基于“新工科”人才培养模式下的材料成形检测与控制工程基础课程改革

曾娣平，郭文敏，邹利华，吴海江，陈东瑞，王小明

基于“新工科”人才培养模式下的材料成形检测与控制工程基础课程改革

曾娣平，郭文敏，邹利华，吴海江，陈东瑞，王小明

(邵阳学院机械与能源工程系，湖南 邵阳 422000)

结合“新工科”建设背景下人才培养目标，对材料成形检测与控制工程基础课程的教学内容、教学方法进行了改革。从理论教学和实践教学两方面入手，优化了课程体系，改革了课程考核方式。在教学中引入了“线上线下混合教学”、“翻转课堂”、“小组研讨”等方法，针对2016级、2017级学生开展试点教学。结果表明，能有效激发学生的主观能动性，营造浓厚的学习氛围，提升学生的学习能力，保证课程的教学效果。

新工科；教学方法；教学效果

在材料成形工艺过程中检测及控制至关重要。例如在铸造、焊接和锻压加工过程中，只有准确地检测及控制温度的变化，控制好温度参数，才能正确地控制材料加工工艺过程，从而获得高质量的产品[1]。检测与控制的基本原理及基本方法是进行科学实验和生产过程工艺参数测量与控制必不可少的理论基础。通过检测可以揭露事物的内在联系和变化规律，通过控制可以实现事物的规律运动，从而推动科学技术的不断进步。目前，检测及控制技术已广泛地应用于工农业生产、科学研究、国防建设、交通运输、医疗卫生、环境保护和人们生活的各个方面，并在其中发挥着越来越重要的作用，成为国民经济发展和社会进步的一项必不可少的重要基础技术。使用先进的检测及控制技术已成为经济高度发展和科技现代化的重要标志之一[2]。

材料成形检测与控制工程基础课程主要介绍了材料成形工艺过程中的温度、应力应变、位移、磁场、电压电流等多种物理参量的检测技术和控制原理。通过该课程的教学，使学生掌握材料加工工艺过程检测和控制的基础理论、基本知识、基本方法和相关的实验技能，能够根据材料加工工艺要求，正确检测温度、应力应变、位移、转速以及磁场等相关物理量，并对工艺过程进行自动控制。该课程涉及知识面广、实践性强，传统的课堂教学方法很难适应当前“新工科”背景下的教育教学要求，因此对材料成形检测与控制工程基础课程的教学内容、教学方法进行改革和探索意义重大。

1 　材料成形检测与控制工程基础课程特点

2018年，邵阳学院机械与能源工程学院根据“新工科”人才培养模式的需要[3]，将原有的过程控制基础以及材料成形检测两门课程优化整合成为材料成形检测与控制工程基础，作为材料成型及控制工程专业的一门基础课程。根据材料成型及控制工程专业的具体情况，将该课程理论教学内容主要分为两部分：一部分是测试系统设计，包含传感器、信号分析及处理、检测及显示技术三项内容；另一部分是自动控制系统的基本原理、分析方法和设计方法，主要包含自动控制理论基础与自动控制系统分析等内容。课程涉及数学、力学、电工学、物理学和金属学等多方面的知识，学习难度大，纯理论知识点多，学习过程枯燥乏味，容易使学生在学习过程中失去学习兴趣，因此必须改革传统的教学模式，引入新的教学方法，提高教学质量。当前“新工科”人才培养的目标是让学生通过专业课程的学习，能灵活运用掌握的基本原理和方法解决实际问题，这也对课程体系、理论教学内容以及教学方法提出了新的要求。

材料成形检测与控制工程基础是一门实践性很强的课程，学生通过学习该课程应掌握独立开展科学研究所必备的检测和控制的基础理论、实验方法以及数据分析方法。目前已经开设的课程实验主要以传统的仪器实验为主，而对于测试软件和分析软件的介绍和应用几乎没有涉及。为了适应新信息、新科技术时代测试技术的发展趋势，应着重培养学生运用软件进行分析的能力，在实践教学中增加软件应用能力培养的有关内容。同时，应侧重对学生实际测量与控制技能的培养，通过实践教学有效提高学生的思维能力、动手能力和创新能力。通过该课程的教学，让学生深入广泛地理解材料成形过程中的检测及控制，为后续的成形工艺方法、成形设备控制等课程的学习，为开发新材料及其成形新技术、分析和解决成形过程中的质量缺陷问题等奠定理论基础。如何提高课程教学的质量，适应“新工科”人才培养模式，进而保证人才培养质量，是材料成形检测与控制工程基础课程改革的关键。

