教育课堂的教学质量，是决定高校学生工程实践能力培养的主要因素。高等工程教育的课堂更偏重于理论和实践的结合，而我国大学工程教育普遍存在“强调工程科学、软化工程实践、脱离产业需求”状况，课程目标脱离工业需求、课程结构分离工程能力、课程内容偏离工程实践；课堂教学只强调知识的传授，而忽略了实践能力的培养；以教师为中心的课堂教学模式被广泛使用，学生始终处于被动接受的位置。按照工程教育专业认证专家委员会的标准，随着社会经济的发展，学生除了掌握传统的技术能力外，还应具备较好的人文社会科学素养、较强的社会责任感和良好的工程职业道德，较强的沟通交流、团队合作、灵活应变、信息处理等非技术能力。在这些能力方面，我国高等工程教育的教学现状与社会需求之间存在较大差距。要想完全改变现状、缩小差距，需要社会、学校等方方面面的持续改革。在近期，部分的改进可以通过课堂教学改革来实现，采取的措施就是引进翻转课堂教学。在翻转课堂中，典型的课堂讲解时间由实验和课内讨论等活动代替，而课堂讲解则以视频等其他媒介形式由学生在课外活动时间完成。翻转课堂将普通课堂中的讲授移到课外进行，课堂内通过实验、项目训练、研讨、团队合作完成任务等方式让学生成为学习活动的主动实践者，学生的工程实践能力和交流、协作能力在课堂上得到很好的锻炼。教师则由讲台上传道授业解惑的“演员”转变为教学活动的“导演”和学生身边的“教练”，学生则由讲台下被动接受的“观众”转变为教学活动的主动参与者。“工程材料与热成形技术”课程涉及材料的组织、性能及其应用、热成形技术、热加工工艺设计等内容，是机械类学生重要的综合性专业基础课，是引导学生进入专业领域，培养学生具有应用创新能力的综合训练课程，在机械类人才的培养中起到非常重要的作用。以往学生在学习时遇到许多困惑和问题，如学生们习惯了理科类课程主要用分析方法进行的学习，对主要是用归纳与综合方法研究问题的工艺类课程感觉知识零乱、知识点之间缺乏逻辑性、不系统。进而形成刚上课还能跟得上，课程进行中就有一部分学生掉队，期末部分学生考核不及格的不良教学效果。分析原因除课程性质外，还有部分学生缺乏自我约束力、没有自学能力、实践教学效果不良等。因此，在工程材料与热成形技术课程中进行翻转课堂教学具有以下优点：课程中绝大部分理论都来源于实习、实践，适合学生自学；在多媒体、计算机、互联网等信息技术的支持下，信息的传递变得越来越便捷和容易，可以实现学生课前利用一定的教学手段了解需要学习的内容，课堂上的时间用于学生对知识的吸收内化；通过课下学生之间交流与课堂上师生的互动交流，既锻炼了学生的表达能力，又对其学习起到督促作用，有助于大多数学生学习成绩的提高；鼓励学生发现问题，解决问题，有利于培养学生的自主学习能力。

一、工程材料与热成形技术课程翻转课堂设计

翻转课堂实施分为三个步骤：课前准备、课上翻转、课程评价。铁碳合金相图是“工程材料与热成形技术”课程教学中的重点和难点，我们通过翻转课堂的方式来解决这一难题。

（一）课前准备

课前准备包括以下几项内容：首先要制定教学目标与评价方式，其次根据教学目标设计课前任务单，最后根据课前任务单准备学习资源。1.课前任务单设计。课前任务单的内容包括三大部分：

（1）学习指南：①课题名称：铁碳合金相图。②达成目标：通过观看教学视频、阅读教材，分析给定的学习材料，完成“自主学习任务单”规定的任务，掌握铁碳合金相图。③学习方法建议：在掌握三种基本相图的基础上学习铁碳合金相图；建议联系同素异晶转变过程理解铁碳合金的基本相和相图。④课堂学习形式预告：a、小组内分析典型铁碳合金的结晶过程；小组间交流铁碳合金相图的画法技巧。b、课内晋级作业。c、每个小组归纳出一种铁碳合金的应用在课上交流。

（2）学习任务：回答以下问题①铁碳合金有哪些基本相？②铁碳合金的基本组织有哪些？与基本相是什么关系？③铁碳合金相图是怎样建立的？分几个步骤？④纯铁的同素异晶转变与铁碳合金的基本相是什么关系？

（3）困惑与建议：这项内容由学生在自主学习以后填写。2.准备学习资源。包括教材、参考书、论文、视频资源等，其中教学视频是学习资源中的重点。一般教学视频的制作可分为以下5个步骤。

（1）分析：教学对象、学习者的能力、学习环境；教师的时间、精力、媒体素养等。

（2）整理：首先准备素材，素材包括课件、图片、音频、视频文件；第二步做脚本，需要标注每一段教学内容的展现形式、用到的配套资源、大概耗费时间等内容。

（3）制作：视频制作的主角是教师。教师用热情、专业精神去感染学生。

（4）：在学校的教学网或学习管理系统中，也可以存到网盘供学生下载，当然还可以到各类视频网站。时间选择在课程开始前两到三天。视频的要配合前面制作的自主学习任务单，使学生在学习时有章可循。

