基于“互联网+”的《工程材料》课程混合式教学实践与改革探索

胡雪 魏敏 夏博 胡蓉 葛云

摘  要：随着互联网的发展，多种网络资源成为高等工科人才的培养环节的重要教学资源。本课程组成员基于“互联网+”背景，针对《工程材料》展开混合式教学实践与改革，采用微视频、微课、雨课堂等网络教学资源，形成以“学生为中心”，教师“导学”和“助学”相适宜的教学理念，形成一套“混合式课堂结构”+“多样化教学方式”+“导学助学教师教法”+“自主创新学生学法”的新型混合式教学模式，激发学生的学习积极性，提升学生的工程素质。

关键词：互联网+;《工程材料》;混合教改

中图分类号：G642       文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2021）02-0124-05

Abstract： With development of the Internet， there're many materials on the web became the important teaching material for engineering personnel in high schools. Aimed at the course teaching of "engineering material"， members in our teaching group started a series of blended teaching practices and reformations. We based on the background of "Internet plus" and used all kinds of instruction materials on the web such as micro-video， micro-lectures， RainClassroom， etc. By these actions， we formed a new teaching idea that students are the center， with teaching guidance and assistance of teachers. Besides， we also formed a novel blended teaching model with blended class structure， diversified teaching ways， teaching methods with guidance and assistance， self-innovative learning ways. As a result， the students' learning enthusiasm and engineering quality was uparaded.

Keywords： Internet plus; "engineering material"; blended teaching practices and reform

随着互联网的发展，现代高等教育格局在不断发生变化。而“互联网+”作为工业化和信息化融合的升级版[1]，在高等教育领域发挥着重要作用。为了促进工科教育和工业化发展的跨界融合，提升高等工科人才培养的创新驱动力，优化高等教育结构，凸显尊重学生的个性，尤其在产业重构升级、社会多元协同、资源配置优化、智慧校园建设等社会发展背景下[2]，“互联网+”理念[3-5]在高等工科人才的培养环节中显得愈加重要。

本课程组成员基于“互联网+”背景，针对《工程材料》[6-7]展开混合式教学实践与改革。《工程材料》课程是机械设计制造及其自动化专业必修的一门专业基础课。本课程从工程材料应用的角度，阐明工程材料化学成分、组织结构、加工工艺与使用性能之间的关系的基本理论，介绍工程材料的基本知识，常用工程材料及其应用。本课程的课程目标如下：1. 掌握工程材料的基础理论以及力学性能基本知识，建立材料微观结构与性能之间的关系，具有材料失效分析的能力;2. 掌握常用工程材料成分、组织、性能、热处理特点及应用，初步具备合理选用材料以及合理安排加工工艺路线的能力;3. 围绕工程材料成分、组织、加工工艺、性能之间的关系这一主线，强调机械工程材料的工程应用，具备分析问题、解决问题的能力，在工程实践中具备科学严谨的工程素质。

一、存在的问题与解决方案

《工程材料》课程内容体系复杂，涉及较多材料科学与工程专业理论和概念，课程理论性较强，知识点繁杂，学生往往难以理清主线，无法抓住知识主干内容，教师往往难以激发学生积极性，提升学生的课堂参与度，获得理想的教学效果。此外，课程评价方式单一，仅仅通过考试和平时作业，学生无法将理论与实践相联系，难以提高学生的工程素养。

针对《工程材料》课程实践中存在的问题，本课程组针对部分知识点采用混合式教学法，运用企业实际生产视频、章节知识分段讲解视频作为学生课前自主学习内容，充分调动学生参与研究、讨论和深入分析的积极性，提高学生分析和解决实际问题的能力。与此同时，结合雨课堂、微课等教学资源，做到课前小测验、课后知识回顾，争取让教师在课前掌握学生的学习情况，根据学生课前测验和网上作业得分情况，有针对性地展開教学工作，并进行有效评价，提高课堂时间的利用率和课堂教学质量。

二、混合教改实施思路

《工程材料》课程体系如图1所示，本课程涉及知识面广、综合性强。该课程教学内容由材料的结构和性能、材料凝固与结晶、材料的塑性变形、金属热处理、工程用钢和铸铁、材料的选择与应用分析等六个模块构成，知识点多，内容庞杂，课程学习对学生的要求很高，教学存在较大难度。其次，《工程材料》课程实践性很强。由于学生缺乏相关实践经验，学生学习抽象的概念和理论存在较大难度，这往往导致课程教学枯燥乏味，学生学习兴趣不高。另外，随着机械工业现代化的发展，传统“机械制造基础和工程材料”教学内容与现实应用脱钩越来越严重，这进一步增加了该课程的教学难度。而在传统的教学方法中，教师按章节顺序讲授知识点，学生被动接受，无法激发学生的积极性和创造性，最终导致无法培养出符合社会需求的有创新意识、创新精神和创新能力的人才。而混合式教学把传统学习方式的优势和网络学习的优势结合起来，既发挥了教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又充分体现了学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性。

