《工程材料學》教學創新設計

尹冬松，翟鳳龍，楊 丹，蔡 洋，劉愛蓮，梁維中

（黑龍江科技大學材料科學與工程學院，黑龍江 哈爾濱 150022）

《工程材料學》是材料成型及控制工程專業的一門專業基礎課，該課程的目標是通過課堂教學和實驗教學，使學生獲得有關工程材料的基本理論和基本知識，掌握常用工程材料成分－組織－性能－應用之間關系的一般規律，重點掌握鋼鐵材料和有色金屬的合金化原理、性能特點、典型用途、熱處理規范；了解不同用途的金屬材料分類和命名，使學生初步具備選材和材料設計的能力。黑龍江科技大學《工程材料學》教學團隊根據學校建設礦業特色鮮明、服務地方經濟的應用型大學的辦學定位，結合“一高”即“思想道德素質高；“一強”，即“應用能力強”的專業人才培養目標和課程理論性和實踐性相結合的特點，從價值觀培養、知識水平和能力水平三個方面，確定了課程目標。并借鑒國內高校的先進經驗。

文成、田玉琬和王貴等實現《工程材料學》“線上”與“線下”課程的優勢互補，提升了教學活動的靈活性[1]?；诠こ陶J證要求提出的“以學為中心”原則，本文以“工程材料及成形”課程為例，通過對課程基本情況和教學目標的分析，探討了混合式課程建設中需要解決的關鍵問題[1]。豐崇友，唐普洪，王進滿等挖掘和提煉《工程材料學》課程中所蘊含的思想政治教育元素和所承載的思想政治教育功能，與專業教學內容進行深度融合，運用有效教學載體和教學形式，對課程進行教學改革探析[2]。田園，蹇小平等將信息技術與教育教學的深度融合。并以微積分課程為基礎，將線上數字化教學資源與線下傳統課堂相結合，開展混合式教學實踐。實踐結果表明，混合式教學打破了時間和空間的局限性，有利于激發學生學習的積極性，提高學生自主學習的能力，培養學生的創新思維和團隊精神[3]。

基于課程團隊的調研分析、探索和實踐，將網絡資源、信息技術和綜合實踐教學平臺運用到《工程材料學》教學環節，實現以互聯網+和綜合實踐教學改革平臺為支撐的理論教學和實踐教學有機融合，深入理解和學習教育教學的基本理論和黨的路線方針政策，深入挖掘專業課程中的課程思政元素，如科學思維、大國工匠精神等；教學模式和課程內容進行創新性整合和設計。圍繞學生創新思維和工程能力，《工程材料學》教學團隊從四個方面開展了創新教學設計。

1 互聯網+平臺的構建與應用

在相關網站建立《工程材料學》課程資源，包括“智慧樹”課程平臺+QQ 群耦合式教學課程資源及交流平臺，如圖1a）所示，形成綜合的網上平臺。并組織課題組成員，開發相關網站的功能潛力，進行優化設計，充分利用互聯網+平臺的優勢，實現線上線下有機融合。通過“課程網站”上傳與工程材料學相關的課程資料，如：“材料設計案例”“材料原理視頻”豐富課堂知識，開闊學生視野，并建立課題教學—學習任務—作業考試—學生管理一體化式管理機制。例如：在講授工業用鋼章節中，設立“航空齒輪”的加工路線和熱處理工藝特點為課題教學點，確立這個課題教學點的學習任務，包括：教程知識點學習，文獻知識檢索和總結，結合認識實習齒輪及材料應用場景分析等幾個方面；然后進入作業考試環節，針對這個教學課題點，布置作業，通過平臺在線測試，反饋教學效果；在整個過程中在學生自查文獻資源上傳，作業上交及質量統計，測試效果反饋各個學生具體操作的環節中，設置催辦、督辦預警等學生管理環節，督促學生保質按時完成；同時定期開設直播課，廣泛征求各方面的意見和建議，獲得學生的反饋，及時進行持續改進；課堂外充分利用“智慧樹”QQ 群進行分組交流討論，碰撞思維的火花，提升學生的思維能力，對比2019 年12月和2020 年12 月工程材料學成績可知，學生的學習成績得到明顯提高（如圖1b）所示），實現了“思維能力提高”的課程目標。

圖1 智慧樹課程資源平臺及近年成績對比

2 實踐活動帶動理論教學

以學生為中心（既OBE 理念），建立學習和研發一體化課題組，利用教學團隊實踐教學改革所建立和優化的實踐教學綜合平臺，開展課程學習-科學實踐-工程能力一體化培養的教學模式。

