新工科背景下专业课程多元混合式教学实践与思考

杨贵荣 李亚敏

摘  要：传统的教学与学习模式已经与新工科和社会发展对人才的需求不相适应，基于认知神经科学的一般规律和飞速发展的互联网与大数据技术提出了六环节混合式教学实践，即学生课前自学、学生课堂讲解、教师重点分析与归纳、课堂测验、案例探究与分析、综合论文，以工科专业课程“特种塑性成形”为例来开展，在该教学设计执行过程中将知识理解、运用、集成、发展、创新形成有机结合并实现逐步升级，让学生的学习过程由知识掌握转化为能力培养与思维提升，使学生通过课程学习逐步培养独立思考能力和灵活开放的创新意识。

关键词：多元混合式教学;知识集成掌握;能力培养;创新意识

中图分类号：G642       文献标志码：A         文章编号：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

習总书记在全国教育大会上指出，要努力培养担当民族复兴大任的时代新人[1]，培养全面发展的社会主义建设者和接班人是中国高等教育新时代下的重要使命。快速发展的科技推动了新的产业变革，这就要求高等教育要培育既能适应快速发展的产业要求又能应对未来的具有创新能力的工程人才。教育部及时推出了新工科建设[2]，实施卓越工程培养计划。新工科建设引发的教育模式改革、专业建设升级、产学研协同育人等成为高等教育教学深入改革的焦点。而高等教育的实施是以课程为载体的，课程体系的构建、建设与改革及教学方式的改革是实现高等教育改革的基石[3-5]。传统的教育模式和学习模式已经无法满足当前产业界的现实需求，人才的培养要聚焦未来科技与产业发展对工程科技人才的需求，明确培养目标和毕业要求，设计整体培养计划，建好每一门课程。随着互联网、大数据、云计算等技术快速发展以及移动智能互联设备的普及，E-learning逐渐被人们接受并应用，学习者可以借助移动设备随时随地学习，打破了时空限制[6-7]。基于新工科人才培养的需求以及互联网与多媒体日益发达的时代背景，还原教育的本质即以学生为中心、以学生为学习主体、以知识内化为基础、以知识发展/思维拓展与创新能力培养为目标的课程教学改革势在必行。

一、工科的专业课程面临的问题

传统教学模式是以课堂上教师的讲授为主的封闭模式，在互联网不够发达的时期，这种授课模式以保障教学内容的整体性、连贯性及系统性上发挥了很大的效力，随着互联网技术、各种MOOC平台、多媒体技术等的发展对传统教学模式产生了很大的冲击[8]，大学生上课出勤不容乐观，大学教师们不得不采取点名、随机抽查、签到机或扫码点名等方式来保障课堂出勤率，虽然学生来到了课堂，可是又出现了课堂成效低的结果，一方面信息技术的快速发展使得手机很容易获得相关的慕课视频，学生可以自己下载或在线观看;另一方面由于专业课程一般都在大学三年级第二学期至大四学年开设，这时候准备考研的同学已经开始了长线考研复习计划，课堂上就会有相当一部分同学在看自己考研的书籍;还有一部分同学在低头看手机，即使没有一直低头看手机也会时不时看一下，据调查，接近六七成的大学生在课堂上每十分钟就会看一次手机。从学生角度来分析，一方面是没有学习目标与动力导致不想学;另一方面是自控力差导致不能坚持学习。从教师角度来分析，一方面可能是教学模式呆板没有吸引力;另一方面可能是课堂教学内容陈旧枯燥乏味。可见传统的教学模式不再适用于互联网快速发展时代的大学生，现在人们能够简单快捷地从网络获取各种信息，更不用说大学生了，因此，现在学生获取知识的渠道不再局限于课堂学习了。

韩愈曰“师者，传道授业解惑也”，重点在于授之以“渔”而非授之以“鱼”，正如我国著名教育家陶行知先生所说：“好的先生不是教书，不是教学生，乃是教学生学。”可见，教师的最高境界，不是教会了学生多少知识，而是激发学生的求知欲和好奇心。而传统教学模式下的授课，教师面对中大规模班级使得教学活动难以实现个性化设计，对于学生个性化的引导与激发自主学习兴趣和探索能力培养难以兼顾大部分同学。鉴于互联网时代下的信息渠道多样化、简易化、丰富性等特点，大学课堂应以提高学习能力、增强学习兴趣、提升学习效果为目标。在专业工程认证及新工科发展的时代背景下，专业课程的授课应以激发学生的学习兴趣、调动学生的学习主观能动性，以知识理解、知识运用、知识集成、知识发展、知识创新为发展思路的能力培养与创新型人才培养目标为基准来进行课程的教学改革。

本文以所授课程材料成型及控制工程专业的专业课程《特种塑性成形》为例来进行课程教学改革实践探索与思考，结合该门课程的特点将课程的学习分为六个环节，即课前自学、课堂小组讲解、教师重点分析与归纳、课堂练习测验、分析讨论以及综合论文的混合式教学模式，全方位激发学生自主学习，提高学生学习兴趣，培养学生思维拓展与创新能力。

