以案例庫(kù)建設(shè)為載體的工程材料及熱處理課程教學(xué)改革

韓敬華等

摘 要：工程材料及熱處理課程是一門(mén)闡述關(guān)于工程材料的成分—結(jié)構(gòu)—性能—工藝四者關(guān)系的一門(mén)學(xué)科，具有理論性、邏輯性、抽象性、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。針對(duì)該課程教學(xué)中存在的一些問(wèn)題，為了培養(yǎng)學(xué)生的師范能力、工程能力、人際交往和團(tuán)隊(duì)協(xié)作以及管理等幾方面的能力，對(duì)該課程進(jìn)行了案例庫(kù)建設(shè)，并以此為載體，對(duì)該課程從教師隊(duì)伍的建設(shè)、課程體系的梳理、課程大綱的重新修訂、教學(xué)方法的改進(jìn)等多方面進(jìn)行了改革。改革結(jié)果顯示：建立了培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的全課程的案例庫(kù)，改革后學(xué)生學(xué)習(xí)興趣提高，學(xué)生實(shí)踐能力得到鍛煉，改革后教學(xué)最終課程成績(jī)遠(yuǎn)好于未改革之前。

關(guān)鍵詞：工程材料及熱處理 案例庫(kù) 能力 教學(xué) 改革

中圖分類號(hào)：TP392 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（a）-0212-03

我校為師范類院校，畢業(yè)學(xué)生的就業(yè)后大部分是各類高校、高職、中職的教師，所以被譽(yù)為“職教師資的搖籃”，基于我校要求學(xué)生“動(dòng)手動(dòng)腦全面發(fā)展”的辦學(xué)特色，所以對(duì)培養(yǎng)的學(xué)生的要求是在具有一定的理論知識(shí)的前提下盡可能地培養(yǎng)學(xué)生的師范性和技能性[1-2]。師范性要求學(xué)生具有一定的口才，能給其他人講清楚自己要表達(dá)的內(nèi)容，同時(shí)還要具備團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神和管理能力，能盡快地融入到一個(gè)新的集體中管理將來(lái)可能面對(duì)的眾多的學(xué)生；技能性則要求學(xué)生具有一定水平的實(shí)踐知識(shí)和操作技能。我校對(duì)學(xué)生的這些要求也體現(xiàn)在所授課程的教學(xué)中。

工程材料及熱處理課程是我校機(jī)械類、材料類、汽車類專業(yè)學(xué)生必修的一門(mén)專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，闡述的是關(guān)于工程材料的成分—結(jié)構(gòu)—性能—工藝四者關(guān)系的一門(mén)學(xué)科，課程內(nèi)容多而繁雜，理論性、邏輯性、抽象性、實(shí)踐性都很強(qiáng)。該課程之前的教學(xué)采用的是“板書(shū)+多媒體”教學(xué)，教學(xué)過(guò)程存在一些不能克服的問(wèn)題如教學(xué)效果不明顯、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高、課程中只注重學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)而忽略學(xué)生其它綜合能力的培養(yǎng)等[3-4]。針對(duì)這些教學(xué)中存在的問(wèn)題，基于該課程的性質(zhì)以及我校對(duì)培養(yǎng)學(xué)生能力的要求，并為了進(jìn)一步改善教學(xué)效果，建立該課程的案例庫(kù)，對(duì)該課程進(jìn)行了一系列的課程改革。改革的內(nèi)容涉及到教師隊(duì)伍的建設(shè)、課程體系的重新梳理、課程大綱的重新修訂、教學(xué)方法的改變等多方面，詳細(xì)如下。

1 課程教師隊(duì)伍的建設(shè)

1.1 課程教學(xué)隊(duì)伍的現(xiàn)狀和教學(xué)隊(duì)伍的壯大

工程材料及熱處理是一門(mén)面向全校學(xué)生授課的技術(shù)基礎(chǔ)課程，受眾面大，學(xué)生人數(shù)達(dá)到3000人，之前講授該門(mén)課程的教師僅有三四個(gè)，教師年齡偏大，學(xué)歷最高為碩士，授課時(shí)生師比非常高，授課時(shí)多采用的方法是4班合班授課。這就造成教學(xué)時(shí)教師教學(xué)壓力大，學(xué)生眾多，教師很難顧及每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)感受和學(xué)習(xí)困難等問(wèn)題，導(dǎo)致的總體教學(xué)結(jié)果是學(xué)生不及格率高，每年有很大比例的學(xué)生進(jìn)行補(bǔ)考。

