基于OBE理念的《熱處理設備》課程教學改革與實踐

彭新元,葉志國

(南昌航空大學 材料科學與工程學院,江西 南昌 330063)

隨著2016年我國高等工程教育專業認證加入《華盛頓協議》,成果導向教育(Outcome-based Education,OBE)理念在我國高等工程教育中逐漸被熟知和實踐。OBE理念實現了從以“教”為中心到以“學”為中心的轉變[1-2],其實施過程強調教學活動以學生為中心、以成果為導向,注重學生創新以及工程實踐能力的培養[3]。

《熱處理設備》是金屬材料工程專業一門重要的專業課程,具有寬學科、跨專業、知識面廣、理論性深和應用性強等特點。該課程的教學內容較多,主要涉及傳熱學原理及各類熱處理設備的基本構造、工作原理和應用等,旨在教會學生如何調動熱、電、機等各方面的知識去選用、改造或設計能實現材料、工藝要求的熱處理設備,同時樹立學生良好的職業素養、安全規范操作和環保節能意識。所以《熱處理設備》在材料工程科技工作者的知識結構形成過程中具有其他課程不能代替的特殊地位,對培養學生動手能力、設計能力和分析解決問題的能力等有著重要的作用。

為此,本文在分析現有教學問題的基礎上,基于OBE理念對南昌航空大學《熱處理設備》課程從課程目標、教學內容、教學方式和考核體系等方面進行探索與改革,以建立符合工程教育專業認證理念的課程教學模式,激發學生的學習興趣,增強學生的社會責任感和工程實踐能力,從而滿足現代熱加工行業對高素質專業人才的需求。

1 課程存在的主要問題

近年來隨著熱處理設備自動化、智能化水平的不斷提高[4],以及國家“中國制造2025”的發展戰略目標[5],對畢業生的綜合能力也提出了更高的要求。然而,目前《熱處理設備》的課程內容和教學方式等已難以滿足新時代發展的需要,主要存在以下不足之處。

1)隨著科技發展,在工業化生產中熱處理新工藝、新技術、新設備不斷涌現,但教學內容仍主要以常規的電阻爐為主,沒有及時更新;

2)授課方式多以教師在課堂上講授為主,很多時候顯得枯燥無味,學生印象也不深刻,積極性不高,對學生工程實踐能力和創新意識的培養不夠;

3)考核方式通常只包含平時成績和期末考試成績,而且期末考試成績占比很大,對學習過程的評價不足,致使有些學生考前幾天突擊一下來應付考試,不能真實反映學生是否掌握了基本知識。

上述問題的存在影響了該課程教學質量的提高和對高素質專業人才的全面培養。

2 基于OBE理念的課程教學改革

2.1 明確教學目標

在工程教育專業認證背景下,課程目標的達成是實現畢業要求及培養目標的基礎,教學內容、教學方法及考核形式等均應圍繞實現課程教學目標來進行設計。針對行業發展需求以及我校復合型創新型高級專門人才的人才培養定位,基于OBE理念重新構建了本課程的教學目標,包括課程目標1:掌握常用熱處理爐的基本類型、筑爐材料與爐體結構、傳熱原理及電阻爐設計方法和步驟,熱處理爐爐溫的測定、顯示和調節原理,具有合理選擇、正確使用以及改造和設計熱處理電阻爐的能力。課程目標2:了解本專業領域相關的技術標準和產業政策,能理解熱處理設備選擇、設計及運行過程中對環境、健康和安全等方面的影響。

通過本課程的學習,使學生掌握有關熱處理設備的基礎知識,重點培養學生根據材料、工藝要求合理選用、改造或設計熱處理設備的能力,為后續課程的學習和今后從事熱處理及熱加工行業奠定必要的基礎,同時也支撐本專業畢業要求中相應觀測點的達成,課程目標對畢業要求的支撐關系見表1。

表1 課程目標對畢業要求的支撐關系

2.2 優化教學內容

本課程主要包括基礎理論和各類熱處理設備的原理、結構及應用兩部分。其中基礎理論部分主要講述傳熱學原理,是熱處理設備設計和熱處理過程計算機模擬的基礎[6],對熱處理、熱加工等專業都是不可缺少的,故其所占課時不應過少。同時考慮到有限的學時,其中傳熱學公式的推導在不影響學生理解的情況下可適當減少,而在熱處理設備設計中的應用可分配較多課時。

隨著科技發展,在工業化生產中熱處理設備得到了迅速發展,新加熱技術、新設備不斷涌現。因此,除了介紹課程的基本內容外,應適當增加熱處理行業廣泛應用的各類新設備、新技術,如多用爐、真空氣淬爐、真空滲碳爐和真空脈沖氮爐等內容的介紹,以科研促教學,從而加強學生對現代加熱技術的了解,拓展教學內容的廣度與深度。既做到教學內容的與時俱進,又可吸引學生的注意力,充分體現了以“學生為中心”的OBE理念,便于與學生畢業后從事生產、科研工作接軌。