2　课程体系、教学内容改革措施及成效

2.1　优化课程体系

根据“新工科”人才培养模式的要求，制定材料成形检测与控制工程基础课程的理论教学大纲和实验大纲。课程涵盖了材料成形和控制工程中常用的检测及显示技术；继电器和接触器的程序控制、拖动、驱动控制技术及自动控制理论基础；材料成形领域常用的速度控制系统、焊接电弧控制系统等[1]。将该课程与电工技术基础、电子技术基础、微机原理及应用、材料成形工艺等其他课程融合成为更适合当代材料成形人才培养需求的知识体系。在2017级、2018级两届学生中开展教学实践，发现在新的课程体系下，学生能较好的掌握课程知识点，能系统地运用理论知识来进行实践。

2.2　课程教学内容改革及知识结构优化

在理论教学方面，为适应新工科人才培养需求，根据材料成形检测与控制的应用现状与未来发展的趋势，对教学内容体系进行了改革与创新，优化了知识结构。在材料成形检测与控制工程基础课程教学中，以材料检测与控制的“检测理论、控制理论、检测与控制系统设计、实际检测与控制系统”四大问题为主线，向学生全面介绍当前传感器技术、自动化仪表技术的主流发展趋势和先进理念。将新型检测技术与控制技术的具体生产实例引入课堂，把检测技术、控制技术作成为课程教学的主要内容，实现教学内容的及时更新和教学手段的现代化。

在实验教学方面，针对“新工科”人才培养要求，坚持“能力导向，重视实践”的原则，对实验教学内容进行了以下改革：改革课程实验内容，贴近实际工程项目，以满足快速发展的新技术、新仪器对人才培养的需要[4]；改革传统的实验模式，增加仿真实验和综合设计性实验，弥补传统基础性实验的不足。通过仿真实验提高学生自主学习的能力，通过综合设计性实验培养学生综合运用理论知识的能力、创新能力、组织管理能力、自主实验能力以及解决实际问题的能力[5]。

具体增加的实验内容有：开设信号仿真实验，让学生通过Lab-View软件平台动手设计周期信号叠加系统仿真实验，充分发挥学生主观能动性，培养学生自主学习的能力；结合“自动控制理论”等教学内容，运用Matlab的功能，开设“控制系统应用软件学习使用及典型控制系统建模分析”、“控制系统时域特性分析”等实验。通过实验教学，让学生理解并掌握自动控制系统经典的分析、设计方法及基本理论，巩固课堂所学知识，为工程实践打好基础。将实验课时从原来的6学时增加到10学时，加强了对学生实践技能的培养。

2.3　课程考核方式改革

材料成形检测与控制工程基础是一门理论与实践结合的课程。学生通过学习该课程，能极大提高自身的工程实践能力和创新能力。目前，在实施课程考核时，采用“平时成绩(20%)+实验成绩(10%)+期末考试(70%)”的方式计算学生的成绩。采用这种成绩计算方式，期末卷面成绩所占比例很高，对实践环节的考核力度较小，容易导致学生参与实验课缺乏积极性，完成平时作业敷衍了事，不能真正反映学生掌握该课程知识和技能的程度，也难以适应“新工科”背景下对本科高校应用型人才的培养要求。对材料成形检测与控制工程基础课程的考核方式进行改革，意义重大。改革的内容包括：

(1)加强学习过程评价。通过增加课后设计类的大作业、“翻转”课堂考核来评价学生的自主学习能力。

(2)加强实验环节的考核力度，让同学积极参与到每次实验课中。

(3)减小闭卷笔试成绩的占比。在课程考核中，按照“平时成绩(30%)+实验成绩(30%)+期末考试(40%)”的方式计算成绩，以利于综合考察学生的学习情况。在平时成绩中，以课堂表现为主，通过设计“翻转”课堂提高学生的积极性，避免出现“人到心不到”等现象；计算平时作业成绩时，以考核设计类大作业的完成情况为主，既能培养学生的设计创新能力，又能避免学生出现“作业抄袭”的现象。在实验成绩中，加大实验操作考核成绩的占比，降低实验报告评价成绩的占比，以提高学生自主实验的积极性，避免出现实验过程“敷衍”，实验报告“抄袭”等现象。在2018级学生中进行了新考核方式的实践，结果表明：学生上课的积极性得到了有效提高，学生的实验动手能力得到了有效提升，大部分学生都能主动地参与到课堂教学和实验操作中来，基本杜绝了“作业抄袭、实验敷衍”等现象。