針對(duì)上述的教師隊(duì)伍方面的問(wèn)題，學(xué)校提出了教師隊(duì)伍的倍增計(jì)劃。對(duì)于該課程也實(shí)施了此計(jì)劃，每年有計(jì)劃的引進(jìn)新畢業(yè)的博士學(xué)位的教師，新引進(jìn)教師既有教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的老教師，也有新畢業(yè)的新加入教師隊(duì)伍的年輕教師。這些教師既包括理論教師也包括實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教師，這樣從年齡結(jié)構(gòu)、職稱分布、學(xué)緣結(jié)構(gòu)、理論和實(shí)際操作等方面都對(duì)教師隊(duì)伍進(jìn)行了改善。目前，工程材料及熱處理課程的授課教師達(dá)到12位，其中理論教師10位，實(shí)驗(yàn)教師2位。教師隊(duì)伍的平均年齡35歲，新引進(jìn)的理論教師學(xué)歷都為博士學(xué)歷，實(shí)驗(yàn)老師都為碩士學(xué)歷；這些教師中有2位具有出國(guó)經(jīng)歷、2位具有博士后工作經(jīng)歷；職稱結(jié)構(gòu)如表1所示。

1.2 新授課理論教師教學(xué)能力的培養(yǎng)。

為了更好的培養(yǎng)學(xué)生能力和將該課程講授得更精彩，建立了一套培養(yǎng)新教師的制度。第一，建立該課程的教學(xué)組，由教學(xué)經(jīng)驗(yàn)非常豐富的優(yōu)秀教師擔(dān)任組長(zhǎng)，組長(zhǎng)全面負(fù)責(zé)新授課教師的培養(yǎng)事宜。第二，建立了老教師帶新教師、新教師要進(jìn)行至少一年時(shí)間的助課制度。通過(guò)助課，使得新教師有機(jī)會(huì)和時(shí)間學(xué)習(xí)該課程的教學(xué)思路、教學(xué)方法、課堂的管理等教學(xué)基本能力。第三，年輕的理論教師要參加學(xué)校組織的“理論教師技能大賽培訓(xùn)”活動(dòng)，通過(guò)技能培訓(xùn)加強(qiáng)年輕理論教師的動(dòng)手能力、工程能力以及課程中所要求的各種技能，培訓(xùn)結(jié)束成績(jī)必須為良以上。此外，還要求理論教師必須參加實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)，以使得理論授課和實(shí)驗(yàn)課程無(wú)縫對(duì)接。第四，要求新授課的年輕老師開(kāi)始上課前兩年必須先采用板書(shū)教學(xué)，以培養(yǎng)教學(xué)基本功，而且授課前幾輪結(jié)束時(shí)要求學(xué)生反饋對(duì)授課教師的意見(jiàn)，以讓教師自己從學(xué)生的角度和意見(jiàn)反思自己教學(xué)能力不足之處以及以后教學(xué)中要改進(jìn)的方向。第五，建立了定期安排學(xué)校和院級(jí)兩級(jí)的督導(dǎo)組聽(tīng)課制度，以督促和保證新教師的教學(xué)能力和教學(xué)效果。第六，年輕教師必須每?jī)赡陞⒓訉W(xué)校和天津市組織的“教學(xué)基本功大賽”，通過(guò)參賽的形式讓新的年輕教師通過(guò)培訓(xùn)和觀摩優(yōu)秀教師授課來(lái)提高教學(xué)能力。

通過(guò)以上措施，目前，課程組的教師中，年輕教師中獲得“天津市教學(xué)基本功大賽”三等獎(jiǎng)一名，校級(jí)教學(xué)基本功大賽優(yōu)秀獎(jiǎng)一名，除上述成果外，學(xué)生評(píng)教獲得“A”級(jí)教師一名，其余教師教學(xué)評(píng)價(jià)良好。由以上成績(jī)可以看出，這些培養(yǎng)新教師的措施具有顯著效果。

