金属力学性能课程教学改革创新与实践

马宝霞　康福伟　胡茂良

［摘 要］金属力学性能课程是一门典型的理工科学科基础课，具有很强的理论性和鲜明的工程应用特征，重在培养学生研究、评价和应用金属材料的能力。遵循以“学生为中心”的工程教育理念，文章尝试在金属力学性能课程授课过程中引入智慧树教学平台，创新并丰富教学模式，即采用线上线下双线融合教学模式，面向金属材料工程专业人才培养的学习全过程，为培养具有坚实知识基础、较强创新精神和实践能力的金属材料工程领域应用型高级专门人才奠定基础。

［关键词］金属力学性能；教学模式；教学改革；线上线下；混合模式；创新

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）10-0035-03

金属力学性能课程是一门典型的理工科学科基础课，这门课为金属材料工程专业后续的生产实习、专业实践、综合实践、毕业设计提供基础。课程主要阐述各种载荷服役条件下力学性能指标意义与工程应用；研究金属成分、组织结构、工艺和性能之间的关系和规律，以及零件在不同服役条件下的性能需求，为零件合理选材、工艺制定以及失效分析提供基本理论和基本知识。因此，该课程具有很强的理论性和鲜明的工程应用特征[1-3]。通过课程的学习，学生可以掌握性能指标的物理本质、测试原理与方法，深入理解金属力学性能与外在服役条件和内部组织结构之间的关系，具备解决实际问题及创新的能力；根据力学性能要求正确评定和选用金属材料，运用力学性能测试方法作为科学研究的有力工具，培养学生科学研究素养和工程素养[4-5]。因此，为实现金属材料工程领域应用型高级专门人才的培养目标，本文在金属力学性能课程的教学内容、教学方法和评价方面进行了探索性的改革尝试，现将从本课程教学改革举措、成效进行阐述。

一、教学改革前课程面临的问题

首先，课程涉及金属材料各种载荷下的力学行为，学生对于低阶化知识点（如概念、符号等）易懂、易学但易忘，对于高阶化知识点（力学行为的本质及与组织及外界条件的关系）难懂、难记。

其次，授课内容设计追求理论知识的系统性，而缺乏知识的实践认识，运用知识解决实际问题的过程性不足，带给学生直观实际应用的感受欠佳，导致学生难以做到学以致用、逆向的思辨能力较弱。

最后，目前在本科院校里，金属力学性能课程大部分以线下教学为主，即通过传统的教师“灌输”方式进行授课，主要以教师为主体，“师生”和“生生”互动有限，存在学生课堂上精神不集中、觉得课堂内容枯燥等现象，学生学习的兴趣和积极性不高，自主学习能力和创新思维的培养很难达到“质”的变化。

针对上述问题，金属力学性能课程要从授课模式、授课方法、考核方式等方面进行改革，不仅要把课本上的知识讲明白，还要把相关的前沿科研成果、大国工程、科学家事迹等案例和思政元素与理论知识相结合，形成课程互动讨论模式，激发学生的学习兴趣与热情，真正做到以学生为中心，全面提升学生的创新思维能力和综合素质。

二、教学模式改革中的课程构建

伴隨新时代教学理念兴起、教育观念的更新，教育模式的变革势在必行。金属力学性能课程以提高学生工程实践应用能力为教学目标，广大教师在理论知识、实践过程以及教学质量评价等方面不断地进行尝试和创新[6-8]。目前，线上线下混合教学模式被越来越多的教师所青睐。而且，通过新冠疫情影响下的教学实践证明，线上线下混合教学模式很好地解决了疫情影响下的教学任务。这种混合教学模式包括线上教学和线下教学两部分，分别承担不同的教学任务。整个教学过程由课前的学生自主学习，课中的知识反馈、难点解析、知识拓展，以及课后的实践训练教学等组成。相比传统线下课堂，线上线下混合式教学更具有灵活性、自主性和有效性，这也恰恰符合当前以“学生为中心”的教学理念。因此，针对实现培养适应新形势下学生工程意识能力、综合实践能力以及德育素养能力的目标，本文在课程内容、资源建设、应用情况、课程组织实施等方面做了一些探索和实践。

