“跨课程+做中学”混合式教学模式实践思考——以机械专业基础课程“工程材料”为例

娄 燕

（深圳大学 机电与控制工程学院，广东 深圳 518060）

引言

机械专业具有广度适应性，比如所有领域的装备设计制造、设备维修、数控维修等，因此它涉及不少交叉学科，机械专业学生要具备敏锐的感受力和独特的创造力，富于想象力，并具有较强的动手能力。其次，教育部在2016年提出普通高等学校要加强创新创业教育，让学生在创新创业中展现才华、服务社会。在实施双创教育过程中，出现“课程冷、竞赛热”等不平衡现象，所以如何提高课程质量、加强课程改革尤为重要。

作为机械本科专业重要的课程体系，机械专业基础课一般包括“工程制图”“工程材料”“机械设计”“精度设计”“机械制造基础”“PLC控制”，以及一些力学方面的课程，涵盖了学生从大一到大三的核心课程安排。专业基础课程使学生认知该学科的主要专业基础内容，以及推动后续本科阶段的专业课学习和毕业设计，是一种重要的必需品和催化剂。

学习专业基础课程的目的是使学生不但认识机械专业的性质和特点，而且获取机械专业技术知识及其作用和地位，同时树立正确的专业思想和学习观，为今后在校学习及离校后的终身学习激发潜力、打下良好的思想和方法基础。通过对大一到大三学生的调研，学生普遍渴望了解和获得所学的专业有以下三个方面：（1）机械专业的性质和机械技术当前概貌和未来发展；（2）在学校环境学到的机械专业基础知识和技能，与毕业后企业需求是否匹配；（3）如何学好专业基础课，似乎每一门课程都很枯燥，课程之间有什么关联，学好后对本专业有何作用。

当前各专业基础课程都存在仅教师授课、单方面传授的弊端，同时也存在教师只讲授本课程知识点、不涉及与其他相关课程知识点关联的弊端，基础课程枯燥、无聊、学生兴趣不高。由于机械专业具有动手能力强、实践要求高、知识点涉及面广的特点，仅书面传授和单课程传授无法使学生真正认识该专业的特点与精髓，难以激发学生的学习兴趣和获得成就感。深圳是一个先进智能机械制造产业活力旺盛的城市，有条件、有必要为学生提供企业参观、项目训练的机会，让学生在大学前三年基础课程的学习过程中亲自看到机械专业在行业中的实际应用，以及尽量利用已学知识完成实际项目。

因此，本教改项目以机械专业基础课程改革为目标，重点分析“工程材料”课程的“跨课程+做中学”混合式教学模式，通过引入多位主讲基础课程教师共同参与，将此教学模式扩展到其他基础课程中，做到跨课程知识点讲授为主的课堂教学模式，企业参观、项目训练为辅的实践教学模式，科研赋能，使学生对机械在产业的实际应用尽可能进行充分了解，并学以致用，从而树立专业信心，激发学习动力，学会自主学习能力。

一、混合式教学模式研究内容

机械专业基础课程主要指本科生大一至大三的核心课程，结合“能解决复杂机械工程问题的高层次应用型专业人才”的专业培养目标，旨在让学生对机械专业有一个较为全面的认识，学习到本专业基本知识点，以及理解专业内涵、发展方向与未来就业等情况。专业基础课程采用教师授课、讨论、项目训练、科研赋能等多种方式，让学生对机械专业有一个全面的认识，并学以致用。下面以“工程材料”课程为例，具体研究内容如下。

（一）积极探索和创新授课模式

在采用多媒体授课的基础上向启发式、互动式、案例式、探究式等多样化教学方式转变，从以教为主向以学为主转变，以教师单向传授知识为主向师生协同互动转变，以课堂教学为主向课内外结合转变，提高课程的教学质量。“工程材料”课程具有知识点多、知识点分散等特点，如果不用“一根线串珍珠”的方式授课，学生会感觉知识点杂乱无章，产生无从下手的困惑，因此在“串珍珠”的授课模式下，鼓励学生探究型学习，积极参与课上课下讨论，前后知识点贯通，多问“为什么”来提高教学效果。除了探索以上新的教学模式外，充分利用QQ群和微信等网络技术，在授课教师与学生之间建立互动学习平台，实现无时间、无空间限制的全方位交流，及时探讨和解决各种学习问题，并分享机械行业新动态、新技术、新成果等，形成良好的师生互动，更有利于教学和学习效果的提高。

（二）做好科研反哺课堂教学

科学研究为教学改革提供了源源不断的动力和物质基础，鼓励在教学过程中，将教师的科研成果及时融入课堂授课内容中。把最新的知识和信息传递给学生，从而丰富课堂教学内容，真正做到科研赋能作用，弥补基础课程知识基础性强、新颖性不足的缺陷，引导学生对科学研究的兴趣。鼓励学生参与主讲教师的科研项目、生产实践工作，提高学生的实践能力和创新能力。比如，强调不同工程材料的加工性能千差万别，并与前序实验课程金工实习关联，探讨不同工程材料机械加工的特性和用途。此外，将课程的实验教学部分尽可能压缩验证性实验，增加综合性、探索性实验部分。同时，工程材料实验室全天候向学生开放，锻炼和提高学生综合分析问题和解决问题的能力。

