基于深度學習理念下《金屬熔煉與塑性加工》課程教學模式的解構與重塑

冀盛亞，常成，馮宜麗，常帥兵，楚莊，馬天鳳

（河南工學院, 河南 新鄉 453003）

0 引言

1976年，在教育心理學家布魯姆認知領域六層級（識記、理解、運用、分析、綜合和評價）基礎上，馬頓和塞爾喬首次提出了深度學習理論。經過40余年的發展，深度學習已成為國內外教育研究領域重要的學習理論之一[1]。

深度學習是一種學習狀態，它否定了對知識機械記憶、單純復述的淺層學習狀態，更強調在對學習內容深層理解的基礎上，解構知識點之間的交叉與滲透，重塑知識點之間的相互關聯，并在對知識點的架構、整合和遷移應用中，獲得高階思維的發展。簡而言之，深度學習的五大特征為：深度理解、批判學習、架構整合、遷移應用及高階思維發展[1-3]。當前，課堂教學改革的主旨是培養“知識人”到培養“智慧者”的轉型，“由識轉智”正是深度學習的理念和價值追求。

1 《金屬熔煉與塑性加工》課程的現狀及存在的問題

《金屬熔煉與塑性加工》是電纜工程專業的專業課。由于該門課程內容是《材料科學基礎》《金屬工藝學》《金屬塑性加工原理》3門課程的疊加與整合，涉及較多的原理、規律、概念、定義，且知識點之間的相互關聯多。在講授金屬的塑性變形時需要靈活運用滑移系、位錯的運動與增殖這些基礎理論，在講授回復與再結晶時需要熟練掌握合金相、相圖、相變對材料組織與性能的影響這些基本概念和規律。只有實現了知識點之間的融會貫通、課程前后章節之間的交叉融合，才能梳理該門課程的知識體系，實現系統化學習。目前這門課程面臨以下四大矛盾：

1）教學內容繁多而課時有限（24個理論課時）之間的矛盾。如何在有限的課時保質保量完成教學內容的講授，實現學生材料學理論知識與實踐能力的有機融合，成為《金屬熔煉與塑性加工》課程教學改革的首要任務；

2）材料學專業基礎知識的多樣性需求與非材料專業（電纜工程專業）學生基礎知識的相對薄弱之間的矛盾；

3）該課程應用背景的多樣性需求與學生實踐經驗匱乏之間的矛盾；

4）該課程知識點的靈活運用與學生慣有的死記硬背的學習方式之間的矛盾。

這四大矛盾導致學生無法深刻理解重點內容，出現畏難情緒，甚至降低了學習興趣。為進一步提高教學效果，《金屬熔煉與塑性加工》課程有待進一步改進。

2 智慧教學與課程融合發展的優勢及現狀

近年來，新興科技的蓬勃發展給教育行業的發展帶來了嶄新的機遇。利用這些智能化、信息化技術來實現教育的跨越式發展已成為世界各國的共識。為搶占數字教育的制高點，俄羅斯在《俄羅斯2024年前國家發展目標和戰略任務》中明確提出在2024年創建安全的數字化教育環境。2018法國發布《重建共和國基礎教育規劃法》中明確將“教育數字化”作為教育發展的關鍵方向[4]。

經濟的發展依賴于科技的進步，而科技的發展根植于人才的培養。基于可預測的巨大成長空間及廣闊的發展前景，為抓住稍縱即逝的發展良機，我國密集出臺了一系列政策，以倡導并推動教育的現代化變革。2019年中共中央辦公廳與國務院印發了《中國教育現代化2035》[5]和《加快推進教育現代化實施方案（2018—2022年）》[6]，提出“利用現代技術，建構數字化的網絡教育體系（平臺），并以此為載體，打破學習的時空限制，建設學習型社會，以期為我國的現代化建設提供大批創新型人才”。當前，作為科技的先導，國內外已有大量與數字化網絡技術相融合的教學系統及學科實驗平臺，其智能化、信息化技術及建設的經驗可以借鑒[7-14]。

深度學習需要學習者在整個學習過程中深入、專注、理性思考及批判性思維，而這不光需要學習者的高認知、高關注，更需要教師以培養學生知識、素質及分析和解決問題的能力入手，制定培養目標，設計教學方案，通過學習的組織與引導、溝通與協調，充分調動和發揮學生的積極性、主動性與創造性。基于“云、網、端”的智能化、信息化技術在及時化反饋、立體化交互、智能化推送、便捷化創設學習環境的優秀品質，極大地提升了學生學習過程的存在感、參與度，使得學生沉浸其中，通過多種感官來感覺和認知相關知識，實現思維的拓展與發散。依托智慧教學實現《金屬熔煉與塑性加工》課程的教學模式的解構與重塑，是實現該課程深度學習的必由之路。

3 《金屬熔煉與塑性加工》課程智慧教學新模式的塑造

1）以專業需求為導向、課程思政為引擎，優選教學內容。

教材是課程教學內容的載體，甄選課程教材。結合我校“對接產業、突出重點、打造特色、形成品牌”的學科建設思路，以能力培養為目標，重塑教學大綱，以“適用、實用、夠用”為原則，篩選教學重點，以專業需求為導向，遴選與整合各種優質網絡，通過課程網站的合作與共享，構建全新的課程內容體系。