二、翻转课堂的教学实施

特种塑性成形是一门专业拓展课程，即材料加工与控制工程专业塑性成形方向的学生在学习了塑性成形理论、锻造工艺与模具设计、金属挤压与拉拔工艺、塑性成形设备、塑性成形控制工程基础等专业课程后要学习的一门新型塑性成形工艺与技术，这些塑性成形技术都是在常规塑性成形技术的基础上发展来的，比如超塑性成形技术，常规金属材料的塑性变形量即伸长率黑色金属不超过40%，而有色金属也不超过60%，而在某种特殊条件下发现材料的延伸率可以超过100%甚至达到2000%，超塑性成形技术就是在此基础上发展而来的，针对这门课程的特点设计了课前学生自学+翻转课堂+教师重点分析与归纳+课堂测验+问题探究式课堂+论文综述的混合式教学。首先说翻转课堂，就是每次课设计1-2个知识点让学生课下通过互联网、各种MOOC平台、各种媒体资源以及书籍等自学，在自学的基础上做成PPT，完成课前自学环节;而后在课堂上进行讲解，每次课的讲解为一个小组，整个课程根据内容可分成10-15个小组，事先对学生进行分组、布置自学讲解内容以及讲解时间如表1所示为课程整体讲解安排，而非讲解课堂内容的学生对于本部分的内容也需要自学，在每次课进行过程中讲解小组同学讲解的同时需与下面的同学进行互动以增强学习效果，小组同学讲解时间控制在每次上课时间的三分之一左右，然后教师对本次课的重点内容即同学讲解不够清晰的内容进行多角度分析讲解，并对本次课内容进行归纳总结，然后进行课堂练习测验，即对本次课学习的内容进行进一步强化。

三、探究式教学实施

每次课程在完成学生小组讲解、教师重点讲解归纳与课堂练习测验后进入下一个教学环节即分析讨论环节，在该环节中教师提供与本次课程主要知识点相关的综合性案例分析或科学研究的最新结果进行分析，分析过程中不仅仅会用到本次课程的内容，还会涉及以前学习过的所有基础理论知识或专业知识，分析讨论部分的内容又分为两大类即知识理解/强化型问题与知识应用/拓展型问题，第一类问题旨在强化学生的知识内化与知识传递，第二类问题旨在培养学生的知识的集成与应用、判断力的形成、思维拓展与创新能力的培养。

例如在讲解学习了超塑性成形的特点、分类及影响因素后给出的分析討论的问题为：为什么非共晶或非共析型合金难以具备超塑性？提示：具有超塑性的金属或合金的组织特征，即微晶组织超塑性、相变超塑性、短暂超塑性以及升温超塑性各自需满足什么条件才能具有超塑性，对比分析共晶型合金与共析型合金的组织具有什么特征，非共晶或非共析型合金的组织具有什么特征。该问题不仅涉及到本课程学习的知识点，而且还涉及到以前学习过的专业基础知识即金属学与热处理课程中金属合金的凝固过程，不同类型即共晶型合金、共析型合金、非共晶型合金以及非共析型合金所得的室温组织特征，合金的凝固组织可以通过什么措施来对其进行调控或者处理以得到期望的组织，在学生讨论中引导学生分析学习过的二元合金即铁碳合金为例，分析铁碳合金相图上亚共晶合金、共晶合金、过共晶合金、亚共析合金、共析合金及过共析合金室温下微观组织结构特征，在学生讨论结束后随机提问一两组同学来分享讨论分析的结果，此时其他同学有什么问题都可以展开全班同学的互动，最后教师归纳总结知识点及其关联性，进一步强化学生对本次该课程呈现知识点的理解与知识的集成掌握。该问题属于知识理解/强化型问题，此类问题在加深理解本次课程内容知识点的同时进一步强化关联到已学习过的基础理论知识，便于学生建立知识关联的知识链，同时通过该问题的分析讨论培养和锻炼了学生的知识关联与思维拓展能力。

