新工科背景下專業課程多元混合式教學實踐與思考

楊貴榮 李亞敏

摘? 要：傳統的教學與學習模式已經與新工科和社會發展對人才的需求不相適應，基于認知神經科學的一般規律和飛速發展的互聯網與大數據技術提出了六環節混合式教學實踐，即學生課前自學、學生課堂講解、教師重點分析與歸納、課堂測驗、案例探究與分析、綜合論文，以工科專業課程“特種塑性成形”為例來開展，在該教學設計執行過程中將知識理解、運用、集成、發展、創新形成有機結合并實現逐步升級，讓學生的學習過程由知識掌握轉化為能力培養與思維提升，使學生通過課程學習逐步培養獨立思考能力和靈活開放的創新意識。

關鍵詞：多元混合式教學;知識集成掌握;能力培養;創新意識

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）09-0128-04

Abstract： The traditional mode of teaching and studying has not been adapted to the demand of the new engineering and social development for talents. A six-part blended teaching practice was proposed based on the general rules of cognitive neuroscience and the rapid development of the internet and big data technology. The six part are students' self-study before class， students' classroom explanation， teacher's key analysis and induction， classroom test， case study and analysis， comprehensive paper， respectively. Taking the course of special plastic forming as an example to carry out this teaching practice，in the process of teaching design implementation， knowledge understanding， application， integration， development and innovation will be organically combined and gradually upgraded so that students' learning process will be transformed from knowledge mastery to ability cultivation and thinking improvement. In the end， the students would gradually develop their independent thinking ability and flexible and open consciousness of innovation through course learning.

Keywords： multiple blended teaching; knowledge integration and mastery; ability training; innovation consciousness

引言

習總書記在全國教育大會上指出，要努力培養擔當民族復興大任的時代新人[1]，培養全面發展的社會主義建設者和接班人是中國高等教育新時代下的重要使命。快速發展的科技推動了新的產業變革，這就要求高等教育要培育既能適應快速發展的產業要求又能應對未來的具有創新能力的工程人才。教育部及時推出了新工科建設[2]，實施卓越工程培養計劃。新工科建設引發的教育模式改革、專業建設升級、產學研協同育人等成為高等教育教學深入改革的焦點。而高等教育的實施是以課程為載體的，課程體系的構建、建設與改革及教學方式的改革是實現高等教育改革的基石[3-5]。傳統的教育模式和學習模式已經無法滿足當前產業界的現實需求，人才的培養要聚焦未來科技與產業發展對工程科技人才的需求，明確培養目標和畢業要求，設計整體培養計劃，建好每一門課程。隨著互聯網、大數據、云計算等技術快速發展以及移動智能互聯設備的普及，E-learning逐漸被人們接受并應用，學習者可以借助移動設備隨時隨地學習，打破了時空限制[6-7]。基于新工科人才培養的需求以及互聯網與多媒體日益發達的時代背景，還原教育的本質即以學生為中心、以學生為學習主體、以知識內化為基礎、以知識發展/思維拓展與創新能力培養為目標的課程教學改革勢在必行。

一、工科的專業課程面臨的問題

傳統教學模式是以課堂上教師的講授為主的封閉模式，在互聯網不夠發達的時期，這種授課模式以保障教學內容的整體性、連貫性及系統性上發揮了很大的效力，隨著互聯網技術、各種MOOC平臺、多媒體技術等的發展對傳統教學模式產生了很大的沖擊[8]，大學生上課出勤不容樂觀，大學教師們不得不采取點名、隨機抽查、簽到機或掃碼點名等方式來保障課堂出勤率，雖然學生來到了課堂，可是又出現了課堂成效低的結果，一方面信息技術的快速發展使得手機很容易獲得相關的慕課視頻，學生可以自己下載或在線觀看;另一方面由于專業課程一般都在大學三年級第二學期至大四學年開設，這時候準備考研的同學已經開始了長線考研復習計劃，課堂上就會有相當一部分同學在看自己考研的書籍;還有一部分同學在低頭看手機，即使沒有一直低頭看手機也會時不時看一下，據調查，接近六七成的大學生在課堂上每十分鐘就會看一次手機。從學生角度來分析，一方面是沒有學習目標與動力導致不想學;另一方面是自控力差導致不能堅持學習。從教師角度來分析，一方面可能是教學模式呆板沒有吸引力;另一方面可能是課堂教學內容陳舊枯燥乏味。可見傳統的教學模式不再適用于互聯網快速發展時代的大學生，現在人們能夠簡單快捷地從網絡獲取各種信息，更不用說大學生了，因此，現在學生獲取知識的渠道不再局限于課堂學習了。

