基于OBE理念的《金属材料学》课程的教学探索和实践*

孙雅馨，苑克群，马扬洲，夏爱林，吕耀辉，冒爱琴，斯松华

(1 安徽工业大学材料科学与工程学院，安徽 马鞍山 243032；2 安徽工业大学工程实践与创新教育中心，安徽 马鞍山 243032)

在高等教育改革不断深化的背景下，高校人才培养理念也在不断变化。成果导向教育OBE(Outcomes-based Education)是工程教育专业认证的核心理念，是以培养学生能力为导向的教育。2017年，教育部基于国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求而特别提出“新工科”概念，意味着新工科教学改革的开始，为工程教育改革指明了方向[1]。2020年9月，习近平总书记在安徽马鞍山考察调研中国宝武马钢集团时说：“把握自己的优势，顺应当前企业现代化发展的潮流，在现代企业改革发展中，特别是在长三角一体化发展中，把握机遇、顺势而上，为长三角一体化发展作出自己的贡献。”与宝武马钢集团相邻的安徽工业大学是一所“以工为主、服务行业、融入地方、创新发展”为鲜明行业特色的高水平建设高校。行业的发展，离不开高素质复合型人才的培养。课堂教学是培养人才的主阵地，课堂教学质量是人才质量的关键。2018年教育部提出了“两性一度”的金课建设标准，即“高阶性、创新性、挑战度”，成为课堂教学改革的行动指南[2]。

人类社会的发展史也可以说是材料的发展史，尤其是金属材料贯穿了整个材料的发展史。我校传统工业课程《金属材料学》的教学工作一直在持续改进中[3-5]，但是在新的教育改革背景下面临着更加严峻的挑战。

1 《金属材料学》课程的特点及教学现状分析

《金属材料学》是在《材料科学基础》和《材料工程基础》课程修过之后开设的，并与后续的《认识实习》和《生产实习》等工程实践课程联系紧密，起到承上启下重要的知识连接作用。《金属材料学》是材料类专业中与工程实际结合较强的一门专业基础课程，具有综合性、实践性和经验性等特点。该课程从金属材料合金化的角度出发，对材料科学的四要素即成分-组织-工艺-性能之间的关系进行了综合性的诠释。但本课程涉及的知识面繁杂、理论艰涩、逻辑性不足，需要前期知识储备多，学生学起来难度大，抓不住重点，学习兴趣不浓。有的学生甚至在还没开课的时候，就通过渠道了解到该门课程的枯燥性而提前产生畏难情绪。

基于这些教学现状，本团队根据课程的具体培养目标，结合学生自身特点进行科学设计，从教学内容的优化，结合信息化技术的教学模式，和多元化的评价方式对本门课程进行了教学实践探索，提升教学水平，提高学生的学习效果。

2 以学生为中心进行的教改策略

2.1 教学内容的优化和精炼

本门课程选用戴起勋教授主编的《金属材料学》第二版作为主要参考教材。教材内容多，主要涉及三大板块，即钢铁材料、有色金属材料、金属基功能和复合材料。根据教育部提出的“厚基础、宽口径、广适应”的人才培养模式，我校材料科学与工程专业的《金属材料学》课时已经从原来的56学时压缩到32学时，教学难度加大，必须要对教学内容进行优化和精炼。如在钢铁材料这一部分中，抓住合金化是影响材料强韧化这一对矛盾的主要因素，基本原则是多元适量，复合加入。在教学过程中，突出重点，以点带面，做到知识点之间的融会贯通。有色金属材料部分实现翻转课堂教学，学生以团队形式集体学习，分工合作，制作PPT上台讲解。金属基功能和复合材料是学生完全自主学习，这部分与本专业开设的《功能材料》有重叠，不作为本课程学习的考核内容。

教学内容与时俱进，贴合行业实际需求，将最新技术需求和变化引入课堂，将最新研究成果渗透到教学中。如引入汽车行业对轻量化高强度钢材的需求，高强紧固件用钢，纳米材料，环境能源材料等新型材料的开发等。引入实际生产案例，帮助学生深入理解消化课程内容。引入钢铁材料的强-韧性这对难以兼容的力学性能相关进展。钢铁材料的强化方式有：固溶强化、相变强化、细晶强化和析出强化。除了细晶强化，其余都是以牺牲韧性为代价的。在这种此消彼长的矛盾体里面，保证强度的条件下如何增韧，有哪些途径，解决思路等，通过将国内外学者在这方面取得的最新研究进展引进课堂教学，启发学生思考，加强知识巩固和实际应用能力。再如，引入近年来研究比较热门的高熵合金，其在室温和高温下呈现高强度、良好的稳定性、高的耐磨性以及强耐腐蚀性等优异的性能。高熵合金通常是由五种或五种以上的元素组成的多主元合金，其化学成分的特点是主元之间是等原子比或近等原子比，如最为典型的是CrMnFeCoNi高熵合金。高熵合金的设计突破了传统合金的适量加入的理念，拓宽了合金成分设计的范围，为开发新型合金提供了新思路。

2.2 采用信息化技术融合的混合式教学模式

随着信息化技术的高速发展，对教育教学的发展产生了革命性的影响。《金属材料学》课程采用“线上-线下-线上”的混合式教学模式开展教学活动，如图1所示。

图1 混合式教学模式设计

线上就是充分利用网络教学平台，将教学内容中识记性的基本概念和知识让学生自主学习。授课教师课前推送相关的教学资料，扩展读物等，并同时布置学习任务。这种在线教学有效缓解了内容多课时少的矛盾，发挥了学生的主观能动性，让学生动起来，忙起来，利用零散时间学习，不容易产生疲劳，极大地满足了学生个性化学习的需要。

