淺談新工科課程教學(xué)改革的重要性

［摘 要］ 結(jié)合學(xué)生專業(yè)課程自主學(xué)習(xí)積極性不夠高的特點，探索在金屬材料工程專業(yè)基礎(chǔ)課“金屬力學(xué)性能”的教學(xué)過程中建立線上資源庫。通過互聯(lián)網(wǎng)平臺，將課堂延伸到線上線下結(jié)合，增加隨時互動、線上測試等功能。增加教師與學(xué)生良性互動、思想交流和情感聯(lián)系，及時解答學(xué)生的學(xué)習(xí)困惑。探討如何利用網(wǎng)絡(luò)資源和信息技術(shù)工具檢索、分析、總結(jié)金屬材料研發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域的最新動態(tài)和未來趨勢。以金屬材料在國民經(jīng)濟建設(shè)中所發(fā)揮的核心作用，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)認(rèn)知，增強學(xué)生的專業(yè)自豪感和使命擔(dān)當(dāng)。

［關(guān)鍵詞］ 金屬力學(xué)性能；教學(xué)改革；強化過程考核；提升專業(yè)自豪感

［基金項目］ 2022年度上海市高地大項目“卓越創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系建設(shè)——上海市市級一流課程建設(shè)（金屬力學(xué)性能）”（N.13-G311-23-229）

［作者簡介］ 張 梅（1967—），女，上海人，工學(xué)博士，上海大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院高級工程師，博士生導(dǎo)師（通信作者），主要從事金屬材料強韌化研究。

2017年，教育部提出了助力高等教育強國建設(shè)的新工科建設(shè)方針，引導(dǎo)高校面向未來，培養(yǎng)工程和創(chuàng)新能力強、有全球視野、能支撐和引領(lǐng)未來戰(zhàn)略布局的全面發(fā)展的復(fù)合型工程科技人才［1］。我國近期的工程教育改革方向是新工科教育，以立德樹人引領(lǐng)，培養(yǎng)創(chuàng)新型的多元化卓越工程人才，主要路徑是交叉融合、繼承創(chuàng)新、協(xié)調(diào)共享［2］，是對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的主動響應(yīng)。“雙一流”高校的新工科建設(shè)包括：對標(biāo)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)新設(shè)置的工科專業(yè)，以及對已有傳統(tǒng)工科專業(yè)的轉(zhuǎn)型優(yōu)化和升級［3］。

工科課程知識點多，有理論計算及公式推導(dǎo)，也有偏重應(yīng)用的實操訓(xùn)練，學(xué)時緊、內(nèi)容多［4］。在互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展下，越來越多的高校不斷嘗試教學(xué)改革和創(chuàng)新，新工科專業(yè)課程更多傾向于采用線上線下混合教學(xué)或線上教學(xué)，使學(xué)生對較枯燥的專業(yè)知識產(chǎn)生興趣，在學(xué)習(xí)中實現(xiàn)能力提升［5］。本科教學(xué)轉(zhuǎn)為以學(xué)生為中心，重塑教學(xué)新體系，注重多元化、個性化育人，注重產(chǎn)教融合、科教融合和學(xué)科交叉，以產(chǎn)業(yè)發(fā)展及國家重大需求為導(dǎo)向，制訂多學(xué)科專業(yè)交叉融合、柔性化、個性化創(chuàng)新型專業(yè)人才培養(yǎng)方案。以新理念、新形態(tài)、新方法，不斷加強專業(yè)內(nèi)涵，培養(yǎng)具有基礎(chǔ)寬、厚廣博、學(xué)科交叉融合、創(chuàng)新思維、實踐能力、跨界跨文化交流能力、引領(lǐng)未來的卓越工科人才［3］。

一、工科課程教學(xué)中存在的問題

1.課程教學(xué)內(nèi)容和主題單一。當(dāng)前，高等院校教師在教學(xué)過程中普遍存在教學(xué)主題內(nèi)容缺少廣度且偏陳舊，嚴(yán)重滯后于行業(yè)工藝技術(shù)的發(fā)展，與實際生產(chǎn)脫節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新意識培養(yǎng)效果不理想［6］。