2 課程體系的重新梳理

上述已經(jīng)提到，工程材料及熱處理是一門(mén)介紹材料科學(xué)與工程中成分、組織、工藝和應(yīng)用四要素之間規(guī)律的學(xué)科。為了更好地統(tǒng)一不同知識(shí)結(jié)構(gòu)和學(xué)術(shù)背景的老教師和新教師之間的授課思路，同時(shí)也為了統(tǒng)一學(xué)校里不同本科專業(yè)對(duì)該課程不同學(xué)時(shí)的要求，對(duì)該課程體系進(jìn)行了重新梳理。重新梳理后的課程內(nèi)容可分為四部分：材料結(jié)構(gòu)及材料性能、熱處理原理及工藝、常見(jiàn)工程材料以及材料的失效分析與選擇，四部分所包含的具體內(nèi)容見(jiàn)圖1所示，這為后面建立課程的案例庫(kù)奠定知識(shí)體系的基礎(chǔ)。圖1自左至右分為四個(gè)層次：工程材料及熱處理總課程為第一層次，總課程所包含的四部分內(nèi)容為第二層次，每一部分內(nèi)容中稍詳細(xì)的內(nèi)容為第三層次，最后一層次是詳細(xì)的章節(jié)內(nèi)容。這四個(gè)層次的劃分對(duì)于制定《工程材料及熱處理》課程的CDIO大綱具有重要意義。

3 課程大綱的重新修訂

為了全面培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、人際關(guān)系的處理能力、職業(yè)道德素養(yǎng)等，在新梳理的課程體系基礎(chǔ)上，根據(jù)CDIO標(biāo)準(zhǔn)制定了《工程材料及熱處理》課程的教學(xué)大綱，《工程材料及熱處理》課程將按照CDIO的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，新的大綱為案例庫(kù)的建設(shè)奠定了理論基礎(chǔ)。

把課程內(nèi)容所能培養(yǎng)的能力分為四個(gè)方面，分別是技術(shù)知識(shí)和推理、個(gè)人的和職業(yè)的技能與特質(zhì)、人際技能（團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通）、在企業(yè)與社會(huì)的環(huán)境下構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)運(yùn)作[5-6]。每個(gè)方面的能力又可以劃分成更詳細(xì)的子能力，如技術(shù)知識(shí)與推理能力又可以劃分成基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)、核心的工程基礎(chǔ)知識(shí)和高級(jí)的工程基礎(chǔ)知識(shí)三個(gè)子能力。課程的CDIO大綱的撰寫(xiě)就是把CDIO所要求的各種子能力具體到課程內(nèi)容中的每一章每一節(jié)。這就將課程所能培養(yǎng)的學(xué)生能力進(jìn)行了不同層次的劃分。具體如下。

在圖1知識(shí)體系結(jié)構(gòu)中對(duì)于所屬第二層次的第三層次中的最上部分即基本理論用于培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)知識(shí)和推理能力，第三層次中除去最上部分的基本理論外的其余部分用于培養(yǎng)學(xué)生個(gè)人或職業(yè)的技能與特質(zhì)，人際技能的培養(yǎng)則在授課模式方面體現(xiàn)，而在企業(yè)與社會(huì)的環(huán)境下構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作的能力則在課程的最后綜合題目或課程設(shè)計(jì)中進(jìn)行。

舉例說(shuō)明，熱處理原理與工藝部分分為熱處理原理和熱處理工藝兩部分內(nèi)容，熱處理原理屬于基本理論，用于培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)知識(shí)和推理能力；熱處理工藝部分用于培養(yǎng)學(xué)生個(gè)人或職業(yè)的技能與特質(zhì)；熱處理試驗(yàn)過(guò)程中則能培養(yǎng)學(xué)生的人際技能；熱處理部分內(nèi)容結(jié)束后讓學(xué)生根據(jù)自己的專業(yè)選擇一種常見(jiàn)材料的熱處理工藝則是對(duì)學(xué)生在企業(yè)與社會(huì)的環(huán)境下構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作能力的培養(yǎng)。

4 教學(xué)內(nèi)容的整合和教學(xué)方法的改進(jìn)

4.1 與時(shí)俱進(jìn)，整合教學(xué)內(nèi)容

在教學(xué)內(nèi)容上增加了材料科學(xué)發(fā)展的最新成果，刪除了一些已經(jīng)過(guò)時(shí)的舊的知識(shí)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論的同時(shí)關(guān)注材料科學(xué)的最新進(jìn)展。