2.3 豐富教學手段

1)建立“以學生為中心”的教學模式,在課堂教學中根據章節內容的異同靈活運用“講授式”“啟發式”“互動式”以及“任務式”等教學方法,避免“滿堂灌”式的講解。例如,讓學生根據給定的條件自行選擇電熱元件材料,并設計和計算其尺寸,把學生分成幾個小組,先給他們一些時間討論,然后每組選派一名代表發言。老師和其他同學根據學生選用的材料和參數進行提問和補充。除此之外,還給學生布置一些開放性的問題。例如,讓學生自由設計一個小型的熱處理爐,學生會給出多種答案,在多種設計中會有各自的獨特之處。由于學時有限,不能每堂課每個同學都有機會進行上臺發言,因此也給他們布置了一些撰寫專題報告的任務。通過教學方式的改進,能發揮學生學習的主動性和想象力,同時也增加團隊意識,鍛煉查閱文獻、口頭和文字表達能力,起到全面培養學生能力的作用。

2)講述熱處理設備構造時需要學生有一定的空間想象能力和看圖能力,因此將一些設備內部結構及其復雜的操作流程通過多媒體的形式(如實物圖、動畫和視頻等)展現給學生,將抽象、陌生的知識直觀化、形象化。還可將各種耐火材料、保溫材料、電熱元件和熱電偶等搬進了教室,針對具體實物進行講解,更有利于學生對所學知識的掌握。在講述箱式爐和井式爐爐體結構、電熱元件以及熱電偶的安裝時,把學生帶進實驗室進行“現場式”教學。這種看得見,摸得著的教學方式深受同學們的歡迎。

3)熱處理設備是一門實踐性很強的課程,可以邀請經驗豐富的企業專家結合具體案例講解實際熱處理制定、實施過程等,這不僅加強了教學理論與生產實際應用的聯系,還促進了學生對熱處理行業發展現狀的了解,同時彌補了教師自身工程實踐經驗的不足,加快專業人才培養與行業快速發展的對接。

4)由于學時有限,單純利用課堂時間不能充分和學生進行交流,可以建立微信群以便和學生進行交流及答疑,回答學生在學習中遇到的問題以及發布學習資料和布置學習任務。同時學生有一些新想法可以和老師交流溝通,讓教師及時了解學生對課程的掌握程度。

2.4 改進考核制度

課程考核要體現以學生為中心、以成果為導向、注重過程管理的理念,強調學生最終學到了什么。傳統的課程考核形式通常以期末考試和平時成績為主,缺乏對學習過程的評價,導致學生學習自律性差,往往考試前一周突擊復習。這種被動學習的方式與考核方式不利于學生對課程知識點的掌握,從而無法滿足課程培養目標和畢業要求。改革后的課程采用多元化考核方式進行課程成績評定,包括平時作業(課堂匯報、課堂練習、課后作業等)、專題討論和期末考試,注重考核學生的學習過程。成績評定為:平時作業占30%,專題討論占20%,期末考試占50%。這種多樣化的考核方式有助于督促學生利用圖書館資源查閱資料并完成課程作業,從而調動學生學習的主動性。

3 課程改革的成效

圖1為改革前后學生成績的分布情況。由圖1可知,改革前(2018級)90以上分數段人數占比為4.4%,80～90分數段占比約20%,70～80分數段占比約為26%,60分以下的占比為21.5%;而改革后的第1年(2019級)學生成績有了顯著提高,90以上分數段人數占比提高到約17.5%,改革后的第2年(2020級)90以上分數段人數占比繼續提高到約20%,高分數段人數占比顯著增多,其中80～90分數段占比最高約為33%,低分數段人數占比明顯下降,分別降至11.7%和9.8%?？傊?通過基于OBE理念的課程改革,學習成效有了顯著提升,高分數段人數明顯上升,低分數段人數明顯下降,學生平均成績和達成度也明顯提高。通過成果數據分析和教學反思,進行持續改進,進一步優化教學過程,形成良性教學循環。此外,后續以該課程為基礎的《專業課程設計》完成度也有了極大地改進。據畢業生反饋,本課程被學生公認為是印象最深、專業知識收獲最多的課程之一。

圖1 改革前后學生成績分布情況

4 結語

本課題基于OBE理念開展了《熱處理設備》的教學改革與探討,突出“以學生為中心”,構建了適合專業人才培養的教學目標,不斷優化教學內容,豐富考核評價方式,綜合運用“講授式”“啟發式”“互動式”“任務式”以及“現場式”等教學手段,拓展教學內容的廣度與深度,提高教學質量與效果,以促使課程教學目標和畢業要求的達成,有助于培養出厚基礎、強實踐、能創新、有潛質的復合型創新型高級專門人才。