线下，在课堂教学过程中，授课教师根据学情和讨论区反馈信息进行疑难解答，重难点内容的讲解和升华，前沿知识拓展，归纳总结等。采取案例导入式教学，可使学生明确课程学习的目的、内容和意义。案例选取主要是因金属材料零件失效导致的一些重大事故，如泰坦尼克号首次航行因为铆钉的爆断而永久沉睡于海底；某些车辆因车轴突然断裂引发的意外交通事故；天然气输送管道长期处于腐蚀性环境中引发的泄漏事故等，再引出对应的重难点知识。通过引入在金属材料增韧方面的科学前沿进行知识拓展，强化学生对重难点知识的掌握能力。

充分发挥以学生为主的教学活动，让学生走上讲台，进行翻转课堂。有意思的是，金属材料合金化的本身就充分体现了各元素团结协作，实现共赢的策略。在教学中，组织和引导学生组成团队小组，对有色金属铜，铝，钛和镁合金方面进行专题调研，再由学生制作PPT讲稿进行汇报交流，团队成员每人承担一定的任务，分工合作，在汇报时，实现生生互动，师生互动。最后，教师进行点评，并对知识点进行归纳总结。

课后，在线上通过网络平台布置作业和进行阶段测试对知识点进行巩固、加深和外延。并对一些典型金属材料案例通过查阅资料，运用所学知识，进行案例分析和讨论，并能给出解决方案，最后撰写出小报告。

将过程性考核和结果性考核有机的结合，对重结果、轻过程的考核评价进行改革，过程性考核占总成绩的50%，结果性考核占50%。过程性考核中的在线学习部分占20%，包括课前的知识点训练完成情况，参与讨论，作业和阶段测试部分；翻转课堂占10%，包括生生互评，教师评分；对案例分析讨论和提出解决方案的小报告占10%。将线上和线下的各个环节内容，从不同维度方面对学生的知识掌握和应用能力，沟通交流能力，归纳总结能力和解决复杂工程问题能力等进行了综合考查。

2.3 引入课程思政，提高学生学习兴趣

2020年，教育部印发了《高等学校课程思政建设指导纲要》，全面推进高校课程思政建设是落实立德树人根本任务的战略举措。在高校价值塑造、知识传授、能力培养“三位一体”的人才培养目标中，价值塑造是第一要务。也就是要寓价值观引导于知识传授和能力培养之中，帮助学生塑造正确的世界观、人生观、价值观[6]。兴趣是最好的老师，提高学习兴趣，是课堂教学质量的保证。在面对学生的学习情绪不高，兴趣不足的现状下，授课过程中，把知识故事化，生活化，在润物无声中引入思政元素，吸引学生的注意力，提升专业认同感，最大可能的调动学生积极性。

如在讲解绪论时，引入全民受益的高铁工程，这条国家亮丽的风景线，带给我们不仅是国家经济的高速发展，更彰显了我国强大的技术力量。铁路行业的快速发展，对高速铁路中铁轨用钢，高速列车用车体用钢，轴类零件用钢，轴承钢，车轮用钢，弹簧钢等都提出了新的更加严格的要求。作为材料人，学生的责任感、自豪感和使命感油然而生。

如在讲解工程结构钢这一部分时，例举我国在20世纪60年代初期完全自行设计并建造的南京长江大桥，其中桥梁的骨架钢梁使用的16锰钢，被誉为“争气钢”，是我国鞍山钢铁厂在极其艰苦的条件下试制研发的，该钢至今仍被广泛应用于桥梁船舶。现如今，我国正是凭借着在新材料、新工艺、新结构等方面的自主创新，在长江干流上已建成通车有100多座大桥，正如毛主席诗词中所描绘：“一桥飞架南北，天堑变通途”。这种艰苦奋斗，坚韧不拔，努力创新的工匠精神植入人心。

通过前述的金属材料失效的典型案例，将产品质量和安全生产意识贯彻始终，并警钟长鸣。在授课中，还注意强调金属材料在推动工业发展和进步的同时，也会产生负面影响，比如污染环境和资源浪费，这需要相关技术的协同发展，节省金属资源，绿色生产，践行习近平主席提出的“绿水青山就是金山银山”的发展理念。在讲授高温合金时，通过介绍著名材料科学家师昌绪院士在高温合金方面的贡献，让学生感知师昌绪老先生的“研材料，鼎工程，熔铸强国梦”的民族精神和科学精神。

通过教学实践，发现学生高度认同这类教学内容的引入。如在讲到长江大桥时，与学生们产生了共鸣，就是我们马鞍山长江公路大桥的建成通车，合肥方向学子不在绕道南京或者轮渡过江，总车程缩短1 h。在翻转课堂教学中，学生们通过查阅资料，深刻的了解到，材料在航空航天工程中的重要基础地位，以及航天工程进一步对轻质高性能结构材料，轻质高效热防护材料、结构功能一体化材料等开展研制和开发的需求。感叹祖国在中国共产党的带领下逐渐强大的同时，也坚定了专业自信心，努力实现材料强国梦。

3 结 语

通过对教学内容的优化和精炼，采用创新的混合式教学模式，尽一切努力提高学生的主动积极性，《金属材料学》课程在教学实践中，不断的持续改进，受到了学生的认可和好评。安徽工业大学是典型的以工为主的高校，是教育部“卓越工程师教育培养计划”实施高校，作为材料学科重要的《金属材料学》课程，通过积极的教学改革和实践探索，在培养创新型、复合型卓越工程师方面贡献一份力量。