（一）提升课程内容先进性与应用性

课程内容是教学精髓的主旨所在，是教师实现自我和学生完成蜕变的主阵地。因此，在讲授基础知识和基础理论的基础上，构建“专业知识+学科前沿+科研案例+工程案例+思政育人”的知识结构内容，注重课程内容的深度、广度以及应用性。同时把现代化多媒体手段引入教学，使课程内容在现有教材内容基础上，借助智慧树平台上传视频、课件、扩展资料等，以多种形式充实学习资源，激发学生学习兴趣和热情，提高学生自主学习欲望，并帮助其加深对知识的理解。

（二）构建层次化教学活动

在开展教学之前，要做好充足的准备。因此，课前要根据教学内容设计出最适合教学目标的层次化教学活动。针对易懂、易学的低阶化知识点，采用“学生自主学习方式+终极强化训练”，筑牢知识体系大厦之根基；针对难懂、难学的高阶化知识点，采用“讲授解析+互动讨论”的方式，以达到巩固基础知识、加深理解、积极思考、增强实践应用的多重目的。

（三）实施以学生为中心的线上线下混合式教学模式

随着科学技术的发展、高质量教育的推进，教育教学方式变革势在必行，需要将现代化信息技术融入教育教学过程中。课程教学开展以智慧树课程平台结合线下课堂的教学模式，解决传统教学模式所面临的难题。教学过程中，充分利用网络课程、文字信息、影视资料、图片等多种课程学习资源，通过线上的“课前导学+知识点自主学习+在线练习”结合线下的“课堂提问、总结+知识补充扩展、互动讨论、案例分析+课后作业”等环节，帮助学生丰富和扩展学习内容，培养学生的思辨能力。同时，监督学生完成课程学习内容，保证学习时间和学习效果，并在实施过程中对学生加以激励。

（四）建立多元化的课程成绩评价方式

课程成绩评价是检验学生学习效果的有效方式，也是教师自我反思教学方法的途径之一。课程成绩评价采用“过程学习考核+期末考试考核”的多元化评价方式。其中，过程学习考核包括观看教学视频、参与线上讨论、资料下载与阅读、作业提交与完成和课堂互动等；期末考试考核包括基础理论知识和分析、解决问题的考核，通过闭卷考试形式综合评价学习效果。

三、教学模式的创新及在课程中的应用实施

本文针对课程特点，结合时代特色把握学科前沿，将课程内容重构，以案例教学为主导，让学生学会思考，引导学生分析问题、解决问题；运用线上教学平台，构建多样化的学习和教授模式，帮助学生夯实知识基础，培养学生解决复杂问题的综合能力。

（一）以“学生为中心”围绕课程目标，体现“两性一度”，创新性地建设本地化教学资源

将在线课程“金属力学性能及其应用”与本校金属力学性能课程内容有机融合，借助智慧树平台上传教材、PPT课件、视频、扩展资料，丰富课程内容；用心选择教学案例，无痕融入思政案例，构建“专业知识+学科前沿+科研案例+工程案例+思政育人”的知识结构内容，形成多方位和形象化的知识体系，使教学内容与资源与时俱进。

（二）教学模式采用“智慧树在线课程（+微信群）+线下课堂”的混合式教学方式

依据学生能力培养设计教学环节。课前线上学习培养学生知识获取、归纳、总结、应用等自主学习能力和自我约束、执行能力等行为能力；课中培养语言表述、逻辑分析、思辨能力等高阶学习能力；课后强化和巩固自主学习能力、行为能力和高阶学习能力。