本课程的混合教学思路如图2所示。

1. 建立“互联网+”教育背景下的《工程材料》课程新型教学模式，创新课堂结构和教法、学法，以及“线上学习”与“线下学习”相融合的教学方式，实现有效的网络探究教学，突出了学生创新能力和综合素质的培养。

2. 形成以“学生为中心”，教师“导学”和“助学”相适宜的教学理念，教学设计注重突出学生的主体性，以产学研结合为基础，教学和科研相互促进。逐步形成以学生为中心、以教师为主导的“课堂教学、实践教学和课外科技实践活动一体化”的教学体系，将教师的知识系统与学生的认知系统相统一，更好地改进教学，服务课堂，激发了学生学习积极性，强化学生工程素质的培养。

3. 形成一套“混合式课堂结构”+“多样化教学方式”+“导学助学教师教法”+“自主创新学生学法”的新型混合式教学模式，突出培养学生的创新能力和团队意识，强化学生的工程实践意识，注重理论与实践相结合的全面培养。

三、混合教改实施心得

在实际教学环节中，针对《工程材料》课程，开展混合式教学模式改革的探索与实践，充分发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又充分体现学生作为学习过程主体的积极性、主动性与创造性，在学生中获得了较好的口碑。“以学生为中心”的混合式教学模式设计将课堂学习与在线学习有效结合，充分利用课堂学习和在线学习的优势，促进学生学习质量的提高，实现学习者的有效学习。

（一）线上学习资源丰富多样，启发学生思考课程内容

线上学习资源是学生进行课前预习的主要学习资料，鉴于此时学生对本章节知识还未形成系统性思维，因此线上学习资源应当尽可能丰富多样，旨在激发学生的学习兴趣，提高学生的学习主动性和兴趣，提升课程预习效果。以“第二章第3节 晶体缺陷及其对性能的影响”为例，本课程组成员在网络教学平台上上传“微视频——钢铁材料的发展与起源”“微视频——神奇的碳材料”“微视频——齿轮零件的加工”“微视频——斜拉索大桥钢筋预拉伸加工”“微课——材料的晶体缺陷”“微课——材料的成分、组织、性能、工艺之间的关系”“微视频——借助Crystal Maker软件构建材料三维晶体结构模型”，常见金属的三维晶体结构模型一套。上述线上学习资源能够吸引学生关注本章内容，对于后续的线下学习帮助很大。

（二）线下学习突出学生的主体地位，注重提供学习支助体系

为了提升课堂教学质量，本课程组成员突破以往的“填鸭式”课堂教学方法，注重为学生提供学习支助体系，为学生搭建“脚手架”，帮助学生攀爬知识高峰，旨在帮助学生系统性了解本章节重点内容，构建知识网络。以“第二章第3节 晶体缺陷及其对性能的影响”为例，线下授课时采用课程导入、课程讲授、归纳总结、课后练习的“三步走”教学法。课程导入时，采用“对比、启发”的方法，引入微视频——神奇的碳材料中钻石和石墨相互转换的案例，引导学生思考对比钻石和石墨的外观、性能，启发学生思考晶体结构和材料性能之间存在密切关系。课程讲授时，采用“提问、启发、分析、案例、对比”等方法，引导学生思考，钢铁材料的实际晶体和理想晶体有何种偏差，上述偏差造成的晶体缺陷在实际晶体中如何存在，启发学生从点、线、面的角度思考晶体缺陷的类型及其对材料性能的影响。总结归纳时，一定要注重将知识点按照一定的逻辑顺序形成知识链条，旨在梳理本知识点的主要内容，帮助学生构建知识网络（如图3所示）。课后练习主要借助雨课堂发布课后练习题，旨在考查学生对于本章节知识点内容的接受程度，提高学习效果。

（三）线上、线下教学内容衔接恰当，突出工程实践

线上学习资源和线下学习环节应当注重内容衔接的逻辑性和连贯性，尤其是授课过程中一定要注重培养学生的工程素养，提高学生解决工程实践问题。以“第二章第3节 晶体缺陷及其对性能的影响”为例，为了确保学生能够将所学的理论知识和工程案例有机结合，本课程组成员在线下授课过程中注重引用工程案例，例如齿轮表面喷丸处理、斜拉索大桥钢索的预拉伸处理、铁素体钢的表面渗碳渗氮处理、钢丝冷拉加工强化处理等。上述工程案例能够帮助学生理解上述机械加工方法、热处理方法对于金属材料的晶体结构的影响，在加工过程中如何引入晶体缺陷，引入的晶體缺陷会如何影响材料的力学性能。上述工程案例不仅打通了线上、线下教学内容的壁垒，同时还能提高学生解决工程问题的能力。

四、教学实践效果

通过本轮次教学改革与实践，学生能够较好地完成学习任务，学生成绩有所提高。现根据石河子大学机械电气工程学院机械设计制造及其自动化专业2018-3班学生成绩为例，进行统计分析，发现在教学过程中存在如下情况：

