《工程材料》基于理实一体化及雨课堂的混合式教学模式的改革实践

潘晓燕

摘 要：文章对同济大学浙江学院材料科学与工程专业的工程材料课程的教学现状进行了分析，采用理实一体化、雨课堂辅助教学、多样化实验教学及综合性课程考核方式等多元化的混合式教学模式对工程材料课程的教学进行了改革实践，不仅提高了教学效果、激发了学生学习的主动性，还培养了学生的动手能力以及分析问题与解决问题的实践能力。

关键词：工程材料；理实一体化；雨课堂；教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2018）06-0111-03

Abstract： This paper analyzes the current situation of Engineering Materials teaching for materials science and engineering majors in Tongji Zhejiang College. Teaching reform of the course is taken from several aspects like integrating the theory and practice； employing ubiquitous network-aided teaching mode， and diversifying the methods of experiment teaching and comprehensive curriculum assessment. The reform not only improves the teaching effect and stimulates the students' learning initiative， but also cultivates students' ability of practice， analyzing problems， solving problems and so on.

Keywords： Engineering Materials； theory-practice integration； ubiquitous network-aided teaching mode； teaching reform

工程材料課程是我校材料科学与工程专业的一门专业特色课，主要讲述常用工程材料的成分、性能、应用和选材等方面的内容。这门课的教学目标是使学生对金属材料、无机非金属材料、高分子材料及复合材料等常用的各种工程材料及新材料有一个基本了解，学会如何根据零构件的工作条件、性能要求和失效形式等工程实际合理地、正确地选择和使用材料，为今后从事专业技术工作提供必要的理论基础。

由于工程材料课程所涉及的材料品种多，内容杂，理论性和实践性较强等特点[1，2]，学生很难在较短的时间内理解和消化这些内容，更谈不上应用所学的知识解决工程实际问题。因此，为了培养既具备扎实的理论知识，又具备较强的实践能力的应用型技术人才，本文结合本校材料科学与工程专业工程材料课程的教学现状，采用理实一体化、雨课堂辅助教学、多样化实验教学等及综合性课程考核方式等多元化的混合式教学模式对工程材料的教学进行了改革实践。

一、工程材料的教学现状

（一）内容多，课时少

工程材料作为我校材料科学与工程专业的专业特色课程，课程的主要内容包括工程材料的结构、组织、性能及其之间关系的基本理论，金属材料、高分子材料、陶瓷、复合材料等常用工程材料的分类、成分、组织、性能及其应用，以及机械零件的失效及选材等[3]，内容繁杂，理论抽象，概念多，但课时少，仅32课时。

（二）教学方式单一

工程材料的教学多以教师课堂讲授的方式为主，这种“单向注入式”的教学模式单方面强调教师的“教”的作用，而忽视了学生“学”的重要性，不仅大大打击了学生的学习热情与兴趣，还降低了课堂教学效果和质量。

（三）理论与实践脱节

工程材料的理论教学和学生实验一般是分开进行，理论教学在教室中进行，课后会安排少量课时的相关实验。学生再次接触所学的理论知识要在生产实习、毕业论文阶段[4]。这种理实脱节教学方式既不利于学生对理论的掌握，又不利于培养学生利用理论知识分析解决实际问题的实践能力和创新能力。

（四）实验课时少且形式单一

工程材料课程中关于热处理、机械零件的失效分析、选材及工艺路线设计等方面的内容实践性很强，学生缺乏相关的实践经验，仅依靠课堂的理论学习，很难理解和掌握工程材料的基本理论，因此实验是工程材料课程教学的一个重要环节。但是由于工程材料实验属于课内实验且总课时的限制，我们的实验课时仅4课时，而且实验内容为简单的铁碳合金平衡组织观察，工业用钢显微组织观察等验证型实验，这对培养学生的创新实践能力帮助不大。