俗話說“知之深才能愛之切”，《金屬熔煉與塑性加工》課程一方面應該立足華夏大地，厚植中華基因，傳承紅色精神。以課程思政建設為契機，深入挖掘思政素材，通過中國故事中的思政元素闡釋中國精神，實現立德樹人的標準，弘揚中華傳統文化教育和新時代中國國情教育，增強學生文化自信和民族自信，培養學生的愛黨、愛國、堅定的社會主義理想和價值觀。另一方面以人為本，弘揚人的價值，注重人的綜合素質培養和全面發展，通過展示新材料、新工藝等前沿科研成果，培養學生的創新意識、科學精神，在潛移默化中激發學生的學習熱情及科學素養，使學生“內化于心，外化于行”，實現愛國主義與科研精神的知行合一。

2）建設教學內容模塊二/三維動畫數據庫，演示知識點間的相互關聯、交叉與滲透。

使用右糖、Flash、TVPaint、萬彩骨骼大師、RETAS PRO或3D MAX等這些二維或三維動畫軟件將金屬與合金的凝固過程、晶體缺陷（點缺陷、位錯、面缺陷）的微觀形成機理、單晶體（多晶體、單相固溶體、多相固溶體）的塑性變形規律形象生動地展示出來，同時，收集、整合合金的微觀組織數據庫、材料性能數據庫、架構數據庫間的動態交互。利用情境化的教學內容，演示那些“艱深晦澀”的原理和規律，一方面可以提高課堂效率和教學的形象性。另一方面極大地調動學生的學習興趣。

3）增加實踐教學內容，提升學生的實操能力，培養其材料學創新思維。

制定實踐教學大綱，增加實驗教學內容，一方面提高學生對材料性能的直觀感受。另一方面，通過對平衡組織顯微觀察，深刻領悟什么是合金相、晶體結構、晶體缺陷及相圖的基本概念，深刻理解組織、工藝、性能三者的直接關系，培養學生材料學的創新思維。

4）依托超星泛雅教學平臺構建“云、網、端”線上線下混合式智慧教學模式。

近年來，得益于人工智能、量子科技、區域塊、大數據、云平臺、人工智能（AI）、物聯網等新興科技的階躍性發展，各種云上教學平臺（網易云課堂、騰訊課堂、超星學術、新東方、YY教育、短書、精品MOOC、輕輕教育）如雨后春筍般層出不窮，這些云上教學平臺不但設計、制作并儲存了大量優質的教學資源，而且開發出性能完備的網絡授課系統、訓練測試系統、學習管理系統、應用反饋系統。同時，通信信息技術的快速迭代及5G網絡的高速普及，使得“云、網、端”（云上教學資源、5G網絡、手機客戶端）的高效組合成為可能（如圖1），這一方面打破學習的時空界線，學生可以自主選擇合適的學習時間、地點及學習內容，提高了學生學習的自主性，另一方面也打破了學習的物理空間，線上線下多元化的知識體系有利于復合型人才的培養。因此，以超星泛雅教學平臺為依托，探索基于“云、網、端”一體融合的智慧教學模式，成為高等教育教學改革的必由之路。

圖1 基于深度學習理念的智慧教學模式設計

基于深度學習理念，以布魯姆認知六維度為指導，制定知識、能力及素質三階遞進的課程教學目標，撰寫課程線上線下混合式教學設計、學生學習任務書，探索促進學生深度學習的教學策略設計，架構基于“云、網、端”一體融合的智慧教學組織及教學流程的安排策略、教學信息的傳遞及協作策略、教學資源的組織分配策略，旨在幫助教師根據教學內容的不同，靈活地改變教學方式，并根據學生特征分析（知識水平、學習能力、思維能力、理解能力、學習方式及學習風格等）的差異性因材施教。通過“云、網、端”一體融合的智慧教學實踐，引導學生獲得全新的深度學習體驗，嘗試由教師控制的替代型教學策略向學習者控制的生成型教學策略演進[15]。

學習者控制的生成型教學策略，改變了以教師為主的傳統教學結構，教師成為整個學習過程的引導者、幫助者與促進者，學生成為整個學習過程的主要承擔者，不但側重于專業知識的傳授，更強調對學生學習興趣的激發和學習主動性的培養。

課前，依托超星泛雅教學平臺，發布教學資源（課程線上線下混合式課程教學設計、課程學生學習任務書，精品MOOC及主題討論），通過查閱泛雅教學平臺學生的預習狀態及主題討論情況制定教學計劃。課堂上，教師既保留原有的教學思路與教學目標，同時依據學生的自學情況采取相應的教學策略。采用分組討論、翻轉課堂、傳統教學相結合的教學模式，并通過“舉手”、“搶答”“討論”等環節，讓更多學生參與其中。為培養學生獨立觀察思考問題、分析問題、解決問題的能力，鼓勵學生自己對重點、難點進行解析，教師點評，這樣不但能有效地實現“師生互動”或“生生互動”，增強學生的團隊合作意識、自主學習能力及語言表達能力，而且能調動學生的聽講情緒和激發學生的學習熱情。

4 結語

借智慧教學的東風，為課程的深度學習助力賦能，是提高課堂教學質量與效果、促進學生全面發展、增強本專業學生的核心競爭力的需要，也是高標準、高效率地完成高層次復合應用型人才培養的根本任務，更是時代的呼喚。