《工程材料学》教学创新设计

尹冬松，翟凤龙，杨 丹，蔡 洋，刘爱莲，梁维中

（黑龙江科技大学材料科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150022）

《工程材料学》是材料成型及控制工程专业的一门专业基础课，该课程的目标是通过课堂教学和实验教学，使学生获得有关工程材料的基本理论和基本知识，掌握常用工程材料成分－组织－性能－应用之间关系的一般规律，重点掌握钢铁材料和有色金属的合金化原理、性能特点、典型用途、热处理规范；了解不同用途的金属材料分类和命名，使学生初步具备选材和材料设计的能力。黑龙江科技大学《工程材料学》教学团队根据学校建设矿业特色鲜明、服务地方经济的应用型大学的办学定位，结合“一高”即“思想道德素质高；“一强”，即“应用能力强”的专业人才培养目标和课程理论性和实践性相结合的特点，从价值观培养、知识水平和能力水平三个方面，确定了课程目标。并借鉴国内高校的先进经验。

文成、田玉琬和王贵等实现《工程材料学》“线上”与“线下”课程的优势互补，提升了教学活动的灵活性[1]。基于工程认证要求提出的“以学为中心”原则，本文以“工程材料及成形”课程为例，通过对课程基本情况和教学目标的分析，探讨了混合式课程建设中需要解决的关键问题[1]。丰崇友，唐普洪，王进满等挖掘和提炼《工程材料学》课程中所蕴含的思想政治教育元素和所承载的思想政治教育功能，与专业教学内容进行深度融合，运用有效教学载体和教学形式，对课程进行教学改革探析[2]。田园，蹇小平等将信息技术与教育教学的深度融合。并以微积分课程为基础，将线上数字化教学资源与线下传统课堂相结合，开展混合式教学实践。实践结果表明，混合式教学打破了时间和空间的局限性，有利于激发学生学习的积极性，提高学生自主学习的能力，培养学生的创新思维和团队精神[3]。

基于课程团队的调研分析、探索和实践，将网络资源、信息技术和综合实践教学平台运用到《工程材料学》教学环节，实现以互联网+和综合实践教学改革平台为支撑的理论教学和实践教学有机融合，深入理解和学习教育教学的基本理论和党的路线方针政策，深入挖掘专业课程中的课程思政元素，如科学思维、大国工匠精神等；教学模式和课程内容进行创新性整合和设计。围绕学生创新思维和工程能力，《工程材料学》教学团队从四个方面开展了创新教学设计。

1 互联网+平台的构建与应用

在相关网站建立《工程材料学》课程资源，包括“智慧树”课程平台+QQ 群耦合式教学课程资源及交流平台，如图1a）所示，形成综合的网上平台。并组织课题组成员，开发相关网站的功能潜力，进行优化设计，充分利用互联网+平台的优势，实现线上线下有机融合。通过“课程网站”上传与工程材料学相关的课程资料，如：“材料设计案例”“材料原理视频”丰富课堂知识，开阔学生视野，并建立课题教学—学习任务—作业考试—学生管理一体化式管理机制。例如：在讲授工业用钢章节中，设立“航空齿轮”的加工路线和热处理工艺特点为课题教学点，确立这个课题教学点的学习任务，包括：教程知识点学习，文献知识检索和总结，结合认识实习齿轮及材料应用场景分析等几个方面；然后进入作业考试环节，针对这个教学课题点，布置作业，通过平台在线测试，反馈教学效果；在整个过程中在学生自查文献资源上传，作业上交及质量统计，测试效果反馈各个学生具体操作的环节中，设置催办、督办预警等学生管理环节，督促学生保质按时完成；同时定期开设直播课，广泛征求各方面的意见和建议，获得学生的反馈，及时进行持续改进；课堂外充分利用“智慧树”QQ 群进行分组交流讨论，碰撞思维的火花，提升学生的思维能力，对比2019 年12月和2020 年12 月工程材料学成绩可知，学生的学习成绩得到明显提高（如图1b）所示），实现了“思维能力提高”的课程目标。

图1 智慧树课程资源平台及近年成绩对比

2 实践活动带动理论教学

以学生为中心（既OBE 理念），建立学习和研发一体化课题组，利用教学团队实践教学改革所建立和优化的实践教学综合平台，开展课程学习-科学实践-工程能力一体化培养的教学模式。