3　改革教学方法

注重能力培养，从课堂教学模式入手对传统教学方法进行了改革。

(1)理论教学方法改革。大力推进“线上线下混合教学”。实施线上教学时，教师课前在线上发布学习任务、预习资料，让学生自主学习；实施线下教学时，教师在课堂上主要讲解学习重点以及学生集中反映的难点。通过推进“线上线下混合教学”，让学生积极参与到课堂教学中，增强学生的主体意识，提高学生的积极性。通过线下课堂中的难点研讨，进行“翻转课堂学习”、“小组研讨学习”等教学方法改革，实现教学理念由“以教师教学为中心”向“以学生发展为中心”的转变[6-8]。在2017级、2018级学生中，进行了“翻转课堂学习”、“小组研讨学习”的教学方法改革实践，提高了学生的学习热情和积极性，培养了学生自主学习的意识和课堂主体意识，保证了课程的教学效果。

(2)实验教学方法改革。通过建立“课堂实验教学”环境，将理论教学内容放到实验室中，便于学生具体形象地理解抽象的理论知识，培养他们的动手能力。比如，教师在进行热电偶工作原理、涡流传感器特点及工作原理、磁电式动圈仪的结构及工作原理、电子电位差计的工作原理等内容的教学过程中，可在实验室对照具体实物展开理论教学，实现理论与实践的有机结合。在2017级和2018级学生的实验教学中，采用“课堂实验教学”模式，提高了学生实验的积极性，提升了学生的操作技能，保证了实验效果，做到了以理论指导实验、实验检验理论，使学生的理论知识掌握得更牢固。

4　结语

“新工科”建设的推进对本科高校应用型人才的培养提出了新的要求，结合人才培养目标，以材料成形检测与控制工程基础课程为例进行教学模式改革，意义重大。通过优化知识体系，使学生能系统运用理论知识指导实践，实现了“产出导向”的教学目标；通过调整知识结构，使课程中抽象、难学的理论部分变得直观、形象，实现了教学内容的全面更新；通过改革教学方法，秉持“以学生为中心”的教学理念，提高了学生的主观能动性，使学生完成了从被动学习到主动学习的转变，提高了课程的教学质量和效果。

[1] 杭争翔.材料成形检测与控制[M].北京:机械工业出版社,2010.

[2] 汪敏, 肖斌. 新工科背景下教学改革实践[J]. 教育现代化, 2019,6(53):73-77.

[3] 孙小刚, 唐谦, 张世免. “材料成型检测技术”课程教学改革研究[J]. 教育现代化, 2017,4(23): 41-42.

[4] 张红民,贺晓蓉,万文略,等.“电气系统与检测控制虚拟仿真实验教学中心”构建与实践研究[J].教育现代化,2015,2(9):6-9.

[5] 杨敏, 陈阳, 郝晓曦, 等.培养学生工程实践能力的《测试技术》课程实验改革[J]. 教育现代化,2019,6(33):33-34,37.

[6] 朱永梅,唐文献,管小燕.基于线上线下智慧教学的机械类课程教学改革与实践[J].大学教育,2020,9(3): 16-19.

[7] 张金萍. 翻转课堂与教学改革[J]. 基础医学教育, 2014, 16(10):825-828.

[8] 陈玲, 许继恒, 任睿, 等.“问题驱动”式教学模式在微课教学设计中的应用[J]. 教育现代化,2019,6(44):184-186.

Curriculum reform of “Material Forming Detection and Control Engineering Foundation” under the cultivation mode of “new engineering”

ZENG Diping, GUO Wenmin, ZOU Lihua,WU Haijiang, CHEN Dongrui, WANG Xiaoming

(Department of Mechanical and Energy Engineering, Shaoyang University, Shaoyang, Hunan 422000, China)

The teaching contents and method of the course "Material Forming Detection and Control Engineering Foundation" were reformed under the background of "New Engineering" construction. This paper starts from two aspects of theoretical teaching and practical teaching, optimizes the curriculum system, and reforms the method of curriculum assessment. Some teaching methods were introduced, such as "online-offline mixed teaching", "flipped classroom" and "group discussion". Pilot teaching was carried out for grade 2016 and 2017 students. The results show that it can effectively stimulate students' subjective initiative, create a strong learning atmosphere, improve students' learning ability, and ensure the teaching effect of the course.

new engineering; teaching method; teaching effect

G642

A

2096–8736(2021)06–0049–04

邵阳学院校级教学改革研究项目“新工科背景下《材料成型检测及控制工程基础》线上线下混合式课程教学模式研究”(2021JG13)；教育部2021产学合作协同育人项目（202102616013）。

曾娣平(1982—)，女，湖南邵阳人，讲师，主要研究方向为材料成型专业教学。

责任编辑：阳湘晖

英文编辑：唐琦军