金属材料工程专业核心课程的“理论-实验-虚拟仿真一体化教学模式”改革探索

赵性川 李玉超 王长征 黄宝旭 马杰

摘要新型适合时代发展特点的教学模式应坚持以学生为中心，将教学目标由过去知识传授改变为学生创新能力、学习能力和动手能力培养。让学生学会科学分析、解决问题的思维方法，必须把教学方法的改革当成一项系统工程。在改革时，必须统筹兼顾教学理念、教学内容、教学手段、实践环节、考核方式等因素。因此，围绕应用型人才能力的培养开展专业教学改革，一直是工科领域教育者关注的重点。

关键词 教学改革 一体化教学 金属材料工程

中图分类号：G424文献标识码：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

當前我国的人才培养体系中，高级类型人才较为缺乏，人才团队建设不够完善，急需改善。[1]地方本科高校是人才培养的摇篮和基地，培养具有应用能力的高级应用型人才是地方本科高校的办学宗旨和职能所在。[2]培养高级应用型人才需要高校在师资、资源、设施等方面大量投入，还需要创新教学模式。但现阶段，不少高校在高级应用型人才培养环节存在不足，培养的学生创新能力和实践能力不足，实际动手能力和解决问题能力欠佳，与社会需求结合不够紧密。主要原因是，教学过程中教学方法单一、教学形式简单，不能满足以问题取向和知识应用为目的培养模式。

如何开展金属材料工程专业核心课程教学方式和形式的改革建设，满足应用型人才培养需求，构建理论教学、实验实践及虚拟仿真的有效协作，一直是金属材料工程专业教学研究关注的热点。

1金属材料工程专业现有教学模式分析

这一专业更侧重于实际应用，在培养学生时注重提升其综合能力，在增长理论知识水平的同时注重实践经验，让学生能够走出课堂，将知识转化为实际效应，[3]利用所学知识解决实际生活中的问题，并在此过程中不断完善自身思维体系。

学科注重书本知识与实践经验之间的结合。[4]作为金属专业的专业核心课程，“金属学原理”“金属热处理原理及工艺”“金属材料学”“材料研究与测试方法”“材料性能学”等课程的教学质量直接决定了本专业学生对于金属材料的认识和掌握水平，影响学生日后对于本专业继续深造的科研潜力和动力。从课程性质和特点上来看，这些核心课程不仅内容涉及面广、综合性强，有些内容较难理解；而且知识点繁杂，课程中的许多术语概念较抽象，且又缺乏严格的逻辑性，[5]许多学生学起来感到枯燥乏味，内容零散抓不住要点，学习起来难度较大。这些课程的特点决定了其在教学方法上具有与文科及逻辑性较强学科有明显的不同，所以当前教师需要考虑的问题是，如何在教学过程中帮助学生调动积极性，提高学生的学习兴趣，如何帮助学生做到全身心投入到学习过程中，深入理解理论知识，并以此为基础进行金属材料的应用。

金属材料工程专业核心课程理论知识内容繁杂，同时实践性非常强。然而，实验实践教学在不少高校并未得到足够重视，实验实践教学环节做得不够到位，实践教学环节相对薄弱。表现在教学安排上，存在重理论轻实践，实验实践教学被看作理论教学的补充，自主性实验少，演示性和验证性的实验教学偏多，不利于培养学生的创新能力和动手能力，使学生在综合能力及创新意识的培养上不尽如人意。所以，为了锻炼学生的动手能力，提升改善相关实验课程是十分必要的。

实验教学与理论教学具有互补互辅的特点，实验不仅实践性强，还能将理论知识展现得更加直观，具有一定的启发性和探索性，能够较好的弥补理论教学的不足，对学生稳固掌握理论知识、用理论联系实践、培养创新思维、分析和解决实际问题等方面具有重要作用。本研究以此为出发点，通过对金属材料专业核心课程进行教学方式和形式的改革，采用理论学习和实践相结合、问题取向教学、虚拟模拟教学等教学方法来探究其对学生能力提升的影响。

实验课程是金属材料工程专业的不可或缺的实践性课程，是课堂理论教学与实践环节相结合的有效途径。在理论课程授课过程中及时穿插结合实验环节中的有关内容，一则可以活跃课堂气氛，激发学生的学习兴趣，二则能够加深对所学内容知识的理解，并为后续的生产实习环节提供必要的感性认识和初步经验。本专业类属工科，在进行教学活动时，多组织学生进行实验，让学生在亲身实践的过程中积累实际经验，鍛炼其动手能力，做到手脑协调发展，帮助学生在理论知识与实践经验之间搭建桥梁。虽然金属材料工程专业的核心课程都是实践性很强的课程，需要实验实习等实践来支撑，由于经费、实习条件等原因，实习效果较差，实践教学不能紧密结合生产实际，学生动手能力和创新意识有待提高。面对这些问题，鼓励在理论教学与实践教学相结合的基础之上，进一步完善虚拟仿真实验，在这一实验过程中帮助学生强化创新能力。这一新型实验类型是以现实材料为基础，借助当前多媒体技术，利用数据库提供丰富资料，帮助学生在人机交互的真实体验环境中更好的完成实验，增强学生的实际代入感。这一实验与金属材料相关内容紧密贴合，能够在现有内容的基础上进一步实现扩充，帮助学生开阔眼界，提升课堂教学效率，当时虚拟的环境也能够进一步保证师生安全，减少实验过程中产生的污染，实现绿色实验环境，使实验效果与教学大纲的要求内容进一步贴合。