2.教學(xué)方式單一。以下是當(dāng)代高校的常規(guī)教學(xué)方式：由教師先進(jìn)行傳統(tǒng)方式理論講授教學(xué)，之后學(xué)生完成課后作業(yè)、輔以課外知識的拓展及實驗，同時教師在課堂內(nèi)給學(xué)生答疑，這種教學(xué)方式難以充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性和能動性，因此教學(xué)效果和學(xué)習(xí)效率相對低下［7］。

3.考核方式較單一。工科課程的傳統(tǒng)考核包括：出勤、平常互動表現(xiàn)、作業(yè)、期中或期末考試等。通常平時占三成、期末占七成。缺少過程考核及答辯環(huán)節(jié)，以區(qū)分個性化成果是否由學(xué)生自己獨立完成，且成果難以真實評價學(xué)生的能力和綜合素養(yǎng)［7］。

針對以上種種問題，工科課程教學(xué)改革的重要性不言而喻。重點要在知識傳授中融入能力培養(yǎng)和價值塑造，將思政教育元素潤物無聲地融入工科專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)過程中。

二、新工科課程的教學(xué)方法改革

1.教學(xué)模式設(shè)計。由于工科專業(yè)課程知識點多、計算公式復(fù)雜深奧，相對來說比較枯燥，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不濃。當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)科技迅猛發(fā)展、線上資訊及信息內(nèi)容豐富多彩，對學(xué)生有強烈的吸引力，且可以24小時在線自主學(xué)習(xí)與評價，因此嘗試充分利用現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)科技的優(yōu)勢，探索了采取線上線下相結(jié)合的混合教學(xué)模式，以達(dá)到更佳的教學(xué)效果。

我們在“金屬力學(xué)性能”課程教學(xué)模式設(shè)計中，以及線上線下混合式教學(xué)過程中，不但考慮了培養(yǎng)學(xué)生夯實理論基礎(chǔ)，還注重了實驗或?qū)嵺`教學(xué)，采用了混合教學(xué)模式。既要發(fā)揮線下課堂授課時師生面對面交流方便、學(xué)生注意力集中的優(yōu)勢，也要發(fā)揮線上教學(xué)的靈活機動、資源豐富、教師可隨時獲得學(xué)生的線上學(xué)習(xí)進(jìn)度數(shù)據(jù)和學(xué)習(xí)難點等諸多優(yōu)點。同時，無論線上線下課堂，都給學(xué)生留出提問、解答和探討交流、思想碰撞的時間。以“金屬力學(xué)性能”課程為例，課前：在超星平臺發(fā)布教學(xué)任務(wù)和相應(yīng)的文檔資料、視頻、動畫、鏈接等資源，資源涉及內(nèi)容包括上節(jié)課的抽象定義、知識點、重點和難點解析、課前思考題以及練習(xí)題等。課中：在講授理論知識過程中，計算公式的原理、假設(shè)和推導(dǎo)，采用板書和PPT等相結(jié)合的形式，使學(xué)生對抽象知識具體化，能夠更形象地理解抽象知識。課后：利用網(wǎng)絡(luò)的特點和優(yōu)勢，加強課后交流與難點解答，增加拓展任務(wù)，使學(xué)生充分掌握課程的知識點，除了鞏固知識，也注重能力培養(yǎng)及綜合素養(yǎng)的提升。

2.教學(xué)方式改革。學(xué)習(xí)過程中，線下課堂的教學(xué)是最重要的環(huán)節(jié)。提高課堂學(xué)習(xí)效率，對學(xué)習(xí)整體效果的作用不言而喻。學(xué)生有課內(nèi)注意力不集中、時而神游課外的情況，由于教學(xué)進(jìn)度很快，學(xué)生注意力一旦不集中就跟不上教學(xué)節(jié)奏，導(dǎo)致學(xué)生后續(xù)時間更易產(chǎn)生煩躁情緒。所以，使學(xué)生的注意力從神游萬里變?yōu)榫窀叨燃校c教師的良性交互、思維碰撞，是課堂需要重點關(guān)注的問題［8］。

