金属材料学一流课程的教学改革与实践

斯松华 陈 艳 张世宏 王永强 张皖菊

（安徽工业大学材料科学与工程学院 安徽·马鞍山 243002）

课程是人才培养的核心要素，为适应新时代高等教育发展以及社会对人才培养的新要求，加强课程教学改革与建设是提高高校人才培养质量的当务之急。[1]

在材料类专业特别是金属材料工程专业的课程体系中，金属材料学是一门非常重要的专业必修课程。鉴于它具有理论性强、综合性强、实践性强等课程特点，其课程教学质量在一定程度上直接影响到学生对于金属材料相关专业理论的准确掌握以及专业知识的综合运用，甚至会影响到学生对金属材料科学及其工程研究的兴趣和潜力。[2,3]然而，在金属材料学课程教学过程中往往仍然采用以教材内容为主、课堂讲授为主、理论教学为主的传统教学模式。课程教学内容中传统材料介绍的多，先进材料特别新技术、新工艺涉及的少，教学内容先进性、前沿性不足；课程专业知识点多、知识面广、辩证性强，老师授课学时不够、学生学习难度大；课程涉及诸多常用金属材料种类，与现代工程实际应用结合非常紧密，但在教学中实验实训等实践环节缺乏，学生综合运用所学知识分析和解决问题的实践和创新能力不足；以课堂讲授作为主要教学方式，学生的学习主动性、探究与创新式学习不足；教学过程中职业素养相关训练不足、课程思政目标和途径不明确，学生“知识—能力—素质”三结合目标难以实现，这些均使金属材料学课程不能完全落实课程目标达成，难以达到专业人才培养要求。

针对存在的问题，面对新时代高等教育新形势，基于建设一流课程目标，借鉴诸多课程建设经验，多年来安徽工业大学金属材料学课程教学团队对课程诸多方面进行了系列教学改革与实践探索，有效提高了课程教学质量，取得了较好教学效果。

1 金属材料学课程简要介绍

安徽工业大学材料类专业的金属材料学课程是在修订1999 版培养方案时由合金钢、铸铁及有色金属材料两门课程整合而来，是金属材料工程专业的核心专业课程，同时也是焊接专业和材料科学与工程专业的专业基础课程。

该课程在材料科学基础、热处理原理与工艺和材料力学性能等课程的基础上，较系统地阐述了金属材料合金化与强韧化的一般规律，比较详细介绍了钢铁材料（如工程结构钢、机械制造结构钢、工模具钢、耐蚀钢、耐磨钢、耐热钢、超高强度钢、铸铁）、非铁金属材料（如铝合金、铜合金、钛合金、镁合金）等常用金属材料，简要介绍了部分新型金属材料（如金属基复合材料、金属间化合物结构材料等）。它将金属材料科学基础理论、常用金属材料及其工程实际应用紧密结合，具有很强的综合性和应用性。通过本课程的学习，可使学生进一步掌握金属材料理论知识，深入理解金属材料合金化原理及其强韧化的一般规律，掌握常用金属材料“五大要素”之间的相互关系。学生可根据零件服役条件和性能要求，正确选择金属材料、合理制订加工工艺，改善组织结构、提高材料性能，可进行产品质量检验和零件失效分析，并初步具备研发新材料的能力。

2 金属材料学课程的系列教学改革与实践

2.1 建立适时修订课程教学大纲制度

基于本科专业培养方案的课程教学大纲是课程教学的目标、规范和指针。根据新时代高等教育的新要求和新特点，贯彻大类招生与培养、卓越人才培养计划、专业认证、新工科、课程思政等新理念和新要求，多次适时修订了课程教学大纲，不断调整和确立金属材料学课程在专业培养目标中的定位与课程目标。本课程自1999 年整合以来，教学大纲已经多轮次修订。2008 年为适应材料科学与工程大类招生，对专业基础课、专业课和专业实践课程进行了重新整合，在金属材料、焊接、材料物理等专业方向上同时开设金属材料学课程。2013 年为适应分专业招生培养（金属材料工程、焊接、材料科学与工程等）和专业认证需要，将课程原先的72 学时（含6 学时课程实验）缩减至56 学时，将课程实验则并入金属材料学（综合）实验，还增加了金属材料课程论文实践课程（1 周）。2019 年为适应网络教学平台开展线上教学和加强课程思政建设需要，将课程学时又压缩到48 学时，并将课程思政目标及其具体要求补充到课程教学大纲中，逐步形成了课程学生线上慕课学习和课堂教学相互协同、课程教学与课程思政有机融合的新机制。

