基于線上線下混合式教學(xué)方法的材料工藝設(shè)計課程實踐*

酒少武 馮紹航 趙 煒 李玉祥

（西安建筑科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710055）

1 課程教學(xué)改革的必要性

材料科學(xué)與工程專業(yè)是支撐我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的核心工程技術(shù)類專業(yè)之一。材料科學(xué)與工程是綜合性和應(yīng)用性高度融合的工科類專業(yè)，不僅涉及種類豐富的各種材料的制備、工藝、性能及應(yīng)用等專業(yè)知識，還與土木工程、機械工程、自動化控制、總圖規(guī)劃、環(huán)境工程、經(jīng)濟技術(shù)等諸多學(xué)科交叉融合，目標(biāo)是培養(yǎng)具備深厚專業(yè)基礎(chǔ)和創(chuàng)新能力的復(fù)合型工程技術(shù)人才，這就要求學(xué)生具有多學(xué)科知識基礎(chǔ)及交叉融合的應(yīng)用能力。工藝設(shè)計課程是材料科學(xué)與工程專業(yè)本科生的必修的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)之一，教學(xué)內(nèi)容涵蓋材料學(xué)、材料工程設(shè)備、材料工藝學(xué)、工廠設(shè)計概論、工程制圖、環(huán)境工程、技術(shù)經(jīng)濟學(xué)等多門課程的相關(guān)內(nèi)容，涉及的專業(yè)領(lǐng)域范圍廣泛、知識體系內(nèi)容豐富、對知識的綜合性應(yīng)用能力要求較高，是專業(yè)教學(xué)體系中對復(fù)合型工程技術(shù)人才的培養(yǎng)非常重要的支撐環(huán)節(jié)[1,2]。根據(jù)西安建筑科技大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)及全國同類專業(yè)的工藝設(shè)計類課程教學(xué)現(xiàn)狀分析，普遍存在以下幾方面的問題。

1.1 缺少統(tǒng)一編制的教材、教學(xué)內(nèi)容缺乏標(biāo)準(zhǔn)化體系

目前，全國的材料類專業(yè)中均開設(shè)有工藝設(shè)計類的專業(yè)實踐課，但由于各高校開設(shè)的材料類專業(yè)方向、面向的領(lǐng)域及特色大都不同，因此我國缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的工藝設(shè)計類課程教材，這就導(dǎo)致該類課程缺乏統(tǒng)一的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)（內(nèi)容、方法、規(guī)范性要求等）[3]。在實際教學(xué)中，高校大都是結(jié)合自己的專業(yè)特點自行開發(fā)教學(xué)體系、安排教學(xué)內(nèi)容并組織實踐教學(xué)。首先，各家高校不同專業(yè)的課程設(shè)計的課時安排也各不相同，從2周~4周不等，這就決定了課程教學(xué)容量和設(shè)計實踐深度的不同。其次，各家高校的不同專業(yè)在設(shè)計內(nèi)容選擇、設(shè)計規(guī)范化要求、設(shè)計深度等方面的要求差異很大；再者，不同專業(yè)的工藝設(shè)計在設(shè)計內(nèi)容、方法、步驟、執(zhí)行規(guī)范和成果要求等方面存在巨大差異。目前我國的工程教育對于工藝設(shè)計課程并未形成統(tǒng)一的教育標(biāo)準(zhǔn)和課程教學(xué)方法，教學(xué)的組織更多依賴教師自身的專業(yè)知識、專業(yè)能力和工程經(jīng)驗積累[4,5]。在教學(xué)內(nèi)容、課程組織和課程實施中，很難使學(xué)生很快掌握本門課程的內(nèi)容及方法，限制了教學(xué)效果。

1.2 課程涉及知識面廣、專業(yè)性強，但課程容量有限

材料類專業(yè)的工藝設(shè)計課程涉及的專業(yè)面較廣，主要包括材料學(xué)、材料工藝學(xué)、材料工程設(shè)備、工程制圖、工廠設(shè)計概論、環(huán)境工程，以及技術(shù)經(jīng)濟學(xué)、環(huán)境影響評價等多門課程的相關(guān)內(nèi)容。在課程設(shè)計中不僅要求學(xué)生能熟練掌握這些課程中相關(guān)知識，還要求能夠?qū)⑺鼈兙C合用于分析實際問題、提出解決方案并進(jìn)行實踐[1,4,5]。雖然在選修課程中已經(jīng)對這些必備知識中的大部分內(nèi)容進(jìn)行了學(xué)習(xí)，但并沒有專門的課程講授如何將它們綜合起來分析并解決問題，因此學(xué)生在面對設(shè)計類問題時往往覺得無從下手。有的專業(yè)在課程體系中并沒有設(shè)置環(huán)境類、經(jīng)濟類及技術(shù)評價類的相關(guān)課程，導(dǎo)致學(xué)生在工藝設(shè)計中知識儲備不足，因而無法分析設(shè)計中出現(xiàn)的某些問題。此外，在現(xiàn)有的本科生教學(xué)體系中，普遍缺乏專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范性教育方面的課程，而在實際設(shè)計中則要求必須按照行業(yè)的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，由于學(xué)生缺乏這方面的知識和思維訓(xùn)練，不僅導(dǎo)致設(shè)計無法順利進(jìn)行，而且會造成設(shè)計成果在規(guī)范性方面有所欠缺?？偠灾捎诠に囋O(shè)計課程涉及的知識體系十分龐大，但課程實踐的時間十分有限，因此采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式無法取得良好的教學(xué)效果[6]。

1.3 設(shè)計規(guī)范及設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)更新快，學(xué)校資源無法滿足要求