韓愈曰“師者，傳道授業解惑也”，重點在于授之以“漁”而非授之以“魚”，正如我國著名教育家陶行知先生所說：“好的先生不是教書，不是教學生，乃是教學生學。”可見，教師的最高境界，不是教會了學生多少知識，而是激發學生的求知欲和好奇心。而傳統教學模式下的授課，教師面對中大規模班級使得教學活動難以實現個性化設計，對于學生個性化的引導與激發自主學習興趣和探索能力培養難以兼顧大部分同學。鑒于互聯網時代下的信息渠道多樣化、簡易化、豐富性等特點，大學課堂應以提高學習能力、增強學習興趣、提升學習效果為目標。在專業工程認證及新工科發展的時代背景下，專業課程的授課應以激發學生的學習興趣、調動學生的學習主觀能動性，以知識理解、知識運用、知識集成、知識發展、知識創新為發展思路的能力培養與創新型人才培養目標為基準來進行課程的教學改革。

本文以所授課程材料成型及控制工程專業的專業課程《特種塑性成形》為例來進行課程教學改革實踐探索與思考，結合該門課程的特點將課程的學習分為六個環節，即課前自學、課堂小組講解、教師重點分析與歸納、課堂練習測驗、分析討論以及綜合論文的混合式教學模式，全方位激發學生自主學習，提高學生學習興趣，培養學生思維拓展與創新能力。

二、翻轉課堂的教學實施

特種塑性成形是一門專業拓展課程，即材料加工與控制工程專業塑性成形方向的學生在學習了塑性成形理論、鍛造工藝與模具設計、金屬擠壓與拉拔工藝、塑性成形設備、塑性成形控制工程基礎等專業課程后要學習的一門新型塑性成形工藝與技術，這些塑性成形技術都是在常規塑性成形技術的基礎上發展來的，比如超塑性成形技術，常規金屬材料的塑性變形量即伸長率黑色金屬不超過40%，而有色金屬也不超過60%，而在某種特殊條件下發現材料的延伸率可以超過100%甚至達到2000%，超塑性成形技術就是在此基礎上發展而來的，針對這門課程的特點設計了課前學生自學+翻轉課堂+教師重點分析與歸納+課堂測驗+問題探究式課堂+論文綜述的混合式教學。首先說翻轉課堂，就是每次課設計1-2個知識點讓學生課下通過互聯網、各種MOOC平臺、各種媒體資源以及書籍等自學，在自學的基礎上做成PPT，完成課前自學環節;而后在課堂上進行講解，每次課的講解為一個小組，整個課程根據內容可分成10-15個小組，事先對學生進行分組、布置自學講解內容以及講解時間如表1所示為課程整體講解安排，而非講解課堂內容的學生對于本部分的內容也需要自學，在每次課進行過程中講解小組同學講解的同時需與下面的同學進行互動以增強學習效果，小組同學講解時間控制在每次上課時間的三分之一左右，然后教師對本次課的重點內容即同學講解不夠清晰的內容進行多角度分析講解，并對本次課內容進行歸納總結，然后進行課堂練習測驗，即對本次課學習的內容進行進一步強化。