课程教材先后采用了王笑天主编的《金属材料学》、吴承建主编的“九一五”国家级重点教材《金属材料学》和戴启勋主编的“十一五”国家级规划教材《金属材料学》作为学生使用教材；实验教材采用课程团队中实验老师主编的省级规划教材《金属材料学实验》。

2.2 构建“四位一体”的教学团队运行模式

教学团队建设是保证课程教学质量的保障。在教学过程中，逐渐构建了“系统配置、以老带新、专业协同、学用结合”的“四位一体”综合教学团队运行模式。

“系统配置”是指将课程团队分为教学小组和实践小组。教学小组由主讲、助教组成，主要负责课程课堂讲授和线上线下辅导；实践小组由实验老师、实习老师组成，主要负责课程教学过程进行的生产观摩、课程后生产实习实训、课程论文实践课程以及金属材料学（综合）实验，形成了课堂讲授、课下实习实训、课后综合实验三者有机结合的教学团队系统配置模式。

“以老带新”是指教学团队形成了“助课—辅讲—主讲”的教学梯队培养模式。教授或经验丰富的副教授担任课程主讲；青年老师要经历1-2 年助课（辅导）、1-2 年参与讲课（辅讲）才能成为课程主讲老师。培养青年教师是团队的重要职责之一，金属材料学课程教学团队非常重视师资队伍的梯度培养与建设，对青年教师进行“传、帮、带”，青年教师在助课—辅讲过程中要参加听课、批改作业、上习题课、参与实习-实训-实验活动、参与开发与维护教学网站、制作多媒体课件、指导课程论文、参与习题库建设等诸多教学环节的锻炼。通过多年的不断培养，本课程教学团队中已涌现出多位师德高尚、教学能力突出和科研能力强的骨干教师。

“专业协同”是指除金属材料工程专业外，学院层次还建立了十余人的金属材料学大课程团队，分别面向材料科学与工程、焊接专业以及外学院相关专业如资源循环科学与工程、市场营销等专业。大课程团队在教学计划、教学大纲、使用教材、实习实验等诸多方面进行有效协同，使各专业的本课程教学保持本色又各具特色。

“学用结合”是指在金属材料学中讲述的相关专业知识在实习、实训和实验环节中进行有效实践，通过参观实习、企业或实验室工程实训、课程论文实践和金属材料学（综合）实验等，加深对金属材料学专业知识的理解与掌握。如在课程中重点讲授的高速钢知识点，学生可在金属材料学课程论文课程中进行文献综述，在金属材料学综合实验中可自主选择和设计高速钢综合实验，在生产实习中进行高速钢产品的生产观摩或工程实训，充分发挥综合教学团队的互补优势，力求专业知识学习和实践与创新能力提升相结合，学以致用，相得益彰。

2.3 创建基于OBE 理念的任务型课程教学设计

OBE（Outcome based education）是一种以成果为目标导向，以学生为中心，采用逆向思维的方式进行课程教学与建设的先进教育理念。[4]在课程教学中，逐步建立和完善基于OBE 理念的反向教学—目标自学—科研反哺的“三位一体”的课程教学设计模式。

在课程教学中实施了“教学反向法”课堂任务型教学设计。主讲老师选定一些特定章节或重要知识点（如针状贝氏体钢、轴承钢、高速钢等），组成学生学习小组，通过学生预习备课、制作PPT、上台讲课，其他学生和老师一道听课、提问、互动探讨，最后老师进行答疑解惑、梳理总结。“教学反向法”有利于加强师生教学互动，创新教学模式，提高学生课上课下的教学参与度，激发学生学习热情与潜能。“教学反向法”已持续近二十年，取得了较好的教学效果，赢得了学生的普遍认可。