教學(xué)方式改革主要是增加案例教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)、問題驅(qū)動的項目研究式教學(xué)和探索交互式教學(xué)等。啟發(fā)式教學(xué)可以激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)專業(yè)知識的興趣和潛力，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)—分析—解決問題的綜合能力，通過自學(xué)及實踐，掌握知識。團隊借助板書、教具和多媒體教學(xué)，增大課堂教學(xué)信息量，加強課堂教學(xué)內(nèi)容的直觀性和易學(xué)性。遵循價值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授統(tǒng)一原則，圍繞以學(xué)生為中心，調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性［9］。

教學(xué)團隊凝練了“金屬力學(xué)性能”課程相關(guān)的重大需求項目主題，展開項目研究式教學(xué)，激勵學(xué)生進(jìn)行研究拓展，學(xué)生幾人一組，針對特設(shè)主題或自選主題，自主或小組協(xié)同，針對復(fù)雜工程問題分析原因，并進(jìn)行深入的交流討論，給出解決問題的可能路徑以及優(yōu)化方案。隨后，在教師或行業(yè)專家主持下，進(jìn)行研究成果的展示與答辯，實現(xiàn)深度交流和討論（線上或線下），使學(xué)生多方面能力得到培養(yǎng)和鍛煉。

3.加強課后自學(xué)輔導(dǎo)。互聯(lián)網(wǎng)教育平臺高速發(fā)展，為學(xué)生提供了更廣闊、更多樣化的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)方式，為師生交流提供了新的途徑。例如，學(xué)生在課后復(fù)習(xí)過程中遇到問題［8］，可在超星等平臺的討論模塊留言，進(jìn)行師生互動和生生互動。師生對討論模塊里學(xué)生對所留思考題的答復(fù)，或?qū)W生在知識拓展之后提出的新問題，或教師對某特定工程應(yīng)用問題的分析及相應(yīng)的對策和思路，都踴躍到網(wǎng)上進(jìn)行詳細(xì)的回復(fù)，展開熱烈的討論交流。良性的師生互動、生生互動可以讓學(xué)生在得到啟發(fā)、指點的同時，增強自主學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，提升對課程的好感度［8］。

4.完善課程考核評價體系。有效的教學(xué)評價是教學(xué)質(zhì)量的保障。“金屬力學(xué)性能”課程教學(xué)圍繞以學(xué)生為中心，替代了之前以教師為中心的教學(xué)模式，教學(xué)改革的實施，促進(jìn)了教學(xué)模式和教學(xué)評價方式的改革［10］。

在“金屬力學(xué)性能”課程考核評價中，教師團隊注重強化過程考核，涉及線上學(xué)習(xí)進(jìn)度、討論交流、課內(nèi)互動（線上課堂及線下課堂）、實驗實踐表現(xiàn)、項目拓展、課程小論文、PBL任務(wù)進(jìn)展等一系列過程考核，借助網(wǎng)絡(luò)資源和信息技術(shù)工具，培養(yǎng)并提升學(xué)生綜合能力素養(yǎng)。學(xué)生自由組隊分成若干小組，針對設(shè)定及自選的十余個典型“金屬力學(xué)性能”主題，展開資料檢索，提煉核心問題，分析問題原因，給出優(yōu)化解決方案，進(jìn)而總結(jié)金屬材料研發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域的最新動態(tài)和未來趨勢。以金屬材料在日常生活到上天入地諸多領(lǐng)域的重大需求中所發(fā)揮的核心作用，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)認(rèn)知，增強學(xué)生的專業(yè)自豪感、大國工匠精神和使命擔(dān)當(dāng)。