对课程内容进行整合和创新，在课程中引入教学团队所获得的黑龙江省应用计划项目和黑龙江省自然科学基金等项目研究的合金化、细晶强化及弥散强化学科前沿知识，或者把“行业大赛”相关内容引入，提高学生的创新思维能力和工程应用能力。在学生中分组或分类，实现全覆盖式培养，对科学研究感兴趣的同学，借助“专业导师制”的条件，全面推行“大学生科技立项”活动，以成型专业18-1-2 班为例，专业共计52 名学生，其中50%的导师组织自己所指导的学生开展了科技立项，占学生数近40%；对技术、应用及创业感兴趣的同学，全面推进同学参加各级各类行业大赛，如“铸造工艺大赛”、“金相大赛”、“建模大赛”等，从大二至四，参加人数占总人数10%左右，余下学生导师以自身的科研项目或者科研方向为基础，单独进行科研或者创新创业训练，如：利用“黑龙江省自然科学基金”、“黑龙江省省属本科基本业务费”等项目带动理论教学。通过以上方法基本实现全覆盖。通过这一设计，有效培养学生创新意识，锻练学生创新创业能力，近5 年学生参与省级项目2 项，地市级项目3项，学生获得省级大学生创新立项1 项，参与发表文章5 篇，参与发明专利2 项，学生连年在“铸造工艺大赛”中获奖，学习积极性高涨，实现了“创新能力提高”的课程目标。

3 实践教学平台协同服务

整合校内外实践教学平台，用于《工程材料学》实践教学：一般企业的产学研平台大多数工艺较为单一，因此可将附近地域产学研企业平台进行工艺搭配，形成工程材料学实践教学流程的整体训练，课程团队配合材料成型及控制工程专业整合地域相近十余家企业，针对不同企业的特点，进行有机的搭配，形成能够综合实践的特色功能，对《工程材料学》课程中体现的成分-工艺-组织-性能-应用进行实践锻炼和学习，学生在条件允许情况下，可以到综合实践平台开展课程学习中的实践分析和验证。另外在研究生和上届学生共同进行合作，在专业训练、科技活动等方面开展与课程相关的实践工作（如专业训练中，以铸钢的成分设计-制备-加工-热处理-检测等环节与“工程材料学”中“铸钢材料中组织性能及应用”知识点相联系，实现理论结合实践），提升学生工程实践能力。此外，在专业训练和科技活动之前找优秀的毕业校友曹杰、张金达、刘洪等作动员和相关专业方面讲座，能够更有效的调动学生的积极性，扩展知识面。通过以上的方法，完成了“工程能力培养”的课程目标，得到了企业的认可。

4 思政元素挖掘

针对《工程材料学》作为专业课程，思政元素难挖掘的问题，组织课程团队进行研讨，聘请相关省级精品课负责人，开展学习和交流，借鉴课程思政挖掘的成功经验，得到《工程材料学》团队具有自身特色的课程思政元素。经过分析总结，认为《工程材料学》中很多核心内容能够体现“大国工匠”、“科学思维”及“爱国精神”等思政元素，如新型钢材研发过程中的攻坚克难可以与“大国工匠”精神相结合，设计过程中，原理的应用，设计的巧妙也能体现“科学思维”，关键技术的突破，对国计民生的重要意义，也能够鼓舞学生的“爱国精神”。通过以上过程，完成了学生“大国工匠”和“爱国精神”的课程素质教育目标。学生的思想素质得到了企业的高度认可，例如：课题组所指导张金达，就职于宁波市高新技术企业，从事材料成型相关工作，2020 年10 月，张金达获得宁波市北仑区“新时代好青年”荣誉称号和宁波市“五一”劳动奖章。

5 结论

运用互联网+手段，利用综合实践教学平台实现了《工程材料学》课程创新教学设计；采用以学生为中心的课题组式，运用科研项目带动教学环节，实现学生创新思维，利用整合综合实践教学平台，改革教学实践活动的内容和模式显著提高学生的工程能力，深入挖掘《工程材料学学》课程中与核心内容契合度高的思政元素，提高学生思想道德素质。