整合內(nèi)容如下。金屬學(xué)方面將工程領(lǐng)域較少應(yīng)用的純概念、理論刪除，在熱處理與材料學(xué)方面?zhèn)戎貏h除過(guò)時(shí)內(nèi)容或減輕其比重，融入更符合近年來(lái)國(guó)內(nèi)外金屬材料品種與加工工藝實(shí)際發(fā)展的新知識(shí)，增加高分子、陶瓷材料等非金屬材料的課時(shí)比重，開(kāi)發(fā)《金相顯微鏡的使用與金相樣品的制備》《45鋼熱處理及組織、性能分析》綜合性實(shí)驗(yàn)，使教學(xué)內(nèi)容在保持經(jīng)典理論、跟隨時(shí)代步伐的同時(shí)更符合我校學(xué)生實(shí)際發(fā)展的水平和需要。

4.2 建立了課程案例庫(kù)，滿足不同專業(yè)不同層次的教學(xué)要求

案例庫(kù)中每個(gè)案例都是按照CDIO的構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—運(yùn)作的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，內(nèi)容包括案例問(wèn)題、案例引入、案例所涉及的課程內(nèi)容、案例分析四部分。案例問(wèn)題首先提出一個(gè)工程或?qū)嶋H生活中所常見(jiàn)的問(wèn)題，引入部分則指出案例問(wèn)題所含的核心內(nèi)容，引入部分后面的內(nèi)容則是解決案例問(wèn)題所需的工程材料的知識(shí)，案例分析部分則是用剛剛學(xué)到的工程材料的知識(shí)對(duì)案例所提問(wèn)題進(jìn)行分析。舉例如下。

案例：室溫下，純鐵的抗拉強(qiáng)度為200 MPa，純銅為60 MPa。

引入：純鐵、純銅都是晶體，但它們的性能卻不相同，這是為什么？

課程內(nèi)容：三種常見(jiàn)金屬晶格結(jié)構(gòu)（即體心立方、面心立方和密排六方晶格結(jié)構(gòu)相關(guān)內(nèi)容，詳細(xì)請(qǐng)見(jiàn)相關(guān)教材，在此不再累述）。

案例分析：室溫下，純鐵為體心立方結(jié)構(gòu)，純銅為面心立方結(jié)構(gòu)，兩者晶格中原子排列的緊密程度不同，故性能也不相同，純鐵的強(qiáng)度優(yōu)于純銅，但塑性比純銅低。當(dāng)同一種金屬（如Fe）從面心立方晶格向體心立方晶格轉(zhuǎn)變時(shí)，其性能也會(huì)改變，例如：體積將膨脹，就是鋼在淬火因相變而發(fā)生體積變化的原因。

在上述案例中，“室溫下，純鐵的抗拉強(qiáng)度為200 MPa，純銅為60 MPa。”即是案例提出的問(wèn)題，引入內(nèi)容“純鐵、純銅都是晶體，但它們的性能卻不相同，這是為什么？”則指出案例問(wèn)題所含的核心內(nèi)容是純鐵和純銅的性能不同，并且引出問(wèn)題“為什么它們的能力不同”，第三部分即引入和案例分析中間的內(nèi)容是解釋為什么純鐵和純銅性能不同所需要的課程內(nèi)容，即金屬的三種常見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu)。最后的案例分析則是用三種常見(jiàn)金屬結(jié)構(gòu)來(lái)解釋為什么純鐵和純銅性能不同因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)不同金屬的性能不同。

該課程建立了如上例所示的案例庫(kù)，這些案例滿足不同專業(yè)不同教學(xué)時(shí)數(shù)的不同層次的教學(xué)要求。

4.3 將案例庫(kù)應(yīng)用于課堂，采用小組團(tuán)隊(duì)式教學(xué)模式

將案例庫(kù)應(yīng)用在課堂上，具體形式采用小組團(tuán)隊(duì)式教學(xué)。具體操作如下：授課時(shí)讓學(xué)生自由組合成若干個(gè)學(xué)習(xí)小組，推選自己的組長(zhǎng)，并給自己的團(tuán)隊(duì)起名字。上課采用小組競(jìng)賽積分制，任何有利于課程學(xué)習(xí)的行為表現(xiàn)都可以積分，在學(xué)習(xí)過(guò)程中除對(duì)案例進(jìn)行討論外，學(xué)生可以自己動(dòng)手制作教具或者主動(dòng)設(shè)置學(xué)習(xí)問(wèn)題，討論交流學(xué)習(xí)心得，設(shè)定短期以及長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo)。通過(guò)小組競(jìng)賽積分制培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神，學(xué)生自己動(dòng)手制作教具以及主動(dòng)設(shè)置學(xué)習(xí)問(wèn)題激發(fā)學(xué)