新工科背景下基于OBE理念的材料加工技术基础教学改革探索研究

张旭，张炎，杨宗辉，成家林

（南京工程学院 材料科学与工程学院，江苏南京 210000）

自我国成为《华盛顿协议》的正式成员以来，基于成果导向教育理念（Outcome-Based Education，OBE）的工程教育改革在各高校得到了广泛深入的开展。OBE 教育理念是一种以成果为目标导向，以学生为中心，采用逆向思维方式进行课程体系建设的理念，是一种先进的教育理念，大力推动了我国工程教育的国际化发展[1-2]。以新产业、新技术、新业态、新模式为典型特征的新经济快速兴起[3-4]，针对新经济发展态势，为支撑传统产业技术升级，主动布局未来新领域人才培养，我国先后确立了以“复旦共识”“天大行动”及“北京指南”为纲领的新工科建设三部曲，奠定了我国高等教育改革创新发展的方向[5-6]。材料作为新经济发展的重要载体与支柱产业之一，新材料与新工艺的发展需求极为迫切，是材料学科新工科建设过程中的重要组成部分[7-8]。其中，材料加工技术基础理论作为新材料加工工艺革新的必要前提，是我国材料领域创新人才培养的基石。因此，在新工科背景下，基于OBE 理念设计材料加工技术基础课程内容，探索适应新经济发展、满足工程认证要求的教学新模式，打造“金课”课堂，提升学生解决复杂工程问题的能力，使其具有突出创新能力，是一项重要工作。

1 材料加工技术基础课程教学现状

材料加工技术基础是材料类专业一门非常重要的专业基础课程，是材料类专业课程深入学习的重要支撑，一般在高等学校大二学年开设[9]。课程主要介绍各种结构材料制造产品或零件时涉及的加工工艺（主要有液态成形、塑性成形、连接成形、粉末冶金、机械加工、特种加工等）及相关基础知识，使学生全面了解材料加工方法及其原理，认识材料加工过程中可能会产生的实际问题，理解各种材料加工工艺在产品制造中的多样性、可替代性和选择性特征，着重培养学生分析和解决问题的能力。然而，现阶段材料加工技术基础课程教学过程中普遍存在以下几个方面问题。

（1）教师主要按照“成形原理－成形方法－工艺设计－结构工艺性”的层次逻辑进行授课，模块内容虽有条理性，但授课内容陈旧，教学设计单一，新颖性不强。新工科建设要求对教学内容进行设计创新，引入新思维、新理念，提升课程对学生的吸引力[10]。

（2）材料加工技术基础课堂基本是教师全程讲述，学生被动接受，学生很难厘清不同成形工艺的加工过程。OBE 理念要求学生能够更好地参与课堂活动，以学生为中心，深化课堂学习效果。因此，如何基于课堂内容进行积极的思考，在教师与学生之间建立良好的反馈与评价改进机制，是材料加工技术基础课程教学过程亟须解决的关键问题[11]。

（3）材料加工技术基础课程涵盖的工艺内容陈旧，新颖性不足，更新较慢。新工艺的不断出现与应用是新工科、新经济、新模式发展的重要推动力，及时将新技术、新工艺加入课堂教学内容是新工科建设的必然要求，也是新时代高科技材料创新人才培养的基本要求[12]。

为了满足新工科建设要求，必须对材料加工技术基础课程教学方法进行改革，以解决上述教学过程中存在的主要问题。这就要在OBE 教育理念下对材料加工技术基础课程的教学目标进行设计。

2 基于OBE理念的教学目标设计

材料加工技术基础课程内容主要包括液态成形、塑形成形、连接成形、粉末冶金成形、高分子复合材料成形、机械加工、特种加工等内容，基本涵盖了主要工程应用材料的加工制造技术。围绕这些教学内容，为实现新工科建设要求，提升学生专业水平，在OBE 理念指导下，教学过程中应达到以下教学目标。

2.1 知识学习目标

学生需要在学习材料加工技术基础课程后能够掌握常用材料加工方法的基本原理及工艺特点，具备选择常用零件加工方法及制定简单加工工艺规程的能力，掌握不同材料与不同工艺之间的适应性与可调性，认识到材料加工技术对现代工业发展的重要性与支撑性。除了学习理论知识外，学生应将理论知识与现代技术联系，认识到理论知识的实际应用价值，并挖掘传统工艺在现代工业中应用的方法。

2.2 创新开拓目标

为实现创新人才的培养，促进新技术的快速发展，课堂教学过程中应促进学生掌握材料加工工艺基础知识的衍生与扩展。教师在介绍传统工程技术的基础上，激发学生在理论基础方面对新工艺的探索与思考，促使学生建立传统工艺技术与现代产品结构的关联性，思考材料加工工艺在新经济环境下应用的场景与前景，理解材料加工工艺的发展趋势与可能性，培养学生积极创新的思维，响应新工科应用型人才培养目标。