在课程教学中实施“目标自学”课后任务型教学设计。根据课程相关教学内容，设置关键词、主题词，学生在课后进行文献调研或工程实例调研；或结合大学生创新创业项目(SRTP)、参与本科导师的科研项目，撰写研究报告，以提高学生自主学习能力、文献调研与综述能力和综合运用专业知识的科研能力，有效促进课程目标的达成。目前课程教学团队正在整理汇编的《金属材料学课程习题库》和《金属材料学工程案例库》一定程度上也是多年来实施“目标自学”教学设计时学生调研成果的结晶。

在课程教学中实施“科研反哺教学”案例式教学设计。教学团队成员科研领域涉及材料学科的新型钢铁材料、加工工艺及其控制、表面工程、功能材料、模拟仿真技术、焊接技术等各个领域。主讲老师根据自身科研成果或文献调研，加强科研反哺教学，使课程知识“问题化、具体化”，使课程教学“案例化、工程化”。如讲到低合金高强钢、微合金钢控轧控冷时，结合自身科研项目，以马钢CSP 生产线、南钢炉卷轧机生产线为例，将现代钢铁企业生产板型的生产流程演示给同学，使同学能够将生产流程中的冶炼、精炼、连铸、控轧控冷、校直及后续的热处理、焊接等生产工艺流程与材料学科中的成分控制、加工工艺优化、组织演变、性能实现及其具体应用进行有效结合，树立了“大材料观”，激发了学习热情，丰富了课程教学内涵，有利于启发学生运用专业知识去解决复杂工程问题。

2.4 逐步建立“线上+线下”的混合式教学模式

现代信息技术推动课程教学模式改革是信息时代教育发展的需要，是提高人才培养质量的需要，是倒逼教师教学理念转变的需要。“互联网+教育”新教学新模式不断涌现，以慕课（MOOC）为代表的线上教学实现了以学习者为中心的教学需求。[5,6]

本课程团队结合2020 年受疫情影响时教育部提出的“停课不停学”的新要求，借助2018 年立项的《金属材料学》省级MOOC示范项目建设，尝试开展基于现代信息技术的“线上+线下”混合式教学改革。在上课前要求学生事先学习网上教室搜集的视频或本课程组录制的MOOC视频，学习和掌握相关知识点，并提出疑难问题；在互动网络课堂上主讲老师讲授知识的重点与难点，在课堂上开展面对面互动讨论和答疑解惑。网络教学的融入使学生从传统的“接受性学习”，转变为学生主动合作的“探究与创新式学习”，提升学习的参与度，加深学生对于知识点的记忆和理解。

依托课程网络教学平台，不断加强网络教学资源建设，如教学大纲、课程多媒体课件、习题库、课程教学视频等，逐渐运用和完善网上学习系统、网上答疑系统、网上考勤系统、网上考评系统等网络教学辅助体系。另外，利用课程QQ 群、微信群等平台，加强与学生的互动交流。金属材料学实验也采用“网上预约、自我设计、互助合作”的教学模式。本课程通过省级精品资源共享课程、省级MOOC示范课程、省级“材料工艺设计虚拟仿真实训”虚拟仿真课程等建设，已逐步建立起课内教学与课外辅导、课堂教学与实践教学、线上教学和线下教学、课程教材和网络资源等互补互助的“立体”课程教学平台。将传统教学形式和网络教学优势结合起来贯穿到教学过程中，调整和转变教学模式，优化教学方法，达到和谐共振的课程教学与学习氛围，不仅有效促进了课堂教学质量的提升，而且对于学生自主学习能力尤其是实践与创新能力的培养起到关键性引导作用。

2.5 探索课程教学与课程思政有机融合的途径

根据教育部《高等学校课程思政建设指导纲要》，一流本科课程要“坚持立德树人，深入挖掘各类课程和教学方式中蕴含的思政教育元素，全面推进课程思政建设，将‘价值塑造、知识传授和能力培养’三者融为一体”。[7]课程团队针对存在的对课程思政认识不足以及教学大纲、教学内容、教学设计和教学评价中育人元素融入不足等问题，在2019年修订的教学大纲中，明确了课程思政教学目标，开展了课程思政教学设计，深入挖掘课程思政元素，制作课程思政教学计划表，将课程思政融入课程教学全过程。

