金屬材料工程專業核心課程的“理論-實驗-虛擬仿真一體化教學模式”改革探索

趙性川 李玉超 王長征 黃寶旭 馬杰

摘要新型適合時代發展特點的教學模式應堅持以學生為中心，將教學目標由過去知識傳授改變為學生創新能力、學習能力和動手能力培養。讓學生學會科學分析、解決問題的思維方法，必須把教學方法的改革當成一項系統工程。在改革時，必須統籌兼顧教學理念、教學內容、教學手段、實踐環節、考核方式等因素。因此，圍繞應用型人才能力的培養開展專業教學改革，一直是工科領域教育者關注的重點。

關鍵詞 教學改革 一體化教學 金屬材料工程

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.28.040

ReformandExplorationof"Theory-Experiment-VirtualSimulationIntegrated TeachingMode"forCoreCourseofMetallicMaterialsandEngineering

ZHAO Xingchuan， LI Yuchao， WANG Changzheng， HUANG Baoxu， MA Jie

（School of Materials Science and Engineering， Liaocheng University， Liaocheng， Shandong 252000）

AbstractThe new teaching mode suitable for the characteristics of the development of the times should adhere to the student-centered idea， and change the teaching objective from implanting knowledge in the past to the cultivation of students’ innovation， learning and practical abilities. Let the students learn scientific analysis and problem-solving thinking method. The reform must be taken into account factors including teaching concepts， teaching contents， teaching methods， practical process and assessment methods. Therefore， the development of professional teaching reform around the cultivation of application-oriented talents has always been the focus of engineering educators.

Keywordsteaching reform； integrated teaching； metallic materials and engineering

當前我國的人才培養體系中，高級類型人才較為缺乏，人才團隊建設不夠完善，急需改善。[1]地方本科高校是人才培養的搖籃和基地，培養具有應用能力的高級應用型人才是地方本科高校的辦學宗旨和職能所在。[2]培養高級應用型人才需要高校在師資、資源、設施等方面大量投入，還需要創新教學模式。但現階段，不少高校在高級應用型人才培養環節存在不足，培養的學生創新能力和實踐能力不足，實際動手能力和解決問題能力欠佳，與社會需求結合不夠緊密。主要原因是，教學過程中教學方法單一、教學形式簡單，不能滿足以問題取向和知識應用為目的培養模式。

如何開展金屬材料工程專業核心課程教學方式和形式的改革建設，滿足應用型人才培養需求，構建理論教學、實驗實踐及虛擬仿真的有效協作，一直是金屬材料工程專業教學研究關注的熱點。

1金屬材料工程專業現有教學模式分析

這一專業更側重于實際應用，在培養學生時注重提升其綜合能力，在增長理論知識水平的同時注重實踐經驗，讓學生能夠走出課堂，將知識轉化為實際效應，[3]利用所學知識解決實際生活中的問題，并在此過程中不斷完善自身思維體系。

學科注重書本知識與實踐經驗之間的結合。[4]作為金屬專業的專業核心課程，“金屬學原理”“金屬熱處理原理及工藝”“金屬材料學”“材料研究與測試方法”“材料性能學”等課程的教學質量直接決定了本專業學生對于金屬材料的認識和掌握水平，影響學生日后對于本專業繼續深造的科研潛力和動力。從課程性質和特點上來看，這些核心課程不僅內容涉及面廣、綜合性強，有些內容較難理解；而且知識點繁雜，課程中的許多術語概念較抽象，且又缺乏嚴格的邏輯性，[5]許多學生學起來感到枯燥乏味，內容零散抓不住要點，學習起來難度較大。這些課程的特點決定了其在教學方法上具有與文科及邏輯性較強學科有明顯的不同，所以當前教師需要考慮的問題是，如何在教學過程中幫助學生調動積極性，提高學生的學習興趣，如何幫助學生做到全身心投入到學習過程中，深入理解理論知識，并以此為基礎進行金屬材料的應用。

金屬材料工程專業核心課程理論知識內容繁雜，同時實踐性非常強。然而，實驗實踐教學在不少高校并未得到足夠重視，實驗實踐教學環節做得不夠到位，實踐教學環節相對薄弱。表現在教學安排上，存在重理論輕實踐，實驗實踐教學被看作理論教學的補充，自主性實驗少，演示性和驗證性的實驗教學偏多，不利于培養學生的創新能力和動手能力，使學生在綜合能力及創新意識的培養上不盡如人意。所以，為了鍛煉學生的動手能力，提升改善相關實驗課程是十分必要的。

實驗教學與理論教學具有互補互輔的特點，實驗不僅實踐性強，還能將理論知識展現得更加直觀，具有一定的啟發性和探索性，能夠較好的彌補理論教學的不足，對學生穩固掌握理論知識、用理論聯系實踐、培養創新思維、分析和解決實際問題等方面具有重要作用。本研究以此為出發點，通過對金屬材料專業核心課程進行教學方式和形式的改革，采用理論學習和實踐相結合、問題取向教學、虛擬模擬教學等教學方法來探究其對學生能力提升的影響。