2.3 思政教育目标

我国从制造大国向制造强国迈进的过程中，新材料与新技术的发展是重要的推动力[13]。通过课程教学，使学生建立材料成形技术创新使命感及责任感。同时，通过加工技术发展及应用相关介绍，让学生学会用实事求是的观点和辩证思维分析和解决问题。

3 新工科背景下的教学探索

围绕上述教学目标，基于新工科建设要求，笔者在材料加工技术基础课程教学过程中进行了相应的探索研究，采用“四位一体”的教学方式提高课堂质量，增强学生对加工技术的理解与应用（见图1）。

图1 “四位一体”教学形式

3.1 线上线下教学结合

各高校开展了线上教学的探索，丰富的互联网资源在线上教学过程中可以充分被利用[14]。然而，线上教学存在课堂管理及实时信息反馈困难的问题。笔者在材料加工技术基础课程教学过程中，采用线上+线下同步教学方式，将课程内容进行单元划分，对于基础概念（如成形原理）等理论性较强部分的学习，集中在线下课堂进行讲解；而对于技术应用及发展部分的学习，采用线上教学，充分利用互联网资源，特别是在线上教学过程中，将目前技术应用的最新形式展现给学生。在课程教学过程中，采用线上线下穿插方式进行，进行优势互补，取得了较好的教学成果（见图2）。

图2 线上线下双管齐下教学方式

3.2 课上课后协同互补

笔者在课堂教学过程中对课程重点、难点内容进行详细介绍，强调学生对核心内容的掌握与理解，并提出相应思考问题。在此基础上，要求学生课后查找相关文献资料，寻找问题的答案，并在下次课堂上组织学生进行有效的讨论交流，根据讨论给出结论，促进学生对知识的掌握与应用，也可激发学生的学习兴趣（见图3）。比如，在介绍金属液态成型原理内容时，课堂上主要进行液态金属凝固方式及充型性能的介绍，而其影响因素及对成形技术效果的影响可以让学生课后去查找相应的文献进行总结学习，之后在课堂中讨论交流。这样既可以让学生掌握相应知识点，也可以促进学生依据兴趣去了解新技术、新工艺的发展现状。

图3 课堂教学环节组成

3.3 翻转课堂角色体验

改变教师全堂讲授、学生被动接受的传统课堂模式。笔者对材料加工技术基础课程内容进行模块划分，根据知识点难易程度及组织讲解难度，提前安排部分学生进行学习准备。后续在课堂教学过程中分配10～20 min，让学生担任教师的角色，讲解准备的知识点。利用角色反转体验，让学生认真学习准备讲授的内容，厘清课程内容的重难点。

3.4 过程考核激励提醒

随着新工科建设的推进，过程考核逐步受到重视，在课程考核中所占比例也逐步增大。笔者在材料加工技术基础课程教学中采用过程考核与结课考核相结合的方式，且过程考核比例在40%以上，其中，过程考核除了传统的平时作业+出勤的模式，还增加了随堂测验、期中考试、课堂互动、专题讨论、小论文等方式。通过上述方式不断检验学生的掌握效果，并针对性地进行调整。过程考核的多样性既可以充分调动学生学习的积极性，又可以作为持续改进的度量尺（见图4）。

图4 课程过程性评价内容与频率

4 教学改革成效

通过对材料加工技术基础课程教学模式的改革与实践，近年来学生对于专业基础课程的学习更加重视，兴趣更加浓厚，专业素养有了很大提高。在考核目标相同的情况下，教学团队对比了实施改革前后两届复合材料与工程专业学生的期末考试卷面成绩，如图5 所示。从图5 可以看到，与未进行课程改革的2021 级学生相比，2022 级学生对基础知识的掌握、分析解决问题的能力有了显著提高，卷面成绩优良率由2021 级的18.3%提高到2022 级的40.3%，不及格率由33.3%下降到15.8%。这表明：通过改革教学模式，加强学习过程评价，激发了学生的内在学习动力，教学质量提升明显。

图5 近两届复合材料与工程专业期末考试卷面成绩分析

笔者针对材料加工领域创新人才培养的迫切需求，以新工科建设目标为导向，基于OBE 成果导向先进教育理念，以材料加工技术基础课程为例，设计了“知识学习目标”“创新拓展目标”及“思政教育目标”三个教学目标，开展了“线上线下双管齐下”“课上课后协同辅助”“翻转课堂角色体验”“过程考核激励提醒”“四位一体”的新工科建设教学模式探索。通过创新教学设计探索，学生对课程的学习兴趣大幅度提升，由被动地接受知识转变为主动探索知识，有效实现了教学目标。通过课程学习，学生不仅掌握了材料加工技术的基本原理，并且了解了目前工业发展过程中的新技术应用及瓶颈，提升了学生服务社会的责任感与使命感。同时，学生的工程素养、工程意识也得到了显著提升。本文也为高等工科院校材料专业课程的教学改革探索提供了新思路。