目前课程团队有效挖掘和提炼与课程内容相契合的课程思政元素，课堂上坚持课程思政，如讲述高强钢时，结合我国军事技术发展，高强钢在航母、飞机等各领域的广泛应用，说明材料强军、材料强国，让学生立志于材料事业，增强学生的民族自豪感和社会责任感；如讲述金属材料环境协调和可持续发展时，强调“绿水青山就是金山银山”的环保理念，帮助建立可持续科学发展观和绿色生态技术观；如讲述耐热钢时，从提升耐热钢的热强性为切入点，阐述“真金不怕火炼”“打铁还需自身硬”的道理，激发学生以奋斗精神铸就青春底色，以真材实料淬炼过硬本领。

将课程思政考核纳入课程平时成绩评定体系。学生结合课程所设计思政元素主题或相关思政主题进行专题调研与讨论，撰写专题调研报告与心得体会。如灿烂历史的青铜文化、新时代金属材料的价值与使命、先进金属材料应用前景、传统金属材料的产能过剩、环保压力与材料产业新使命、金属材料领域的先进人物事迹等。

2.6 构建“五位一体”的平时成绩评定体系

加强课程过程管理，建立科学有效的平时成绩评定体系，是提升课程教学质量的有力保障。[8]本课程建立了以“学习表现、课后作业、课程测验、专题训练、课程思政”为主要内容的“五位一体”平时成绩评定体系，针对教学目标、教学设计等采用多元化考核，采用形成性评价，形成过程性考核，具有科学性和可量化性。

目前课程采用形成性评价和终结性评价（期末考试）相结合的考核机制，平时成绩占课程总成绩的50%（50分）。学习表现是指课堂考勤、课内互动、课前网课、课后交流、学习态度等综合课程表现，占10 分；课后作业是指布置5次左右作业的完成情况，占10 分。“课程测验”是指安排1-2 次课程期间测试，以考查学生对阶段学习知识点的掌握情况，占10 分。专题训练是针对“教学反向法”和“目标自学”两种教学设计的综合考核，占15 分。课程思政主要以学生专题调研报告作为考评基础，占5 分。平时成绩的评定做到有记录、可公开，并以此激发学生进一步改进学习状态和增强学习热情。

3 金属材料学课程改革与实践的成效

金属材料学课程历经近十年的改革建设与实践，取得了较好的成效。学生在课内课外的活跃度与参与热情明显提升；上课学生对教学模式、教学方法和教学效果普遍反映较好，自评认为达成了专业知识、综合训练和素质训练的课程目标，该课程学生评教分多年来名列学院排名前茅；学生参加大学生创新创业项目、参与老师科研课题等科研活动的兴趣也明显提高；很多学生参加完研究生复试后，积极向任课教师反馈，肯定本课程的知识体系、教学内容与教学效果，使其在专业面试时受益匪浅；许多工作多年的校友也反馈认为学习本课程受益匪浅，对所从事的金属材料相关专业工作极具指导性和实践性；校院两级教学督导专家对本课程的教学改革及其产生的教学效果给予了高度评价，认为课程教学能将理论与实践有机结合，能有效契合企业职业需求，并获得过校课堂教学质量评价“优秀一级”；以此为基础内容申报的教学改革成果2018 年获得安徽省教学成果奖一等奖。

本课程团队老师积极投身专业综合改革试点、精品资源共享课程、课程思政示范课程、虚拟仿真示范课程等教学改革与建设。近五年来，主持国家级和省级质量工程项目10 余项；获得包括省级特等奖在内的教学成果奖5 项，发表教改论文10 余篇；本课程教学团队2016 年获批省级教学团队；课程团队老师也相继荣获校“我心目中的好老师”“长江学者奖励计划‘青年学者’”“皖江学者（青年项目）”、省级“教学名师”、省级“教坛新秀”、宝钢“优秀老师奖”等荣誉称号。

本课程于2012 年获批为省级精品资源共享课程，2018年获批为省级MOOC 示范课程，2020 年获批为省级课程思政示范课程，2020 年获批为国家级本科（线下）一流课程。

金属材料学课程及其团队将以此为基础，顺应新时代高等教育发展潮流，努力加强一流课程建设，不断深化课程教学改革，夯实学生专业知识基础，提高学生实践与创新能力，提升人才培养质量，力争为培养德智体美劳全面发展的高素质专业技术人才做出更大的贡献。