第二类分析讨论型问题就是最新研究结果或工程案例的分析，这类问题通常在一章内容学习即将结束的课程时间段内实施，例如在学习了超塑性成形技术后给出的案例分析：Zn-22%Al合金超塑性成形薄壁工艺零件采用差温拉伸与立体胀形相结合的成型过程与结果分析，给出模具的主要尺寸及主要工艺参数如变形区温度、凹模肩温度、凸模下降速度、坯料直径，差温拉伸后的杯壁厚分布图，立体胀形后成形件的不同位置处的微观组织形貌，让学生来讨论分析差温拉伸的原因及哪些部位可获得超塑性变形，不同位置处的微观组织形貌特征分析以确定超塑性变形带来的组织变化。首先引导学生从合金的成分来分析该合金属于哪种类型的合金，即该合金可以通过什么方法来获得超塑性，而后根据超塑性成形特征来确定超塑性成形温度范围，要做到这一点需要学生能够熟练地掌握超塑性的特点与分类，在此基础上对差温拉伸的工艺参数进行判断和分析，即哪些部位需要获得超塑性;根据已经学习过的机械力学中构件的受力分析与材料力学并结合前期学习过的专业课程模具设计来分析拉伸过程中的应力分布与应力变化情况;在超塑性成形学习过程中还学习了超塑性成形对微观组织及力学性能的影响，在熟练掌握这个知识点的基础上分析所得工艺零件不同位置处的微观组织特征及变化情况。在这个问题讨论分析中不仅涉及超塑性变形的特征、超塑性的获得条件、超塑性变形带来的微观组织的影响或变化、超塑性变形的模具设计及注意事项等本课程涉及的主要知识点，还涉及到以前学习过的力学、金属学、模具设计等相关知识，整体分析不仅培养了学生对于知识的集成掌握与应用，还锻炼了学生对于某个特定问题的判断能力，这就需要根据已有掌握的知识与给出的现有结果来进行对比、识别、而后做出判断，对整个工艺过程与结果的分析使得学生在知识集成掌握的基础上进行内化、应用、传递、发展、创新，即达到了培养判断力形成、思维拓展与创新能力的目标。

四、混合式教学模式的实践与成效分析

在本课程学习中完整地学习了一种超塑性成形技术之后给学生布置大论文即综合性论文，本课程不进行试卷形式的考试，学生自由选择一种特种塑性成形技术来论述该技术的起源、发展、成形原理、技术特点、成形优势、发展前景，而后选择一种或一类零部件为实例来具体分析采用该成形技术的特点即该类零件具有什么结构特点，性能要求或成形技术要求，对比特种塑性成形技术特点来论述采用该技术的优势以及可能存在什么缺陷或劣势。这给了学生较大的自由度，能够使学生最大限度地发挥自己的潜能来查阅相关资料，按照自己的思路或想法来进行论述。

该课程的教学采用了学生课前自学、学生课堂讲解、教师重点分析与归纳、课堂测验、知识点问题/案例讨论、论文式结课作业来进行，对于本课程成绩的考核为形成性的过程考核制，主要分为课堂讲解（20%）、课堂测验（20%）、讨论分析（20%）以及论文（40%）四个部分，每个部分占有不同的成绩比重，改变了以往最终一次考试成绩来决定学生本门课程的学习成绩，大大降低了投机取巧、最后突击获取好成绩的几率，这就要求学生能够随时用心进入课堂。表2为近三年即三次实施该方案进行教学的学生成绩考核平均统计分布结果，由课堂讲解成绩分布结果可见85%左右的学生能够较好地完成课前自学，其效果可由课堂测验结果验证，课堂测验结果显示90%左右的学生能够对本次课主要知识点的掌握达到50%以上;而讨论分析部分的结果显示基本接近一半的学生对于知识点的集成、发展、思维拓展与集成应用不够理想;综合论文部分可见85%左右的学生能够较好地完成教师预期的任务;最后的总评成绩部分显示最终成绩较为优秀的学生占比接近30%，对于本课程学习内容掌握在75%-85%之间的学生接近50%，通过六个环节的教学实施可见对于本门课程的掌握程度在60%以上的学生接近97%，只有极个别学生不能够跟上课程的设计节奏。未实施教学改进即课堂教师讲授、课下作业（40%）、结课考试（60%）模式时的成绩考核结果统计（课程改革前三年成绩结果统计）见表3，可见最终总评成绩优秀的学生占比约20%，而实施教学改革后最终优秀学生占比接近30%，对于本课程学习内容掌握在75%-85%之间的学生接近40%，而实施教学改革后该分数区段的学生占比接近50%，通过授课、课后作业及最终考试对于本门课程的掌握程度在60%以上的学生接近92%，对本课程掌握程度在60%以下的学生为8%左右，教学改革后该区段学生的占比降低了5%，可见经过改变授课方式即采用混合式教学方法之后学生对本课程的掌握程度提高，优秀率提高，由表1分析结果为后续的教学也提供了一定的数据基础，即后续教学过程中仍需要进一步加强课堂分析讨论部分，使学生对于知识点的掌握与内化得到强化，有利于学生知识的运用、发展、集成应用、集成发展、思维拓展及创新能力的培养。

五、结束语

在课前自学、课堂讲解、重点分析与归纳、课堂测验练习、分析讨论以及综合论文六个学习环节中学生都需要时刻主动地参与到教学设计的情境中，教师能够最大限度地掌握学生真实的学习效果。这种以学生为中心的教学理念，引用多种教学方法交叉进行极大提高了学生上课的积极性和专注力，该教学方式的改变不仅提高了本课程的教学质量，还能促进学生自我学习与终身学习能力的培养、学生对知识的掌握与内化的强化、学生分析问题与解决问题能力的锻炼、学生思维拓展与创新能力培养的深化，这对于学生以后的工作或进一步深造均具有重要的作用。

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