（五）课程考核方式欠科学

工程材料课程的总评成绩是由期末理论考试+平时成绩构成，对实验部分没有考核要求。平时成绩占总评成绩的30%，主要根据学生的出勤、上课回答问题及课后作业的完成情况给出。期末理论考试成绩占总评成绩的70%，考试内容主要以识记性的理论知识为主，而结合工程实际的综合性、分析性的题目仅占很小一部分。这种考核方式对教学效果的反馈严重滞后，不利于教师在教学过程中根据学生学习的具体情况对课程内容和进度进行适当的调整。同时，这种课程考核方式会导致很多学生为了通过考核在考前突击死记硬背，但对理论并不真正理解，甚至有些考试成绩优秀的学生在后续课程的学习和实践中也不会应用学过的知识去解决实际问题。因此传统的课程考核方式无法对学生的实践能力进行考评，存在考核内容单一、评价科学性和全面性欠缺以及问题反馈的不及时等问题。

二、教学改革实践

（一）理实一体化教学模式的实践

1. 理论教学与学生实验的一体化教学

采用理实一体化教学的方法之一是将上课的地点从教室搬到实验室，把教师的理论教学与学生的实验紧密结合在一起。例如，在讲授铁碳平衡相图的内容时，上课的地点是在金相实验室，我们一边讲解铁碳合金的平衡组织，一边要求学生使用金相显微镜进行组织观察。在讲解含碳量对铁碳合金的显微组织和力学性能的影响时，我们让学生测量含碳量不同的20钢、45钢、T8钢和T12钢的硬度后进行显微组织观察，并从钢的成分和组织上分析其性能差异的原因。这种理论教学与学生试验同时穿插进行的教学方式使枯燥的理论教学变得生动而直观，使学生对理论知识的掌握更加容易，理解也更加深刻。

2. 案例引入法教学

通过某个具体大家熟悉的案例的介绍，引入基本理论和概念。例如通过对比金属与陶瓷断裂后断口部位的形状，引入塑性变形的特点和金属塑性变形的机理。让学生自己动手弯曲钢丝和铅丝，引入冷热加工的区别和加工硬化的概念。

3. 调研讨论法教学

常用工程材料的分类、牌号、组成结构、工艺及性能等内容尽管难度不大，但是需要记忆的内容多且内容关联性不强，因此学生为了应付考试，往往在考前依靠短时强记，但考后便忘，学习效果很差。因此在讲授这部分内容时，我采用了调研讨论的方式进行。例如在讲授铝合金和高分子材料时，将学生分组，每组同学选择一类材料，按照教师事先给定的学习要点先自学该类材料的组成结构、工艺、性能等基础理论知识，再通过搜索互联网、图书馆数据库和走访材料市场就车用轻量化材料和高分子材料在汽车和土木工程中的应用进行调研，然后将自学和调研的结果做成课件在课堂汇报交流，并且上交一份学习和调研报告。每组同学在汇报完毕后，教师提出若干的问题来考察学生学习情况并对每种材料的重要知识点进行总结概括。这种以学生为主体，教师起引导作用的教学方法，极大地发挥学生学习的主动性，提升了学生的实践能力。

4. 理实相结合的综合性课程考核方式

应用型本科人才不仅要具备扎实的理论基础，还要具备较高的分析问题解决问题的实践能力。因此课程考核不仅要考察学生对理论知识的掌握情况，还要对学生在后续课程的学习和工作中运用知识的能力做出科学的评价。单纯地通过期末理论考试进行课程考核的方式不利于应用型本科人才的培养。

新的课程考核方式采取期末理论考试成绩+平时成绩+实践成绩相结合的综合性考核方式。平时成绩占总评成绩的20%，主要根据考勤、课前预习、课后作业和随堂练习等。为了强化对学生学习过程的控制，在教学的过程中，根据课程内容和进度安排了4～5次随堂练习，不仅可以督促学生及时进行知识的复习和消化，也有助于教师及时发现问题，调整教学内容和进度，提高教学效果。实践成绩占总评成绩的30%，包括20%的实验成绩和10%的分组讨论成绩。根据实验的预习情况、实验过程中的纪律、操作及实验报告给定实验成绩，分组讨论调研的成绩则是根据课堂讨论时PPT的内容、制作、演讲及调研报告综合给定。期末理论考试成绩占总评成绩的50%，试卷内容中案例分析，综合应用性题目的比重增加，记忆性题目的比重减少。通过这种综合性的考核方式，可以引导学生放弃临时抱佛脚的侥幸心理，重视平时学习和实践能力的锻炼。