三、探究式教學實施

每次課程在完成學生小組講解、教師重點講解歸納與課堂練習測驗后進入下一個教學環節即分析討論環節，在該環節中教師提供與本次課程主要知識點相關的綜合性案例分析或科學研究的最新結果進行分析，分析過程中不僅僅會用到本次課程的內容，還會涉及以前學習過的所有基礎理論知識或專業知識，分析討論部分的內容又分為兩大類即知識理解/強化型問題與知識應用/拓展型問題，第一類問題旨在強化學生的知識內化與知識傳遞，第二類問題旨在培養學生的知識的集成與應用、判斷力的形成、思維拓展與創新能力的培養。

例如在講解學習了超塑性成形的特點、分類及影響因素后給出的分析討論的問題為：為什么非共晶或非共析型合金難以具備超塑性？提示：具有超塑性的金屬或合金的組織特征，即微晶組織超塑性、相變超塑性、短暫超塑性以及升溫超塑性各自需滿足什么條件才能具有超塑性，對比分析共晶型合金與共析型合金的組織具有什么特征，非共晶或非共析型合金的組織具有什么特征。該問題不僅涉及到本課程學習的知識點，而且還涉及到以前學習過的專業基礎知識即金屬學與熱處理課程中金屬合金的凝固過程，不同類型即共晶型合金、共析型合金、非共晶型合金以及非共析型合金所得的室溫組織特征，合金的凝固組織可以通過什么措施來對其進行調控或者處理以得到期望的組織，在學生討論中引導學生分析學習過的二元合金即鐵碳合金為例，分析鐵碳合金相圖上亞共晶合金、共晶合金、過共晶合金、亞共析合金、共析合金及過共析合金室溫下微觀組織結構特征，在學生討論結束后隨機提問一兩組同學來分享討論分析的結果，此時其他同學有什么問題都可以展開全班同學的互動，最后教師歸納總結知識點及其關聯性，進一步強化學生對本次該課程呈現知識點的理解與知識的集成掌握。該問題屬于知識理解/強化型問題，此類問題在加深理解本次課程內容知識點的同時進一步強化關聯到已學習過的基礎理論知識，便于學生建立知識關聯的知識鏈，同時通過該問題的分析討論培養和鍛煉了學生的知識關聯與思維拓展能力。

第二類分析討論型問題就是最新研究結果或工程案例的分析，這類問題通常在一章內容學習即將結束的課程時間段內實施，例如在學習了超塑性成形技術后給出的案例分析：Zn-22%Al合金超塑性成形薄壁工藝零件采用差溫拉伸與立體脹形相結合的成型過程與結果分析，給出模具的主要尺寸及主要工藝參數如變形區溫度、凹模肩溫度、凸模下降速度、坯料直徑，差溫拉伸后的杯壁厚分布圖，立體脹形后成形件的不同位置處的微觀組織形貌，讓學生來討論分析差溫拉伸的原因及哪些部位可獲得超塑性變形，不同位置處的微觀組織形貌特征分析以確定超塑性變形帶來的組織變化。首先引導學生從合金的成分來分析該合金屬于哪種類型的合金，即該合金可以通過什么方法來獲得超塑性，而后根據超塑性成形特征來確定超塑性成形溫度范圍，要做到這一點需要學生能夠熟練地掌握超塑性的特點與分類，在此基礎上對差溫拉伸的工藝參數進行判斷和分析，即哪些部位需要獲得超塑性;根據已經學習過的機械力學中構件的受力分析與材料力學并結合前期學習過的專業課程模具設計來分析拉伸過程中的應力分布與應力變化情況;在超塑性成形學習過程中還學習了超塑性成形對微觀組織及力學性能的影響，在熟練掌握這個知識點的基礎上分析所得工藝零件不同位置處的微觀組織特征及變化情況。在這個問題討論分析中不僅涉及超塑性變形的特征、超塑性的獲得條件、超塑性變形帶來的微觀組織的影響或變化、超塑性變形的模具設計及注意事項等本課程涉及的主要知識點，還涉及到以前學習過的力學、金屬學、模具設計等相關知識，整體分析不僅培養了學生對于知識的集成掌握與應用，還鍛煉了學生對于某個特定問題的判斷能力，這就需要根據已有掌握的知識與給出的現有結果來進行對比、識別、而后做出判斷，對整個工藝過程與結果的分析使得學生在知識集成掌握的基礎上進行內化、應用、傳遞、發展、創新，即達到了培養判斷力形成、思維拓展與創新能力的目標。