例如，教师在讲授金属材料在冲击载荷下的金属变形和断裂这一课时，要求学生依据教师在智慧树平台发布的课程学习任务、讨论话题和教学资源等进行课前自主学习，引导学生观看智慧树在线平台课程，培养学生自主学习能力。在线平台课程是金属力学性能及其应用课程，教师已将课程知识点碎片化、微单元化，每个知识单元视频约15分钟，如此学生在自主学习过程中容易将概念、符号等易学、易懂的知识领悟和内化。线下教学课堂中依据学生自主学习的新知识点进行课堂提问、讲解、总结。教师根据学生回答情况总结重点，解析难点。同时，进行重点和难点新知识的讲授与补充，课堂中通过播放冲击实验演示视频，也可在课下到智慧树平台自行观看，更加直观和形象地了解实验过程和重点操作注意事项。针对视频提出冲击试样的形状与尺寸要求如何、冲击试样如何摆放、思考讨论为什么冲击试样要有缺口等问题，并分析金属冲击破坏特点（给出冲击断裂后的断口照片）。利用《泰坦尼克号》经典影片的相关片段讨论：“为什么在寒冷的冬季，船体触礁时遭受一定的冲击力后会发生脆断？”引出材料的脆性破坏与延性破坏区别。这个过程以充分利用熟知的事例，学生会对讲课内容更加感兴趣，激发学生积极思索与探讨，把所学知识加以理解巩固，使学生分析问题与解决问题的能力得到训练和提高。最后融入港珠澳大桥的思政案例（图片、《港珠澳大桥》纪录片视频），让学生感受被誉为世界“第八奇迹”的海上桥梁设计、研发和施工等方面体现的中国制造精神，培养学生科技自主创新的意识和爱国情怀。课后学生完成发布在智慧树平台的线上习题、作业和查找资料的任务，继续参与话题的讨论，教师在线评论和解答。这个过程展示出学生思考问题的过程，帮助学生继续巩固所学内容，进一步培养学生自主学习的能力，促进学生个体发展。教师根据教学过程中的问题和需求动态完善教学过程。

四、教學模式改革的成效与思考

在课程教学模式的改革实施过程中，以“学生为中心”的教育理念，通过线上线下双线融合的教学模式得以充分体现和促进。根据学生反馈，学生参与课堂交流发言的机会增加，学习方式更灵活，学习的知识目标更清晰，学习动力更加充足；线上可以随时随地学习，不受场地时间限制；线上资料和课程视频可以反复学习观看，加深对知识的记忆和理解。课程采用线上线下混合式教学模式后，学生期末考试平均总评成绩提高了5分。由此可见，OBE背景下的金属力学性能课程教学模式的创新和变革能够明显提升学生的学习能力。

在这种教学模式下，虽然可以将学习资源最优化、最大化，学生自主学习时间自由化，教师在教学中也更加着眼于学生能力培养，着手于学生信息反馈，放眼于学生全面发展，但是对于学生、教师和网络及设备等方面也提出了更高的要求。例如，学生要有较强的自我管控能力，学会安排学习时间、养成良好的学习习惯以及学习态度等；教师要有较强的课控能力，合理进行课堂教学的教学设计和教学实施，需要其进行新媒体技术的利用，学生思想动态及学生个性特点的把握，自身知识结构的更新和完善以及人格魅力的提升等；网速要稳定、顺畅，网络设备及软件要及时更新等。达到以上这些要求，方能实现知识、能力和素养的有机融合，教学质量和学习效果才能获得更高层次的提升。因此，现在的课程教学模式还需要在教学过程中不断探索、实践、创新，实现教师更会“教”，学生更会“学”，从而培养出具有坚实的知识基础、较强的创新精神和实践能力的金属工程领域应用型高级人才。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 何国球， 郑凯隆. 金属材料力学性能课程与培养学生创新能力的改革研究[J]. 教育现代化， 2019（97）：92-94.

[2] 张梅，张恒华，杨弋涛. “金属力学性能”课程建设之案例教学作用初探[J]. 教育教学论坛， 2016（12）：156-157.

[3] 熊琴琴， 迟洪忠. 《材料力学性能》 课程教学探索[J]. 广州化工， 2018（13）：141-142.

[4] 叶芳霞. 工程材料力学性能课程教学改革思考与探索[J]. 中国教育技术装备， 2019（18）：76-78.

[5] 黄朝文. 材料力学性能课程教学改革探讨[J]. 教育教学论坛， 2020（36）：175-176.

[6] 岑耀东， 李振亮， 陈林， 等. 工程教育专业认证下材料成型专业理论教学与实践教学深度融合的改革探索[J]. 中国现代教育装备， 2022（393）：75-77.

[7] 张伟，王亚南，敬海峰，等.专业课教学融入思政元素的探索[J].辽宁工业大学学报（社会科学版），2022（5）：114-117.

[8] 魏凤春， 彭进， 卢新坡， 等. 混合式教学与课程思政融合的教学设计，组织与实施：以“材料力学性能”课程为例[J]. 安徽化工， 2022（4）：136-139.

［责任编辑：雷 艳］