（5）反馈：根据学生观看教学视频的情况来调整教师的课上活动，并对观看视频好的学生给予奖励。根据学生对视频的意见和建议修改教学视频。

（二）课上互动与交流

翻转课堂的课上教学大致分为以下四步。

1.检测。检测学生的自主学习成效，难度不超过自主学习任务单的要求。我们用题目“铁碳合金的基本组织”，这一阶段大约需要10分钟。

2.作业。需要学生在20分钟内完成以下题目：画出简化的Fe-Fe3C相图，说明图中特性点、线的含义，填写各区域的相和组织组成物；分析含碳量分别为0.20%、0.45%、0.77%和1.2%的铁碳合金从液态缓慢冷却至室温的组织转变过程，绘出室温组织示意图，说明其力学性能有何不同。

3.协作、探究。通过协作和探究来解决在检验和作业过程中学生的困惑。我们采用的方式是学生以小组为单位协作学习、讨论。这一阶段大约需要5~7分钟。

4.展示、质疑、阐释。首先给学生5分钟，每个小组提出一个在前一阶段讨论中遇到的共性问题，由学生小组互相解答，教师指导。最后由学生或教师提出一个铁碳合金应用问题，小组讨论2分钟后回答。

（三）学习评价

良好的课程评价体系对学生的学习积极性有激励作用。显然，形成性评价更适合翻转课堂。配合学校考试方式方法改革制定考核方案，平时成绩占60%，期末占40%。平时成绩重在考查学生课前学习和课中的参与质量。

1.课前学习情况的评分标准。1分，不知道如何回答老师问题的学生，说明没有预习，给最低分。2分，学生尝试回答问题，但回答错误，并且没有显示出任何先前知识、课程学习资源知识或课本知识。3分，学生基于先前知识回答了问题，但答案不完整，也没有用到教材中或课前学习资料中的适量信息。4分，学生准确地回答了问题，并给出了完整的解释，充分用到预习资料中的内容，甚至通过其他途径获得了更丰富的答案，比如网络。

2.课中学习情况。课中主要考察学生的态度、呈现、合作互助精神、讨论发言的质量及创造性，可以与课中教学的5个环节（合作探究、释疑拓展、练习巩固、自主纠错、反思总结）结合，每项设定合适的分数。其中包括教师的评价和小组内学生的互评。翻转课堂后学生的总评成绩均有一定幅度的提高，翻转课堂取得了较好的教学效果。

二、思考与总结

（一）翻转课堂应具备整体化的教学设计思想

实施翻转课堂教学，教师的教学设计就变得尤为重要，教师备课的工作量因此加大了很多。教师在备课中不但要准备教学内容，还要准备学生的学习过程，即学生作为一个自主学习者在学习新知识时的思维过程。因此，翻转课堂的教学设计对教师能力的要求比传统教学要高很多。

（二）课堂上讲授内容要少而精

课上教学环节组织的好坏是翻转课堂成败的关键。首先遇到的问题就是多讲与少讲的问题，翻转课堂不是不讲课，而是要少讲、精讲。教师要根据了解到的学生课前学习情况，讲学生需要的、存在问题的内容。课前任务单布置的任务不能讲，否则学生可能不会进行课前学习。如果学生完不成课前学习任务，教师要查找原因，做出及时调整。如果确实是由于课前任务设计不合理，需要完善课前学习任务单。教师在翻转课堂上的讲课时间越少，翻转课堂的教学效果越好。

（三）教学中应以学生为主

我国的高等教育是以教师为中心的教学文化，也就是围绕“教师为中心、教材为中心和课堂为中心”而组织的，虽然发挥了教师在教学过程中的权威和主导作用，却忽视了学生的主体性和能动性。这种教学理念及相应的教学方法，有不利于发挥学生的主动性、积极性和创造性的一面，更有不利于培养学生主动实践能力的另一面。学习毕竟是学生自己的事情，只有学生自觉地参与到学习中来，才能实现教育之根本目的。建立以学生的学习为中心的课堂，转变具有工业化时代特征的以教师为主的教学方式，让学生对学习充满期待，是信息化时代课堂教学转型发展的重要方向。因此，在教学中强调学生的主体地位就显得十分重要，让每一位学生都能发挥自身的潜能，激发学习的积极性、主动性，实现全面发展。

（四）提高学生的工程实践能力

工程材料与热成形技术课程是大多数机械类或近机类专业学生较早接触到的技术基础课，因而其教学成效对学生今后学习专业课及对专业兴趣的培养，乃至今后对实践在工程中重要性的认识上都有极其重要的影响。而课程的教学质量与工程训练中学生的实践技能训练质量密切相关，学生理论学习的效果一定程度上取决于实习中实践能力的培养质量。而工程教育实践教学应以学生为中心、以活动为中心，为学生营造自我体验、自主学习、自由创造的环境，让学生开展基于项目的学习，在“做中学”。“做中学”的核心在于以学生为中心，让学生从构思阶段的概念设计开始，经历产品设计和产品实现，自主钻研，主动实践；在“做中学”模式中，通过不同层次的项目实践活动，让学生获得应用工程科学技术知识设计产品的能力和制作产品的能力。

作者：舒庆 邵俊鹏 朱捷 许小村 单位：哈尔滨理工大学机械动力工程学院 黑龙江科技大学 理学院