基于线上线下混合式教学方法的材料工艺设计课程实践*

酒少武 冯绍航 赵 炜 李玉祥

（西安建筑科技大学材料科学与工程学院，陕西 西安 710055）

1 课程教学改革的必要性

材料科学与工程专业是支撑我国国民经济和社会发展的核心工程技术类专业之一。材料科学与工程是综合性和应用性高度融合的工科类专业，不仅涉及种类丰富的各种材料的制备、工艺、性能及应用等专业知识，还与土木工程、机械工程、自动化控制、总图规划、环境工程、经济技术等诸多学科交叉融合，目标是培养具备深厚专业基础和创新能力的复合型工程技术人才，这就要求学生具有多学科知识基础及交叉融合的应用能力。工艺设计课程是材料科学与工程专业本科生的必修的实践教学环节之一，教学内容涵盖材料学、材料工程设备、材料工艺学、工厂设计概论、工程制图、环境工程、技术经济学等多门课程的相关内容，涉及的专业领域范围广泛、知识体系内容丰富、对知识的综合性应用能力要求较高，是专业教学体系中对复合型工程技术人才的培养非常重要的支撑环节[1,2]。根据西安建筑科技大学材料科学与工程专业及全国同类专业的工艺设计类课程教学现状分析，普遍存在以下几方面的问题。

1.1 缺少统一编制的教材、教学内容缺乏标准化体系

目前，全国的材料类专业中均开设有工艺设计类的专业实践课，但由于各高校开设的材料类专业方向、面向的领域及特色大都不同，因此我国缺乏统一标准的工艺设计类课程教材，这就导致该类课程缺乏统一的教学标准（内容、方法、规范性要求等）[3]。在实际教学中，高校大都是结合自己的专业特点自行开发教学体系、安排教学内容并组织实践教学。首先，各家高校不同专业的课程设计的课时安排也各不相同，从2周~4周不等，这就决定了课程教学容量和设计实践深度的不同。其次，各家高校的不同专业在设计内容选择、设计规范化要求、设计深度等方面的要求差异很大；再者，不同专业的工艺设计在设计内容、方法、步骤、执行规范和成果要求等方面存在巨大差异。目前我国的工程教育对于工艺设计课程并未形成统一的教育标准和课程教学方法，教学的组织更多依赖教师自身的专业知识、专业能力和工程经验积累[4,5]。在教学内容、课程组织和课程实施中，很难使学生很快掌握本门课程的内容及方法，限制了教学效果。

1.2 课程涉及知识面广、专业性强，但课程容量有限

材料类专业的工艺设计课程涉及的专业面较广，主要包括材料学、材料工艺学、材料工程设备、工程制图、工厂设计概论、环境工程，以及技术经济学、环境影响评价等多门课程的相关内容。在课程设计中不仅要求学生能熟练掌握这些课程中相关知识，还要求能够将它们综合用于分析实际问题、提出解决方案并进行实践[1,4,5]。虽然在选修课程中已经对这些必备知识中的大部分内容进行了学习，但并没有专门的课程讲授如何将它们综合起来分析并解决问题，因此学生在面对设计类问题时往往觉得无从下手。有的专业在课程体系中并没有设置环境类、经济类及技术评价类的相关课程，导致学生在工艺设计中知识储备不足，因而无法分析设计中出现的某些问题。此外，在现有的本科生教学体系中，普遍缺乏专业标准及规范性教育方面的课程，而在实际设计中则要求必须按照行业的相关技术标准执行，由于学生缺乏这方面的知识和思维训练，不仅导致设计无法顺利进行，而且会造成设计成果在规范性方面有所欠缺。总而言之，由于工艺设计课程涉及的知识体系十分庞大，但课程实践的时间十分有限，因此采用传统的教学方式无法取得良好的教学效果[6]。

1.3 设计规范及设计标准更新快，学校资源无法满足要求

随着我国社会发展和科技进步日趋加快，相关政策、标准和规范也不断更新。目前，学生能够获取的设计资料文献（设计手册、设备手册、设计标准等）主要来源于图书馆借阅，但由于行业发展速度远超图书的更新速度，因此即便是购买了大量图书也不能满足学生课程设计的需要。此外，由于工艺课程设计涉及的领域十分宽广，涉及的标准和规范种类繁多，图书馆也无法满足全部的要求。在有限的课时容量内，学生查阅资料、手册和标准的任务十分繁重，这也是影响课程设计质量的重要因素之一。

1.4 传统教学手段单一，实践教学指导功能薄弱

目前，工艺设计课程的教学手段主要以课堂讲授、现场指导和答疑为主，但由于课程内容庞大、知识点分散、学生对知识的掌握程度各不相同，因此现有的教学只能讲授和辅导共性的问题。在西安建筑科技大学材料科学与工程的培养方案中，要求设计类课程选题要尽量做到一人一题，这就使每一名学生都需要解决大量的独特的各种问题。如果这些问题不能得到及时解决，就会使学生的进度“卡壳”，严重影响课程设计的进展。按照教学要求，每16名学生配备1名教师，现有教学方式无法满足为每一名学生重复讲授课程和实时答疑的要求。在现场指导环节，也无法为学生演示全部的操作。

