基于微课模式的“工程材料及成型技术”教学改革探索.pdf

1922023 年 11 月下Agricultural Mechanization Synthetic Study农机化综合研究基于微课模式的“工程材料及成型技术”教学改革探索*秦盛伟1，陈江义1，庞培2（1.郑州大学，河南 郑州 450001；2.北京师范大学，北京 100875）摘要：“工程材料及成型技术”课程存在知识点多、学习难度大等主要问题，而微课作为一种新型教学模式，可有效引导学生主动学习。课题组概述了“工程材料及成型技术”课程特点及教学现状，阐述了基于微课的包括课程设计、实践教学、评价反馈等在内的综合教学体系的建设过程。结果表明，该体系提升了本课程的教学效果，激发了学生的学习热情，能培养出满足社会需求的高素质创新型人才。关键词：“工程材料及成型技术”；微课；混合教学模式；教学改革中图分类号：G642.0 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-3872.2023.22.0540 引言在国务院印发的 中国教育现代化2035 中，中央把新时代教育管理模式的创新、教育形式的变革以及创新型一流人才的培养均列为推进教育现代化的重要战略任务。为响应国家战略发展新需求、占据国际竞争战略制高点或培养创新型人才，高校需要进行新工科的建设1-2。这需要激发师生热情，关注理论、路径、模式、机制等综合研究，特别是关注教师和学生两个主体。“工程材料及成型技术”是高校机械类、材料类和近机械类专业必修的一门专业必修课，该课程对于支撑双一流高校以及学科建设具有重要基础作用，更是为我国制造业强国建设培养拔尖人才的必备基础课程。因此，在建设新工科的背景下，改革“工程材料及成型技术”的教学方式已成为时代之需。在新的教学要求以及课程标准下，教师的角色已不是单纯的知识搬运工，而是要成为学生学习过程中的引导者。教师的任务也不再是照本宣科地把课本知识塞给学生，更是要让学生体会到学习的快乐，从而能激发学生自主学习的意识。对于教师而言，将艰深晦涩的理论变形象生动、将复杂无聊的知识变得简单有趣成为新时代要面临的重要课题。“微课”在这种背景下应运而生3，微课不同于45分钟的传统课堂，其以10分钟左右时长为单位，为主要针对课程中某一个知识点而设计的微型教学视频课程。具有教学时长短、教学内容少而精、资源容量小及易制作等特点。相较于传统的教学模式，微课不受制于固定空间以及固定时间，能够灵活满足学生对不同课程知识点的个性化学习要求。微课可作为传统课堂模式的重要补充，有助于学生对课堂知识进行及时的查漏补缺。在网络时代，随着信息与通信技术的快速发展，微课将具有十分广阔的教育应用前景4-5。1 “工程材料及成型技术”课程特点及教学现状正如文献6中所述，“工程材料及成型技术”以材料科学基础为基本理论，详细介绍了材料的成分、加工工艺、组织结构与性能之间的关系。该课程呈现“三多一少”的特点，即内容概念多、经验原理多、术语定义多、推导计算少。既有高度浓缩的抽象概念以及基础理论，又具有很强的实践性。金属材料的理论知识必须通过大量的实践才能加深理解，并且课程内容前后衔接密切，一脉相承，前面基础打不牢，后面内容就学不透，这使学生在学习过程中普遍感觉到课程内容抽象、枯燥，学习获得感低，教学效果很不理想7-9。长期以来，各高校普遍采用的教学方法可以分为三类，这三种教学模式的主要优缺点如表1所示。无论是黑板+粉笔还是PPT，或是线上线下结合的教学模式，“工程材料及成型技术”难学、挂科多早已成为普遍现象，这几种教学模式都无法充分调动教师及学生的积极性，不少教师授课只为完成学校要求的教学工作量，学生也只为拿到学分被迫学习，很少有人主动思考这门课教师到底应该怎么教好、学生应当如何学好等问题。此外，在新工科背景下，国家及学校的基金项目：2022年度郑州大学教育教学改革研究与实践项目“小微课大启发-微课在 工程材料及成型技术 教学中的应用研究与实践”（2022ZZUJG208）；河南省新工科研究与实践项目“面向智能制造领域的多学科融合机械类专业人才培养模式探索与实践”（2020JGLX004）；国家自然科学基金（52001281）作者简介：秦盛伟（1990），男，河南周口人，博士研究生，讲师，研究方向为抗疲劳制造、钢的热处理。2023 年 11 月下193Agricultural Mechanization Synthetic Study农机化综合研究人才培养模式转向“厚基础、强能力、高素质”4，而在该模式引导下，专业课程的学时被不断压缩，而要求学生掌握的内容却不断增加。