三、“金屬力學(xué)性能”課程教學(xué)改革

1.課程建設(shè)發(fā)展歷程。金屬材料工程專業(yè)于2019年通過教育部工程教育認(rèn)證，“金屬力學(xué)性能”課程為OBE導(dǎo)向的專業(yè)主干課程之一。“金屬力學(xué)性能”課程教學(xué)團隊從2002年開始教授該課程，2021年獲上海大學(xué)研究型挑戰(zhàn)性課程認(rèn)定，2022年獲上海市一流本科課程建設(shè)認(rèn)定。

2.課程與教學(xué)改革要解決的重點問題。“金屬力學(xué)性能”課程教學(xué)要解決的重點問題是：為理論教學(xué)提供貼合工程實際的實驗、實踐和案例等場景，實現(xiàn)金屬材料工程專業(yè)人才的全流程創(chuàng)新和解決實際問題能力的培養(yǎng)和提升。強化學(xué)生理論聯(lián)系實際，鍛煉其針對問題分析原因、給出多種可行對策、采用優(yōu)選方案去解決金屬材料相關(guān)復(fù)雜工程問題的綜合能力。

3.混合式教學(xué)設(shè)計。“金屬力學(xué)性能”課程連續(xù)多年采用了線上線下混合的教學(xué)方式，其中線下教學(xué)（含案例教學(xué)、校外專家講座等）部分以及學(xué)生知識拓展交流為主，線上教學(xué)包含豐富的網(wǎng)絡(luò)資源（如網(wǎng)絡(luò)課件、上課視頻、習(xí)題及思考題庫、學(xué)習(xí)討論交流園地、在線測試與分析、資源鏈接等）。（1）線上線下相結(jié)合的混合教學(xué)模式，教學(xué)方式更加靈活、有效。（2）結(jié)合“卡脖子”的工程問題及科研成果提煉的案例教學(xué)，更加貼合重大社會需求。（3）校外專家授課，關(guān)注行業(yè)發(fā)展最新動向，創(chuàng)造與業(yè)內(nèi)大咖接觸與交流的機會。（4）完善的網(wǎng)絡(luò)課件及豐富的教學(xué)視頻，全天候在線，供學(xué)生自主學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)。（5）增加了線上測評考核，方便及時分析學(xué)生知識掌握程度。（6）教學(xué)園地的設(shè)立，問題和難點及時反饋討論交流，架起教學(xué)相長的橋梁。

4.課程教學(xué)內(nèi)容及組織實施情況。（1）教學(xué)設(shè)計上提供了由淺入深的問題導(dǎo)向式、探究式、項目式、案例式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用已學(xué)到的金屬材料與工程專業(yè)的基礎(chǔ)理論知識解決復(fù)雜工程問題的能力。將金屬材料的成分、工藝、組織、性能相關(guān)聯(lián)，將金屬材料工藝過程中的各影響因子及力學(xué)性能的關(guān)系轉(zhuǎn)化為全流程挑戰(zhàn)性教學(xué)實踐，培養(yǎng)學(xué)生不畏艱難、迎接挑戰(zhàn)的品質(zhì)，以及大國工匠精神與卓越工程師的使命感和責(zé)任擔(dān)當(dāng)。（2）教學(xué)團隊針對如何解決復(fù)雜工程問題，提煉出了金屬材料與工程專業(yè)十大典型工程應(yīng)用和國家重大需求，鍛煉學(xué)生針對特定應(yīng)用場景，分析金屬材料應(yīng)具備的主要力學(xué)性能指標(biāo)，分析其影響因素，提升分析問題、解決復(fù)雜問題的能力。（3）結(jié)合豐富的教學(xué)資源，以SPOC線上教學(xué)為抓手、圍繞教師布置的關(guān)鍵點與難點，學(xué)生通過課前線上學(xué)習(xí)，配合線上交流互動、課中師生面對面討論，以及在線或離線考核等形式展開教學(xué)。（4）根據(jù)學(xué)生線上學(xué)習(xí)情況反饋，教師加強答疑解惑和針對性教學(xué)，并聘請行業(yè)專家開展專題講座、案例教學(xué)與互動交流等。（5）通過拉伸力學(xué)性能、硬度、沖擊、疲勞等性能指標(biāo)的測試與分析，實驗數(shù)據(jù)的提取、處理與分析，總結(jié)實驗結(jié)果及其影響因素，不斷強化學(xué)生的動手能力和卓越工程師的基本素養(yǎng)。（6）結(jié)合各位任教教師最新科研成果（如高強塑積第三代汽車用鋼的研發(fā)；高性能大型船板鋼開發(fā)以及高強鋁合金的研制及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等），踐行科教融合和產(chǎn)教融合，不斷提煉出與課程內(nèi)容密切相關(guān)的典型案例，并進(jìn)行線下講解。同時，讓學(xué)生針對特定工程應(yīng)用需求，展開專題調(diào)研拓展、檢索、匯總、提煉、整理講稿，并進(jìn)行講解答辯與交流互動，促使學(xué)生強化理論知識的應(yīng)用能力，進(jìn)一步提升分析與解決復(fù)雜工程問題的能力。