四、混合式教學模式的實踐與成效分析

在本課程學習中完整地學習了一種超塑性成形技術之后給學生布置大論文即綜合性論文，本課程不進行試卷形式的考試，學生自由選擇一種特種塑性成形技術來論述該技術的起源、發展、成形原理、技術特點、成形優勢、發展前景，而后選擇一種或一類零部件為實例來具體分析采用該成形技術的特點即該類零件具有什么結構特點，性能要求或成形技術要求，對比特種塑性成形技術特點來論述采用該技術的優勢以及可能存在什么缺陷或劣勢。這給了學生較大的自由度，能夠使學生最大限度地發揮自己的潛能來查閱相關資料，按照自己的思路或想法來進行論述。

該課程的教學采用了學生課前自學、學生課堂講解、教師重點分析與歸納、課堂測驗、知識點問題/案例討論、論文式結課作業來進行，對于本課程成績的考核為形成性的過程考核制，主要分為課堂講解（20%）、課堂測驗（20%）、討論分析（20%）以及論文（40%）四個部分，每個部分占有不同的成績比重，改變了以往最終一次考試成績來決定學生本門課程的學習成績，大大降低了投機取巧、最后突擊獲取好成績的幾率，這就要求學生能夠隨時用心進入課堂。表2為近三年即三次實施該方案進行教學的學生成績考核平均統計分布結果，由課堂講解成績分布結果可見85%左右的學生能夠較好地完成課前自學，其效果可由課堂測驗結果驗證，課堂測驗結果顯示90%左右的學生能夠對本次課主要知識點的掌握達到50%以上;而討論分析部分的結果顯示基本接近一半的學生對于知識點的集成、發展、思維拓展與集成應用不夠理想;綜合論文部分可見85%左右的學生能夠較好地完成教師預期的任務;最后的總評成績部分顯示最終成績較為優秀的學生占比接近30%，對于本課程學習內容掌握在75%-85%之間的學生接近50%，通過六個環節的教學實施可見對于本門課程的掌握程度在60%以上的學生接近97%，只有極個別學生不能夠跟上課程的設計節奏。未實施教學改進即課堂教師講授、課下作業（40%）、結課考試（60%）模式時的成績考核結果統計（課程改革前三年成績結果統計）見表3，可見最終總評成績優秀的學生占比約20%，而實施教學改革后最終優秀學生占比接近30%，對于本課程學習內容掌握在75%-85%之間的學生接近40%，而實施教學改革后該分數區段的學生占比接近50%，通過授課、課后作業及最終考試對于本門課程的掌握程度在60%以上的學生接近92%，對本課程掌握程度在60%以下的學生為8%左右，教學改革后該區段學生的占比降低了5%，可見經過改變授課方式即采用混合式教學方法之后學生對本課程的掌握程度提高，優秀率提高，由表1分析結果為后續的教學也提供了一定的數據基礎，即后續教學過程中仍需要進一步加強課堂分析討論部分，使學生對于知識點的掌握與內化得到強化，有利于學生知識的運用、發展、集成應用、集成發展、思維拓展及創新能力的培養。

五、結束語

在課前自學、課堂講解、重點分析與歸納、課堂測驗練習、分析討論以及綜合論文六個學習環節中學生都需要時刻主動地參與到教學設計的情境中，教師能夠最大限度地掌握學生真實的學習效果。這種以學生為中心的教學理念，引用多種教學方法交叉進行極大提高了學生上課的積極性和專注力，該教學方式的改變不僅提高了本課程的教學質量，還能促進學生自我學習與終身學習能力的培養、學生對知識的掌握與內化的強化、學生分析問題與解決問題能力的鍛煉、學生思維拓展與創新能力培養的深化，這對于學生以后的工作或進一步深造均具有重要的作用。

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