为解决教学中存在授课内容多与课时少的矛盾，学生亦需要在课外开展自主学习。2 “工程材料及成型技术”的微课设计针对“工程材料及成型技术”课程学习难度较大、课时少以及教学方法存在不足等问题，教师要及时转变教学方法，培养学生终身学习的好习惯10。在传统教学中结合微课教学，将本要放在一起讲解的重难点知识分解为若干小知识点，每个知识点做成一个独立的微课再呈现给学生，这能有效解决新时代学生对于个性化学习需求与传统学习方式之间的矛盾。微课的出现打破了传统教学模式与新时代信息化教学模式间的壁垒，可有效更新传统教学理念以及方法，并提高教师的现代化科技素养。最终可构建具有新时代特色的基于微课辅助的混合教学模式。本课程微课设计的实现路径如下。2.1 遵循教育规律，加强微课设计结合“工程材料及成型技术”课程特点，将拟用于辅助教学的微课按教学目标分为思维导学型、知识传授型、答疑解惑型、复习归纳型、能力拓展型及素养培育型六种类型。下面以第一章的教学内容为例，简要介绍各类辅助教学微课设计的思路。1）思维导学型：通过总结，该章的内容可以归纳为“一静两动，三种硬度”。“一静”指的是静态拉伸曲线，即应力应变曲线，并由此线引导弹性模量、强度及塑性等概念；“两动”指的是韧性（冲击韧性、断裂韧性）、疲劳等；“三种硬度”指的是布氏、洛氏、维氏硬度。通过思维导学的介绍，使学生对第一章内容获得整体性认知。2）知识传授型：基于应力应变曲线重要性以及其在实际中的普遍应用，将该知识点制作成微课让学生多次学习。3）答疑解惑型：对于初学者很容易混淆的塑性与韧性这两个知识点，可以制作微课，帮助学生弄清二者区别。4）复习归纳型：结合教学大纲要求，制作微课介绍本章常考知识点的题型，帮助学生复习。5）能力拓展型：疲劳失效占据了工程构件失效的80%，可制作与疲劳相关的微课，比如英国“彗星号”飞机事件以及“泰坦尼克号”事件等。让学生直观了解疲劳的危害，在拓展工程应用能力的同时培养解决问题的能力。6）素养培育型：为了帮助学生快速了解课程性质、内容而设置的拓展板块。在课程第一章，可制作简要介绍“工程材料及成型技术”的历史和发展状况的微课。再以第四章的教学内容为例，介绍各类微课的设计思路。1）思维导学型：通过总结，该章的内容可以归纳为“四把火，两曲线”。“四把火”指的是热处理过程中的正火、退火、淬火以及回火等概念；“两曲线”指的是钢的等温冷却转变曲线以及连续冷却转变曲线。2）知识传授型：基于常用热处理手段和冷却曲线的重要性以及实际中的普遍应用，将该知识点制作成微课让学生多次学习。3）答疑解惑型：对于初学者很容易混淆的等温冷却转变曲线与连续冷却转变曲线这两个知识点，可以制作微课，帮助学生弄清二者区别。4）复习归纳型：结合教学大纲要求，制作微课介绍本章常考知识点的题型，帮助学生复习。5）能力拓展型：很多学生对于冷加工以及热加工的理解还是停留在表面，常常以加工所出现的实际问题来区分两者，这并不正确。冷加工以及热加工的区别应当是工件加工温度是否处于其再结晶温度上方。若在工件的再结晶温度上方进行加工，那么加工硬化以及再结晶软化作用就会相互抵消。该部分可以制作关于再结晶应用案例的微课，让学生了解其实际应用。6）素养培育型：讲好铁碳相图的来源以及发展历程，利于学生接受相图的知识特点。按照第一、四章的设计思路，“工程材料及成型技术”其余部分章节的微课设计如表2所示。2.2 制作微课视频，建立微课资源库与传统教学手段不同的是，借助于现代化信息手段，微课需要在短时间内输出大量信息11。如何实现课程内容的导入，需要大量的相关知识案例以便于对问题进行凝练。问题提出以后，需要引导学生主动进行思考。此外，出于短时间让学生高度集中精力去攻破疑点难点问题的需求，知识点相关的应用案例应当更加现代化以及生活化。传统课堂的PPT在微表1几种常见教学模式的优缺点对比黑板+粉笔黑板+PPT线上线下混合优点直接交流，利于解决难度较大的问题图文并茂的形式讲解有助于学生加深理解突破传统面授的时空局限；能实现优质资源共享；便于拓展教学广度和深度缺点学生被动学习，主体性体现不够；授课内容在深度和广度上不足易出现教师“照屏宣讲”现象，学生主体性体现不够线上学习状态监控困难；共享学习资源不一定适合校情和学情1942023 年 11 月下Agricultural Mechanization Synthetic Study农机化综合研究课中将不再适用，应该重新制作具有动画形象且图表清晰的微课资源。