實驗課程是金屬材料工程專業的不可或缺的實踐性課程，是課堂理論教學與實踐環節相結合的有效途徑。在理論課程授課過程中及時穿插結合實驗環節中的有關內容，一則可以活躍課堂氣氛，激發學生的學習興趣，二則能夠加深對所學內容知識的理解，并為后續的生產實習環節提供必要的感性認識和初步經驗。本專業類屬工科，在進行教學活動時，多組織學生進行實驗，讓學生在親身實踐的過程中積累實際經驗，鍛煉其動手能力，做到手腦協調發展，幫助學生在理論知識與實踐經驗之間搭建橋梁。雖然金屬材料工程專業的核心課程都是實踐性很強的課程，需要實驗實習等實踐來支撐，由于經費、實習條件等原因，實習效果較差，實踐教學不能緊密結合生產實際，學生動手能力和創新意識有待提高。面對這些問題，鼓勵在理論教學與實踐教學相結合的基礎之上，進一步完善虛擬仿真實驗，在這一實驗過程中幫助學生強化創新能力。這一新型實驗類型是以現實材料為基礎，借助當前多媒體技術，利用數據庫提供豐富資料，幫助學生在人機交互的真實體驗環境中更好的完成實驗，增強學生的實際代入感。這一實驗與金屬材料相關內容緊密貼合，能夠在現有內容的基礎上進一步實現擴充，幫助學生開闊眼界，提升課堂教學效率，當時虛擬的環境也能夠進一步保證師生安全，減少實驗過程中產生的污染，實現綠色實驗環境，使實驗效果與教學大綱的要求內容進一步貼合。

2“專業核心課程的理論-實驗-虛擬仿真多元一體化教學模式”分析

教學改革的關鍵在于如何通過合理的措施，激發學生的學習興趣，培養學生的各項能力。為此，本項目提出“專業核心課程的理論-實驗-虛擬仿真多元一體化教學模式”，項目主要研究內容如下：

更新教育理念，改革人才培養模式，制定以學生為中心人才培養方案。對接社會需求和行業產業發展更新本專業的培養目標，跟蹤崗位需求設計專業本科生的畢業要求，對接畢業要求設計課程體系和教學的思路，制定修訂人才培養方案，提高教育質量；建立校院系三級自查自糾和第三方評估的質量保障機制，定期對培養方案進行合理性評估。優化專業課程設置，建立課程動態調整機制。

專業核心課程的內容優化及課程教學方法探究。構建以學生為中心，培養學生能力為本的課程內容體系，在確保知識系統、連貫和完整的前提下，精煉專業理論的授課內容，根據本專業課程內容所具有的綜合性、應用性和經驗性特點，注重挖掘現象背后的本質問題，在不同內容之間建立聯系，完善整體知識體系。按照“核心、主線、脈絡”三位一體的知識構架，優化現有的教材資源，緊跟學科及專業前沿發展，根據科學前沿和行業反饋及時更新教學內容。編寫適合于培養應用型人才的教材，并制作配套的多媒體課件。

結合金屬材料核心課程既有理論基礎又含工程知識的特點，綜合利用多種教學方法，結合不同種方法的優點，總是借助當前新興的多媒體技術，幫助實現擴展空間，讓學生在不同類型的教學手段下更好的完成教學任務，構建起適用于金屬材料專業的多元教法的教學模式，獲得教學模式構成要素與教學內容之間的關聯性，研究多元要素的協同效應對專業核心課教學效果的影響。

構建“理論-實驗-虛擬仿真”多元一體化協同教學模式。強化理論課與實驗實踐課的銜接性，設計出理論與實驗知識體系有機統一的專業核心課程群。按照“兩性一度”標準，開展慕課、SPOC建設，建設“金課”；開設虛擬仿真實驗課，為推進“智能+”教育“金課”體系奠定堅實基礎。整合課堂、實驗實踐平臺、虛擬仿真平臺等多種教學資源，構建起資源協同且教法多元化的教學模式，建立起教學內容與教學模式之間的關聯性，研究教學模式各要素的協同效應對專業課程教學效果的影響。

優化專業課程設置，建立課程動態調整機制。通過網絡信息資源調研專業研究的前沿科技成果，通過問卷調查、畢業生跟蹤、專家咨詢以及企業走訪來調查行業對學生能力的需求，同時注重考慮當前社會需求以及生源質量分配等具體社會動態情況，靈活調整開設的相應課程，緊扣國家和區域發展需求，主動適應新技術新業態，著力更新新一代金屬加工技術、現代金屬材料等社會前沿理論知識，以專業認證為抓手，優化培養方案中的課程結構，促進質量提升，強化課程教材及內容建設，打造專業“金課”。

加強“理論-實驗-虛擬仿真”多元教學模式融合，不斷完善協同育人和實踐教學機制。通過搜集、檢索、分類、對比、歸納文獻資料，調研專業教學模式的研究成果，積極向更多一流專業、一流實驗環境、實驗基地的學習，引進優質課堂內容，加強地域間的聯系，積極求得政府支持，與當地發展良好的工業化企業進行合作，在發展理論學科的同時與產業相融合，加快人才知識轉化，明確人才培養目標，加強現代工程實驗實訓中心、教師教育技能訓練中心等實踐教學資源的整合利用，促進專業與行業企業之間的對接，加快人才團隊建設速度，加快知識人才的轉化，使得高校與社會之間的合作進一步緊密，共建開放機制。構建“理論-實驗-虛擬仿真”多元協同教學模式，并通過學生反饋機制及專家咨詢，優化“理論-實驗-虛擬仿真”三者之間的銜接點，通過觀察、問卷、座談的形式，采集多元協同教學模式的教學效果。

3結論

經過本次研究，力爭給出更為科學的實驗與教學新興模式，提高不同部分之間的協同發展程度，積極推進以人為本的教學模式，將理論知識與實踐能力之間的發展相結合，促進綜合素質的進一步提升可，注重多方面綜合發展，發展應用型實驗觀念。在教學中做到以學生為主，讓學生積極參與充分發揮主觀能動性，啟發創新思維，培養出理論、實踐等綜合素質能力型人才。

基金項目：2019年第二批產學合作協同育人項目（201902085014）；聊城大學2019校級教學改革項目（G201902z）

參考文獻

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