综上所述，加快对工艺设计课程的教学改革，优化教学内容、丰富教学手段、探索新的教学模式十分必要。

2 课程教学改革的措施

2.1 基于培养目标优化教学体系、重组并完善教学内容体系

针对目前我国的工程教育对于工艺设计课程并未形成统一的教育标准和课程教学方法的现状，本课程基于西安建筑科技大学材料科学与工程专业培养方案中提出的教学目标要求，重新凝练课程教学目标，并与毕业要求的支撑点相呼应。课程内容的知识板块设置为资料文献检索、材料生产知识与工艺、设备选型与计算、设计规范与标准和工程图设计等五大板块，并编制了详细的课程讲义和设计指导书。在课程讲义中，按照五大模块组织教学内容，通过精选内容并强化联系，使学生在没有相关教材的情况下也能迅速掌握本课程所需的相关知识。课程指导书则从实际操作的角度，详细阐述了设计内容、设计流程、操作步骤与方法，使学生及时掌握设计方法和工作进度[6]。

2.2 建设设计资料信息库并及时更新，提高课程设计效率

针对学校资源对专业领域设计手册、设计标准、设计规范等更新不及时和资料不完善的情况，组织任课教师和工程设计人员以文献检索、购买、借阅复印、编制等方式搜集相关标准，借助网络教学平台组建设计资料信息库，为学生提供便捷的查阅渠道。按照工艺课程的内容体系，共集成了水泥生产工艺、设备选型、工程图设计规范和环境保护及安全等四个模块，共集成各类设计手册、图书、国家及行业标准、政策资料类文件50余项，极大程度上满足了工艺课程设计的需要。为了提高学生检索文献资料的技能，课程讲授中设有文献检索方法专题，对学校购买的各种中外数据库的使用方法进行讲授，包括文献、图书、学术论文、专利、标准等。通过这些措施，大幅缩短学生查阅必要资料的时间，节省了宝贵的设计时间。

2.3 制作视频教学课件，拓展教学内容，采取“线下线上混合式教学”提升教学效果

结合教学内容体系和教学目标，以知识讲授和实践指导两条主线组织教学，采取“线下线上混合式教学”提升教学效果[7-9]。在课堂教学部分，侧重对共性知识和问题的讲授，主要包括：资料文献检索、材料生产知识与工艺、设备选型与计算、设计规范与标准和工程图设计等。在线上教学部分侧重于对操作演示部分的讲解和示范，通过制作并上传高质量的教学视频，对涉及的操作方法和步骤等问题进行课外教学。在线下教学中要求学生现场学习，在线上部分则允许学生根据自身的情况灵活安排学习内容和分配时间，提高了学生的学习效率和学习积极性[10]。为了强化学生对工艺和设备原理的理解，在线上教学中集成了大量的关于设备原理和工艺的动画素材，以直观生动的形式展示给学生，提高了学生的学习兴趣。采取“线下线上混合式教学”方法后，将原有的16h的讲授和指导时间，拓展为64学时以上，极大程度上扩充了教学的广度和深度。同时，课程通过微信群、QQ群和网络学习交流平台等渠道及时回答和处理学生们提出的问题，打破了传统课堂不可避免的时空限制，提高了指导的效率。

2.4 创新多元化考核方式，保证教学模式有效实施

基于新教学模式，将线下线上混合式教学过程纳入全面的考核，将线下考勤、线上学习记录、设计成果及设计说明书的规范性、答辩质询等作为依据，对学生的成绩进行综合评价。此外，对于课程设计成果的评定除了规范性标准外，以设计理念、节能、环保、设计效果等形式进行质询，注重考查学生对知识理解和应用能力。

3 课程教学改革的体会

“工艺设计”是一门集知识性、综合性和实践性为一体的专业实践课，具有涉及面广、课时少、课程体系标准化程度低、实践难度高的特点。本教改项目通过优化课程体系、建设网络资料库、开发视频、动画等教学课件、创新考核方法、开通多渠道交流等多种措施，创建了基于线下线上混合式的教学方法和网络平台，拓展了教学的广度和深度、丰富了课程的开展形式、提高了指导效率、强化了课程的教学效果。编制的课程讲义和课程指导书成为学生工艺设计的快速入门指导手册，打破了不同专业间知识融合的壁垒，提升了学生的综合应用能力。

以上课程教学改革在我校材料科学与工程专业工艺设计课程中已完成两个轮次的应用，学生普遍反映通过本门课程的学习后，在资料文献查阅、专业知识综合应用、专业问题分析、设计表达能力等方面有了显著的提高。同时，在设计成果的规范性、内容的丰富性、设计理念及深度等方面也有了显著的提高。在后续的教学中，教改团队将根据专业的发展和课程的变化持续改进，继续丰富和完善教学体系，更新教学内容、素材和教学形式，以适应材料科学与工程专业的发展，支撑培养目标的实现。