微课的讲解过程应环环相扣、语言简洁、思路清晰；需要教师认真撰写微课讲义，并进行后期字幕的制作。为了进一步增加学生的学习兴趣，可以邀请国内工程材料及成型技术等方面的知名教授来校为学生讲解行业进展，并录制视频。按照表2的要求收集相关资料并完成微视频拍摄，将剪辑好的视频按照章节进行命名以及分类，最终构建完整的“工程材料及成型技术”微课资源库。考虑到学校现有的教学资源，可以选择如慕课网站、超星等专业网络教学平台发布微课资源，也可以采用腾讯课堂、百度云盘、微信等常用软件开展微课辅助教学。任课教师以及学生均注册申请相关平台的账号并获得使用权限，登录到相关教学平台即可学习制作好的微课视频。通过微课教学模式，学生们在课堂上未听懂的知识点可以在课下反复学习。这将有助于构建具有不同学校不同课程特色的“传统+微课”的混合教学模式。从传统教学模式到新型混合教学模式和思维的转变，不仅能促进学生的自主学习，同时也促使教师积极探索微课视频与学案的有效融合，发挥教师作为学生的引导者的作用。2.3 构建反馈评价体系，动态完善微课资源微课教学的关键在于教学活动方案设计。本课程的微课教学方案采用课前、课中和课后等部分有机结合的模式。在课前准备阶段，任课教师需提前在教学平台发布相应的课程进度安排以及课程任务，包括主要知识点、重点难点以及学后测试。学生按要求自行完成微课的在线学习任务，对于学习中不懂的知识点，可以线上提出疑问或者做出标记。在线下课堂授课阶段，学生将更有针对性地带着疑问听讲，教师则将学生的学习反馈内容进行总结梳理。课堂的重点将聚焦学生不懂的疑难点，同时结合典型例题进行讲解，加深学生对该部分知识点的理解。这个阶段要详细阐释核心问题并进行多维度的讨论，让学生不带疑问地进行后续学习。在每节课后，教师都为学生布置相应的练习题，以便让学生检测知识掌握情况。同时，根据学生反馈的微课学习效果，教师可对课程资源进一步修改完善，以便学生巩固和拓展已学习内容。对于有疑问的题目，教师与学生可以进行线上或者面对面的答疑。在这三个阶段，学生通过学习答疑获得巩固的良性循环，实现对课程知识的高效掌握。本课程采用过程性评价方式进行考核，对学生观看视频时间长短及测试练习等方面情况进行详细检查。最终教师根据这些反馈的信息进行反思，时时总结微课教学模式的优缺点，以探索更完善的微课教学模式。2.4 优化微课设计，改善教学效果为了全流程监控教学效果，本课程测试成绩由线上成绩（如视频点击率、视频观看时长、测试完成情况与正确率）、线下课堂成绩（如出勤率、课堂表现、课后作业完成情况）与期末考试总成绩组成。利用以上三项成绩的总和来整体测评“传统+微课”的课程学习情况。课程的评价主要包括学生评价、督导评价和同行评价。采取对照实验法对教学效果进行严格验证，即在同一个年级中分别设置实验班和普通班，在实验班采用“传统授课+微课”的综合教学模式，在普通班采用传统的教学方法，以对照观察不同教学模式的效果。实验班级和普通班级的选择原则上应为同一专业同一年级且为同一任课教师，以避免因学生基础和授课教师不同对最终的教学效果产生影响。此外，还可通过制作调查问卷的形式了解学生的学习状态以及对微课教学模式的评价。调查问卷的设计主要针对视频观看时长、观看效果、是否帮助掌握知识点、哪些知识需要补充等要点展开，为后续更加完善的微课教学改革提供支持与参考。3 总结综上所述，新时代教师应该与时俱进，采用新媒体技术，使教学手段更适应年轻一代的认知特点，充表2“工程材料及成型技术”课程辅助教学的微课设计样例（部分章节）思维导学型知识传授型答疑解惑型复习归纳型能力拓展型素养培育型第一章 工程材料的力学性能第一章导学应力应变曲线塑性与韧性之间的区别常考知识点及题型疲劳失效案例课程发展概况第二章 工程材料的结构第二章导学相与组织共晶与共析反应的区别常考知识点及题型杠杆定律应用案例铁碳相图的故事第三章 改变材料性能的主要途径第三章导学钢的热处理-“四把火”TTT与CCT曲线的区别常考知识点及题型冷加工与热加工案例表面处理概况第六章 铸造第六章导学铸造应力缩松与缩孔之间的区别常考知识点及题型预防铸造变形案例现代铸造工艺进展2023 年 11 月下195Agricultural Mechanization Synthetic Study农机化综合研究分发挥学生学习的主体性作用。