（一）学生成绩分布情况分析

1. 学生总评成绩呈现正态分布，平均分为75.23分，成绩较为理想，详见图4。

2. 学生考试成绩分布情况表明，高分段与低分段人数相当，这与总评成绩分布情况反差较大，表明部分学生的学习态度可能不端正，甚至部分学生的平时作业存在一定程度的抄袭现象。

（二）课程学习问卷调查情况分析

1. 学生对课程的兴趣和态度评价：61.11%学生对本门课程在本专业中的重要性有充分了解，对本门课程有兴趣的学生比例约为52.78%，63.89%的学生课程大纲及有关评价方式、评价标准和对后续课程影响，这说明学生对于本门课程的认识还是基本到位了;学生普遍认为学习态度主要取决于老师教学风格（91.67%）和班级风气（77.78%），因此抓好教师教学质量和班风建设对扭转学生的学习态度将有积极作用。其中，约50%的学生能够独立完成作业，而47.22%的学生大多数时候能够独立完成，这表明学生的学习积极性和主动性还不足，存在大量抄袭的情况。

2. 学生对自我学习能力及状况评价：听课或做作业遇到问题时，学生们更喜欢通过看书和网上求助的方式解决问题（52.78%）。30.56%的学生能够做到课前预习，58.33%的学生偶尔课前预习，由此可以看出，学生的学习主动性还有待加强，同时教师还需进一步加强网络资源建设的力度，力争将更多精品资源呈现给学生，调动学生网络学习的积极性。关于本门课程的主要内容，学生们反馈学习难度最大的章节是“工程用钢”（75%）、“材料的凝固与相变”（61.11%）和“钢的热处理”（61.11%），下轮次教学过程中将针对这三个章节的内容进行重点讲解。

3. 学生对教师教学的评价：63.89%的学生对于老师的课堂教学方式能够较好地适应。学生们普遍反映，多媒体课件（75%）、黑板板书（77.78%）、总结归纳（80.56%）、考前复习（80.56%）对于重难点知识的理解均非常有帮助。这表明绝大多数学生对于主体知识内容的掌握还是不够，总结归纳能力有限，需要教师带动学生进行知识点的梳理和总结。

4. 学生对自我能力提升的评价：77.78%的学生认为通过本门课的学习，能够根据机械零件的服役条件和性能要求，基本具备了制订零件的加工工艺路线以及热处理工艺规范的能力。69.44%的学生对于零件的选材、制定零件工艺路线以及热处理工艺规范的能力基本满意。这表明，学生对于自身知识掌握情况和本课程的课程目标的吻合度较好。

图4 石河子大学机械设计制造及其自动化专业2018-3班《工程材料》课程成绩分布图

针对上述教学过程中存在的情况，本课程教学方式还需进一步改进，具体改进措施如下：

1. 对平时作业的评分，应分为“工程材料基础知识”“工程材料知识应用”“工程材料综合分析应用”三大模块，对于相应作业内容分配合理的权重，改变以往只取平均分的评价方式，使作业成绩评定方法更为科学合理，优化课程评价机制。

2. 对于平时作业训练的要求进一步提高，要求必须达到良以上才能通过，但应对作业返修次数给予限制，强化学生对工程材料基础知识的掌握。通过增加专题综合大作业等方式，进一步强化学生综合运用知识的能力。

3. 对铁碳合金相图以及C曲线分析等核心教学内容，应当采用研讨课方式教学，促进学生主动参与教学环节，提高学生分析、解决工程问题的能力。

4. 针对常用工程材料“工业用钢”教学内容，应当通过引入工程实践案例，让学生深刻理解零件的结构用途与材料的性能之间的紧密联系，使学生深刻理解工程材料的成分-组织-性能-应用之间的关系，加强学生工程素质的培养。

5. 学生对于教师黑板板书归纳总结知识点的接受度最佳，应当进一步增加板书内容，优化板书设计，帮助学生梳理各知识点之间的关系，强调前后章节的联系和逻辑关系，提高课堂教学质量和学生学习效果。

五、结束语

本课程组成员建立“互联网+”教育背景下的《工程材料》课程新型教学模式，采用“线上学习”与“线下学习”相融合的教学方式，形成以“学生为中心”，教师“导学”和“助学”相适宜的教学理念，形成一套“混合式课堂结构”+“多样化教学方式”+“导学助学教师教法”+“自主创新學生学法”的新型混合式教学模式，突出学生的主体性，激发了学生学习积极性，培养学生的创新能力和团队意识，强化学生的工程实践意识和工程素质。

参考文献：

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[2]杨慷慨，曹照洁.“互联网+”校企协同人才培养模式创新研究[J].中国职业技术教育，2018，684（32）：51-56+63.

[3]周世杰，李玉柏，李平，等.新工科建设背景下“互联网+”复合型精英人才培养模式的探索与实践[J].高等工程教育研究，2018，172（05）：17-22.

[4]高丽霄，李莉.“互联网+出版”助力新工科人才培养[J].出版参考，2018，788（10）：58-59.

[5]李芒，周溪亭，李子运.“互联网+”时代高校教师的教学新理念[J].中国电化教育，2017（2）：1-4.

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[7]郭训忠.工程材料学教学的若干思考[J].科教文汇，2012

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