2“专业核心课程的理论-实验-虚拟仿真多元一体化教学模式”分析

教学改革的关键在于如何通过合理的措施，激发学生的学习兴趣，培养学生的各项能力。为此，本项目提出“专业核心课程的理论-实验-虚拟仿真多元一体化教学模式”，项目主要研究内容如下：

更新教育理念，改革人才培养模式，制定以学生为中心人才培养方案。对接社会需求和行业产业发展更新本专业的培养目标，跟踪岗位需求设计专业本科生的毕业要求，对接毕业要求设计课程体系和教学的思路，制定修订人才培养方案，提高教育质量；建立校院系三级自查自纠和第三方评估的质量保障机制，定期对培养方案进行合理性评估。优化专业课程设置，建立课程动态调整机制。

专业核心课程的内容优化及课程教学方法探究。构建以学生为中心，培养学生能力为本的课程内容体系，在确保知识系统、连贯和完整的前提下，精炼专业理论的授课内容，根据本专业课程内容所具有的综合性、应用性和经验性特点，注重挖掘现象背后的本质问题，在不同内容之间建立联系，完善整体知识体系。按照“核心、主线、脉络”三位一体的知识构架，优化现有的教材资源，紧跟学科及专业前沿发展，根据科学前沿和行业反馈及时更新教学内容。编写适合于培养应用型人才的教材，并制作配套的多媒体课件。

结合金属材料核心课程既有理论基础又含工程知识的特点，综合利用多种教学方法，结合不同种方法的优点，总是借助当前新兴的多媒体技术，帮助实现扩展空间，让学生在不同类型的教学手段下更好的完成教学任务，构建起适用于金属材料专业的多元教法的教学模式，获得教学模式构成要素与教学内容之间的关联性，研究多元要素的协同效应对专业核心课教学效果的影响。

构建“理论-实验-虚拟仿真”多元一体化协同教学模式。强化理论课与实验实践课的衔接性，设计出理论与实验知识体系有机统一的专业核心课程群。按照“两性一度”标准，开展慕课、SPOC建设，建设“金课”；开设虚拟仿真实验课，为推进“智能+”教育“金课”体系奠定坚实基础。整合课堂、实验实践平台、虚拟仿真平台等多种教学资源，构建起资源协同且教法多元化的教学模式，建立起教学内容与教学模式之间的关联性，研究教学模式各要素的协同效应对专业课程教学效果的影响。

优化专业课程设置，建立课程动态调整机制。通过网络信息资源调研专业研究的前沿科技成果，通过问卷调查、毕业生跟踪、专家咨询以及企业走访来调查行业对学生能力的需求，同时注重考虑当前社会需求以及生源质量分配等具体社会动态情况，灵活调整开设的相应课程，紧扣国家和区域发展需求，主动适应新技术新业态，着力更新新一代金属加工技术、现代金属材料等社会前沿理论知识，以专业认证为抓手，优化培养方案中的课程结构，促进质量提升，强化课程教材及内容建设，打造专业“金课”。

加强“理论-实验-虚拟仿真”多元教学模式融合，不断完善协同育人和实践教学机制。通过搜集、检索、分类、对比、归纳文献资料，调研专业教学模式的研究成果，积极向更多一流专业、一流实验环境、实验基地的学习，引进优质课堂内容，加强地域间的联系，积极求得政府支持，与当地发展良好的工业化企业进行合作，在发展理论学科的同时与产业相融合，加快人才知识转化，明确人才培养目标，加强现代工程实验实训中心、教师教育技能训练中心等实践教学资源的整合利用，促进专业与行业企业之间的对接，加快人才团队建设速度，加快知识人才的转化，使得高校与社会之间的合作进一步紧密，共建开放机制。构建“理论-实验-虚拟仿真”多元协同教学模式，并通过学生反馈机制及专家咨询，优化“理论-实验-虚拟仿真”三者之间的衔接点，通过观察、问卷、座谈的形式，采集多元协同教学模式的教学效果。

3结论

经过本次研究，力争给出更为科学的实验与教学新兴模式，提高不同部分之间的协同发展程度，积极推进以人为本的教学模式，将理论知识与实践能力之间的发展相结合，促进综合素质的进一步提升可，注重多方面综合发展，发展应用型实验观念。在教学中做到以学生为主，让学生积极参与充分发挥主观能动性，启发创新思维，培养出理论、实践等综合素质能力型人才。

基金项目：2019年第二批产学合作协同育人项目（201902085014）；聊城大学2019校级教学改革项目（G201902z）

参考文献

[1]陈飞，谢安邦.应用型本科人才应用能力培养之探索——基于课程体系构建的思考[J].现代大学教育，2011（04）：76-79.

[2]张大良.把握“学校主体，地方主责”工作定位积极引导部分地方本科高校转型发展[J].中国高等教育，2015，10：23-29.

[3]陈涛，张景进，戚翠芬.金属材料类工程教育人才培养初探[J].价值工程，2016，35（029）：256-257.

[4]叶洁云，朱志云，汪志刚.浅谈金属材料工程专业校内实践基地建设[J].高教学刊，2017（20）：57-59.

[5]卢月美，何福善.“金属学及热处理金属学及热处理”核心课程建设的探讨[J].机电技术，2016（4）：103-104.