對課程內容進行整合和創新，在課程中引入教學團隊所獲得的黑龍江省應用計劃項目和黑龍江省自然科學基金等項目研究的合金化、細晶強化及彌散強化學科前沿知識，或者把“行業大賽”相關內容引入，提高學生的創新思維能力和工程應用能力。在學生中分組或分類，實現全覆蓋式培養，對科學研究感興趣的同學，借助“專業導師制”的條件，全面推行“大學生科技立項”活動，以成型專業18-1-2 班為例，專業共計52 名學生，其中50%的導師組織自己所指導的學生開展了科技立項，占學生數近40%；對技術、應用及創業感興趣的同學，全面推進同學參加各級各類行業大賽，如“鑄造工藝大賽”、“金相大賽”、“建模大賽”等，從大二至四，參加人數占總人數10%左右，余下學生導師以自身的科研項目或者科研方向為基礎，單獨進行科研或者創新創業訓練，如：利用“黑龍江省自然科學基金”、“黑龍江省省屬本科基本業務費”等項目帶動理論教學。通過以上方法基本實現全覆蓋。通過這一設計，有效培養學生創新意識，鍛練學生創新創業能力，近5 年學生參與省級項目2 項，地市級項目3項，學生獲得省級大學生創新立項1 項，參與發表文章5 篇，參與發明專利2 項，學生連年在“鑄造工藝大賽”中獲獎，學習積極性高漲，實現了“創新能力提高”的課程目標。

3 實踐教學平臺協同服務

整合校內外實踐教學平臺，用于《工程材料學》實踐教學：一般企業的產學研平臺大多數工藝較為單一，因此可將附近地域產學研企業平臺進行工藝搭配，形成工程材料學實踐教學流程的整體訓練，課程團隊配合材料成型及控制工程專業整合地域相近十余家企業，針對不同企業的特點，進行有機的搭配，形成能夠綜合實踐的特色功能，對《工程材料學》課程中體現的成分-工藝-組織-性能-應用進行實踐鍛煉和學習，學生在條件允許情況下，可以到綜合實踐平臺開展課程學習中的實踐分析和驗證。另外在研究生和上屆學生共同進行合作，在專業訓練、科技活動等方面開展與課程相關的實踐工作（如專業訓練中，以鑄鋼的成分設計-制備-加工-熱處理-檢測等環節與“工程材料學”中“鑄鋼材料中組織性能及應用”知識點相聯系，實現理論結合實踐），提升學生工程實踐能力。此外，在專業訓練和科技活動之前找優秀的畢業校友曹杰、張金達、劉洪等作動員和相關專業方面講座，能夠更有效的調動學生的積極性，擴展知識面。通過以上的方法，完成了“工程能力培養”的課程目標，得到了企業的認可。

4 思政元素挖掘

針對《工程材料學》作為專業課程，思政元素難挖掘的問題，組織課程團隊進行研討，聘請相關省級精品課負責人，開展學習和交流，借鑒課程思政挖掘的成功經驗，得到《工程材料學》團隊具有自身特色的課程思政元素。經過分析總結，認為《工程材料學》中很多核心內容能夠體現“大國工匠”、“科學思維”及“愛國精神”等思政元素，如新型鋼材研發過程中的攻堅克難可以與“大國工匠”精神相結合，設計過程中，原理的應用，設計的巧妙也能體現“科學思維”，關鍵技術的突破，對國計民生的重要意義，也能夠鼓舞學生的“愛國精神”。通過以上過程，完成了學生“大國工匠”和“愛國精神”的課程素質教育目標。學生的思想素質得到了企業的高度認可，例如：課題組所指導張金達，就職于寧波市高新技術企業，從事材料成型相關工作，2020 年10 月，張金達獲得寧波市北侖區“新時代好青年”榮譽稱號和寧波市“五一”勞動獎章。

5 結論

運用互聯網+手段，利用綜合實踐教學平臺實現了《工程材料學》課程創新教學設計；采用以學生為中心的課題組式，運用科研項目帶動教學環節，實現學生創新思維，利用整合綜合實踐教學平臺，改革教學實踐活動的內容和模式顯著提高學生的工程能力，深入挖掘《工程材料學學》課程中與核心內容契合度高的思政元素，提高學生思想道德素質。