（二）微信雨课堂辅助教学的实践

通过建立工程材料课程的微信雨课堂，形成了线下和线上两个课堂。学生通过课堂教学、问题讨论及随堂测试等多个层次在线下课堂进行理论知识的学习，利用手机或电脑等智能终端可以随时随地进入雨课堂在线上课堂进行学习。教师除了在雨课堂发布课件供学生自学和预习外，还发送练习题及一些工程材料新进展等方面的内容，学生可以进行课后练习，以巩固课堂讲授的知识点，同时通过自学拓展内容开拓视野。

在課堂教学过程中我们有时也通过雨课堂即时插送一些选择题，让学生利用手机立即进行回答，不仅能调动学生的积极性，教师还能根据答题的正确率及时发现学生对某个知识点的理解程度，并及时调整教学进度。利用微信雨课堂辅助教学，将传统的课堂教学与现代网络技术相结合，打破了课堂教学的时间和地点的限制，贯穿了课前，课中和课后三个阶段，是传统的面对面的课堂教学有效延伸和拓展，方便师生及时交流互动，提高学生的学习兴趣。

（三）多样化实验教学的实践

高质量的实验教学是提高课程教学质量的重要途径，也是培养应用型高校工科学生工程意识和创新思维的重要手段[5]。为了在有限的时间内提高实验教学效果，提高学生的动手实践能力，我们在实验安排、实验内容方面进行了改革。通过整合教学内容，采用多元立体化教学模式，使课堂理论教学时间由32课时减少至26课时，再将一部分实验内容移到课外进行（例如热处理综合实验中材料的选择和工艺的制定，见表1），实验课时由原先的4课时增加为8学时。原先单一的验证型实验变成验证型、技能型、综合型和设计型四种不同类型的实验项目（见表1）。实验教学方式由单纯的实验教学变成理实一体化教学方式，验证型和技能型实验与理论教学同步穿插进行。

例如我们开设的钢的热处理实验，要求学生将保温温度和保温时间相同的45钢和T12钢试块分别进行空冷、油冷和水冷，然后测其硬度和观察显微组织，并对实验结果进行讨论。与教师在讲台上抽象地讲解什么是退火、正火和淬火等内容相比，这个综合性实验使学生直观地学习了一些基本热处理的工艺，同时也加深了对冷却速度、显微组织对钢的力学性能影响的理解。

三、结束语

工程材料采用理实一体化、雨课堂辅助教学、多样化实验教学及综合性课程考核方式等混合式教学模式进行教学，将教学地点由传统的教室拓展到实验室、图书馆、材料市场及微信雨课堂，让学生通过理论学习、试验观察、动手操作、资料查阅和调研等多元化的渠道获得知识并加深对知识的理解，使教师的“教”与学生的“学和实践”有机地结合在一起，提高了教学效果。这种混合式的教学模式在教授学生理论知识的同时，又培养了学生的动手能力以及分析问题与解决问题的实践能力，提升了学生的综合素质。

参考文献：

[1]钱茹，高瑞梅，杨星星.基于应用型本科《工程材料及热处理》课程的教学改革[J].装备制造技术，2015（11）：285-286.

[2]倪卫华，汪中厚.机械工程材料教学方法探讨[J].教育教学论坛，2015（9）：155-156.

[3]朱张校，姚可夫.工程材料学[M].北京：清华大学出版社，2012.

[4]邓乃嘉.“理实一体化”的教学模式实践与思考[J].高校论坛，2014（5）：27.

[5]傅乐荣，李尧，余五新.应用型高校工程材料与热处理课程实验教学改革的探讨和实践[J].教育与职业，2011（9）：161-163.

[6]李戬，王金辉，高莉，等.《工程材料》课程立体化教学与改革的探讨[J].高教学刊，2017（09）：111-112.

[7]叶宏，孟范成，李晖.以工程实践与创新能力为导向的材料专业建设的实践[J].高教学刊，2015（09）：62-63+69.