（三）基于跨课程知识点，整合和优化课程教学内容

机械基础课程之间都具有关联性，因此结合课程培养方案和学科发展，研究和审订工程材料课程与其他基础课程、科学技术发展要求相结合；探索与各专业课程、行业现状，以及学科前沿相适应的教学要求；充分考虑本门课程在整个教学计划中的地位和任务，在培养人才目标上的作用及通过学习要达到的目的和要求，同时以学科的科学体系为基础，保持科学体系自身的基本逻辑系统和完整性，及时更新教学内容并修订教学大纲。

在“工程材料”各章节的内容上，明确章节内容的分工，处理好各理论知识的侧重点，加入该课程与前序和后续课程知识点之间的关联（见图1），从而保证在有限的时间内教授给学生更多、更精彩的内容，并给予学生更加完整的专业知识体系框架。另外，针对实践性强的课程特点，要求对课程内容强调理论与应用相结合的整体设计，这样有利于提高学生学习积极性和教学效果。

图1 各章节内容及与前序和后续课程知识点之间的关联

通过上述改革，从各方面提升学生的能力：（1）培养自主学习能力。养成主动思考的良好学习习惯，提高查阅文献和归纳总结的能力，培养调查、收集、加工各种信息的能力和获取机械专业相关知识的能力，致力于终生学习。（2）提高专业实验研究的能力，提高实践动手能力，通过分析、评估、交流中收集到的实验信息评估事务的价值和有效性。（3）培养组织工作的能力。提高人际沟通能力，培养团队协作和负责任的担当精神，增强爱国主义情怀，将个人成才融入民族伟大复兴的历史使命中。（4）培养口语表达和撰写科技论文和技术、学术报告的能力，正确运用国家标准和技术语言阐述理论和技术问题的能力。（5）培养创新思维习惯，坚持诚信、公正、科学和严谨求实的工作作风。

二、“工程材料”课程教学改革设计

以“工程材料”课程为例，消除“重知识灌输，轻互动讨论，轻能力培养”等弊端，设计出具体项目方案。（1）讲授：材料失效；讨论：材料失效后的检测手段。（2）讲授：金属微结构——晶体结构与结晶。（3）讲授：金属宏观力学性能——强度、硬度、塑性、韧性；实验：材料硬度试验；讨论：从微观角度解释硬度大小的原因。（4）讲授：金属的塑性变形；讨论：从微观角度上解释材料塑性变形好坏的原因。（5）讲授：回复、再结晶及热加工；讨论：冷加工和热加工的区别，以及它们的应用。（6）讲授：合金结构与相图基本知识；实验：金相制作实验；讨论：从微观角度解释材料性能与金相之间的关系。（7）讲授：铁碳合金及其相图；讨论：常用铁碳合金的组织和相图。（8）讲授：钢的热处理；实验：淬火实验。（9）讲授：工业用碳钢、合金钢、铸铁牌号；讨论：与“机械制造基础”课程关联，不同材料的加工特性及优缺点。与“机械设计”课程相关联，不同材料在结构设计校核过程中有什么区别。（10）讲授：金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料。（11）讨论：论述一件产品从材料、加工、热处理，到最终成品的过程。与“精度设计”课程关联，如果同一种零件采用不同材料加工，精度是否一致？比如齿轮。（12）实验：企业参观。（13）讨论：分组讨论总结。

三、混合式教学模式实践基础

前期在专业改革创新和课程教学改革方法上积累的经验为本项目的开展奠定基础。同时，学校和学院对机械基础课程大力支持，包括教学资源、实验室、经费等。

1.提供成熟、稳健、开放、高效的组织架构、教学服务体系、坚实的行政后勤保障和人员支持；同时校图书馆和各个学院建成的资料室可以提供种类齐全的藏书、各类资料、电子资料数据库等，学生能够根据课程理论学习和工程项目设计的需要，准确、快速地查阅和获取相关信息，为机械专业基础课程的混合式教学打下坚实的基础。

2.工程训练中心是省级实验教学示范中心，拥有先进制造技术实训室、普通机加工实训室、电子工艺实训室。拥有一支结构合理、素质优良、实训教学经验丰富、理论知识和专业技能结构合理、稳定的实验教学队伍，实现了集科学研究、实训教学的融合，为机械专业提供了专业技能实践平台。

3.本学院的机械基础实验教学中心是省级实验教学示范中心，建立了计算机辅助制造实验室、机电一体化实验室、机械原理设计实验室、工程测试技术实验室、计算机图形学与虚拟现实技术实验室和汽车工程等6个教学实验室。中心教师具有丰富的教学经验、教学创新意识和学科建设能力，并具有较强的科学研究和科技开发能力。学生能够充分使用相关实验设备完成机械专业基础课程相关的实验实践类学习。

4.本学院建有28家本科生实践教学基地，其中深圳市高训中心是省级本科生实践教学基地，学生能充分参与企业项目完成机械专业基础课程相关实践类学习。

结语

首先，学生通过“跨课程+做中学”混合式基础课程培养，主要加强学生自主性探究型学习方式，主动掌握本专业基本知识和前沿科学文化，激发学习兴趣。通过跨课程知识点融合、实践性教学环节、小组讨论及企业参观实习，建立工程概念，逐步培养学生工程实践能力。

其次，基础课程团队中有多位具有丰富专业背景、10年以上教龄的教师；专业基础课程中的“工程制图”是国家级线下一流课程，为混合式基础课程培养打下坚实的基础。

最后，融入跨课程知识点的介绍，有效深化学生对本专业知识体系构建的认识；融入企业参观、实习及科研项目训练环节，科研赋能，有效提高学生对本专业的认识；项目导向式配合小组探究型研讨，提高学生自主学习能力。