针对“工程材料及成型技术”这一门教师难教、学生厌学的课程，教师在坚持传统教学的基础上，深度挖掘本课程蕴含的微课元素，将“传统授课+微课”教学方式贯穿到课堂教学与实践的全过程，最终形成围绕课程目标的课堂内容优化、教学模式优化、教学质量评估优化良性自循环的综合教学体系。相信经过不断的课程改革创新，一定会提升本课程的教学效果，从而培养出满足社会需求的高素质创新型人才。参考文献：1 钟登华.新工科建设的内涵与行动J.高等工程教育研究，2017(3)：1-6.2 黄敢基，覃菊莹，莫利柳.微课辅助大学数学教学改革探索：以概率论与数理统计课程为例J.大学教育，2021(7)：16-18.3 SHIEH D.These lectures are gone in 60 secondsJ.The Chronicle of Higher Education,2009,55(26):A1-A13.4 宇雯艳.微课教学在 金属材料与热处理 课中的利与弊J.科学中国人，2017(15)：355.5 张传香，章晓波，巨佳，等.“互联网+”背景下集慕课、微课、翻转课堂于一体的功能材料专业教学探讨J.教育教学论坛，2020(34)：255-256.6 秦盛伟，庞培.基于新工科背景下“工程材料与热加工”课程的教学改革初探J.南方农机，2020，51(23)：129-130.7 罗洪峰，史留勇，林茂.机械工程材料教学创新与改革J.教育教学论坛，2017(4)：143-144.8 李勇，张玉新，齐新华，等.“互联网+”与 工程材料 微课建设实践J.教育现代化，2019，6(71)：163-165.9 张英，徐冬梅，王伟群，等.微课模式在 材料科学与工程基础 课程中的探索与实践J.教育教学论坛，2018(17)：158-159.10 李拓宇，李飞，张婉滢，等.我国工科人才培养质量提升的机制探析：中国工程院院士李培根访谈录J.高等工程教育研究，2016(4)：5-8+13.11 高丽，李永国，宋秋红，等.基于微课的 工程材料及机械制造基础 在线课程建设初探J.教育教学论坛，2018(50)：114-115.（上接第172页）价机构较少，国家层面应加大遴选及培育力度，努力使高职院校产教融合评价更加专业化。最后，注重评价结果应用，确保评价实效。一方面，要根据评价结果动态调整产教融合项目融合内容与方式，使产教融合项目能切实促进现代职业教育体系建设改革以及优化职业教育类型定位。另一方面，要兼顾利益相关者核心利益诉求、责任与义务，这是确保高职院校产教融合高质量创新发展的前提条件。4 结语产教融合是职业教育高质量发展的必由之路，是深化现代职业教育体系建设改革的重要基础工程，也是优化职业教育类型定位、提升职业教育内涵和人才培养适应性的有效路径。政、行、企、校等办学主体要协同研究“双高计划”视域下高职院校产教融合创新发展现状、存在的困境，通过进一步明晰办学主体职责、建设高水平双师队伍以及构建评价体系等创新发展路径有效解决产教融合存在的痛点、堵点、难点问题，从而为高职院校产教融合高质量创新发展保驾护航。参考文献：1 中华人民共和国中央人民政府.国务院办公厅关于深化产教融合的若干意见EB/OL.（2017-12-05）.http:/ 金亚白.“双高计划”背景下高职院校产教融合体制机制创新路径研究：以常州信息职业技术学院为例J.常州信息职业技术学院学报，2020，19(5)：1-3+7.3 2020中国职业教育质量年度报告 项目组，中国职业技术教育 编辑部.我国职业教育发展的成绩、挑战与对策：2020中国职业教育质量年度报告 综述 J.中国职业技术教育，2021(15)：5-12.4 杨六栓，郭敏，吴朕君.产教融合高质量发展：价值意蕴、现实境遇与推进策略J.河南工业大学学报（社会科学版），2023，39(2)：82-88.5 周桐，刘宇，伍小兵，等.我国高职院校产教融合的现状、困境及创新路径J.实验技术与管理，2022，39(9)：228-234.6 吕路平，童国通.“双高计划”背景下高职院校产教融合质量评价体系研究J.职业技术教育，2020，41(30)：31-36.7 施桂红.基于事件系统理论的高职院校产教融合逻辑分析与机制优化建议J.教育与职业，2023(17)：51-55.8 施冬梅.高职院校产教融合、协同育人机制和路径的研究J.职业教育（中旬刊），2023，22(6)：57-61.9 徐岳清.产教融合视阈下高职院校教学质量提升：价值、指向与路径J.职教通讯，2022(9)：72-76.10 陶大伟.新时代高职院校深化产教融合的价值意蕴和推进策略J.中国高等教育，2022(Z3)：75-77.