5.課程考核方式改變。考核方式：過程考核（50%）+期末考核（考試）（50%）。過程考核（50%）：（1）作業(yè)（10%）——線下+線上；（2）實驗（10%）——動手能力及報告質(zhì)量；（3）平時表現(xiàn)（10%）——課堂表現(xiàn)與回答問題互動情況；（4）PPT（20%）——調(diào)研拓展總結(jié)、PPT展示及互動。期末考核（50%）：閉卷考試。近三年的課程考核中，平時成績提高至50%，通過實驗、小組任務(wù)、專題研討、小組論文等不斷強化過程考核，注重能力培養(yǎng)和素質(zhì)提升。

結(jié)語

高校工科課程教學(xué)一般包括基礎(chǔ)知識教學(xué)、理論分析、推導(dǎo)計算與實際操作等，學(xué)習(xí)任務(wù)繁重且偏枯燥，因此造成許多學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和能動性不足，對眾多的知識點難以做到深入理解和掌握。

結(jié)合新工科課程教學(xué)特點，教學(xué)團隊在“金屬力學(xué)性能”課程教學(xué)實踐過程中，注重科教融合與產(chǎn)教融合，并充分利用互聯(lián)網(wǎng)平臺的課堂互動、線上測試分析以及實時互動等功能，加強教師與學(xué)生的思想交流和情感聯(lián)系，及時解疑學(xué)生的學(xué)習(xí)難點，達(dá)到教學(xué)相長。學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、學(xué)習(xí)效率得到了大幅度提升，教學(xué)改革效果顯著。

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The Importance of Teaching Methods Reform in New Engineering Courses Combined with the Course Mechanical Properties of Metals

ZHANG Mei， ZHANG Heng-hua， LI Jun-wan， LIAN Xin-tong

（School of Materials Science and Engineering， Shanghai University， Shanghai 200444， China）

Abstract： Combined with the characteristics of students’ insufficient enthusiasm for independent learning of professional courses for metal materials engineering major， we explore the establishment of online resource database in the teaching process of the basic course mechanical properties of metals. Through the internet platform， the classroom is extended to the combination of online and offline activities， increasing the functions of instant interaction， online testing and so on， enhancing the benign interaction between teachers and students， ideological exchange and emotional connection， timely answering students’ learning confusion. This paper explores how to use network resources and information technology tools to retrieve， analyzes and summarizes the latest trends and future trends in development and application field of metal materials. By experience accumulation of the key role of metal materials in the national economic construction， students can stimulate their professional cognition， enhance their professional pride and mission responsibility.

Key words： Mechanical Properties of Metals; reform of teaching methods; strengthening process assessment; enhance professional pride