隨著我國社會發(fā)展和科技進(jìn)步日趨加快，相關(guān)政策、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范也不斷更新。目前，學(xué)生能夠獲取的設(shè)計資料文獻(xiàn)（設(shè)計手冊、設(shè)備手冊、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)等）主要來源于圖書館借閱，但由于行業(yè)發(fā)展速度遠(yuǎn)超圖書的更新速度，因此即便是購買了大量圖書也不能滿足學(xué)生課程設(shè)計的需要。此外，由于工藝課程設(shè)計涉及的領(lǐng)域十分寬廣，涉及的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范種類繁多，圖書館也無法滿足全部的要求。在有限的課時容量內(nèi)，學(xué)生查閱資料、手冊和標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)十分繁重，這也是影響課程設(shè)計質(zhì)量的重要因素之一。

1.4 傳統(tǒng)教學(xué)手段單一，實踐教學(xué)指導(dǎo)功能薄弱

目前，工藝設(shè)計課程的教學(xué)手段主要以課堂講授、現(xiàn)場指導(dǎo)和答疑為主，但由于課程內(nèi)容龐大、知識點分散、學(xué)生對知識的掌握程度各不相同，因此現(xiàn)有的教學(xué)只能講授和輔導(dǎo)共性的問題。在西安建筑科技大學(xué)材料科學(xué)與工程的培養(yǎng)方案中，要求設(shè)計類課程選題要盡量做到一人一題，這就使每一名學(xué)生都需要解決大量的獨特的各種問題。如果這些問題不能得到及時解決，就會使學(xué)生的進(jìn)度“卡殼”，嚴(yán)重影響課程設(shè)計的進(jìn)展。按照教學(xué)要求，每16名學(xué)生配備1名教師，現(xiàn)有教學(xué)方式無法滿足為每一名學(xué)生重復(fù)講授課程和實時答疑的要求。在現(xiàn)場指導(dǎo)環(huán)節(jié)，也無法為學(xué)生演示全部的操作。

綜上所述，加快對工藝設(shè)計課程的教學(xué)改革，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、豐富教學(xué)手段、探索新的教學(xué)模式十分必要。

2 課程教學(xué)改革的措施

2.1 基于培養(yǎng)目標(biāo)優(yōu)化教學(xué)體系、重組并完善教學(xué)內(nèi)容體系

針對目前我國的工程教育對于工藝設(shè)計課程并未形成統(tǒng)一的教育標(biāo)準(zhǔn)和課程教學(xué)方法的現(xiàn)狀，本課程基于西安建筑科技大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)培養(yǎng)方案中提出的教學(xué)目標(biāo)要求，重新凝練課程教學(xué)目標(biāo)，并與畢業(yè)要求的支撐點相呼應(yīng)。課程內(nèi)容的知識板塊設(shè)置為資料文獻(xiàn)檢索、材料生產(chǎn)知識與工藝、設(shè)備選型與計算、設(shè)計規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)和工程圖設(shè)計等五大板塊，并編制了詳細(xì)的課程講義和設(shè)計指導(dǎo)書。在課程講義中，按照五大模塊組織教學(xué)內(nèi)容，通過精選內(nèi)容并強化聯(lián)系，使學(xué)生在沒有相關(guān)教材的情況下也能迅速掌握本課程所需的相關(guān)知識。課程指導(dǎo)書則從實際操作的角度，詳細(xì)闡述了設(shè)計內(nèi)容、設(shè)計流程、操作步驟與方法，使學(xué)生及時掌握設(shè)計方法和工作進(jìn)度[6]。

2.2 建設(shè)設(shè)計資料信息庫并及時更新，提高課程設(shè)計效率

針對學(xué)校資源對專業(yè)領(lǐng)域設(shè)計手冊、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計規(guī)范等更新不及時和資料不完善的情況，組織任課教師和工程設(shè)計人員以文獻(xiàn)檢索、購買、借閱復(fù)印、編制等方式搜集相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺組建設(shè)計資料信息庫，為學(xué)生提供便捷的查閱渠道。按照工藝課程的內(nèi)容體系，共集成了水泥生產(chǎn)工藝、設(shè)備選型、工程圖設(shè)計規(guī)范和環(huán)境保護及安全等四個模塊，共集成各類設(shè)計手冊、圖書、國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、政策資料類文件50余項，極大程度上滿足了工藝課程設(shè)計的需要。為了提高學(xué)生檢索文獻(xiàn)資料的技能，課程講授中設(shè)有文獻(xiàn)檢索方法專題，對學(xué)校購買的各種中外數(shù)據(jù)庫的使用方法進(jìn)行講授，包括文獻(xiàn)、圖書、學(xué)術(shù)論文、專利、標(biāo)準(zhǔn)等。通過這些措施，大幅縮短學(xué)生查閱必要資料的時間，節(jié)省了寶貴的設(shè)計時間。

2.3 制作視頻教學(xué)課件，拓展教學(xué)內(nèi)容，采取“線下線上混合式教學(xué)”提升教學(xué)效果

結(jié)合教學(xué)內(nèi)容體系和教學(xué)目標(biāo)，以知識講授和實踐指導(dǎo)兩條主線組織教學(xué)，采取“線下線上混合式教學(xué)”提升教學(xué)效果[7-9]。在課堂教學(xué)部分，側(cè)重對共性知識和問題的講授，主要包括：資料文獻(xiàn)檢索、材料生產(chǎn)知識與工藝、設(shè)備選型與計算、設(shè)計規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)和工程圖設(shè)計等。在線上教學(xué)部分側(cè)重于對操作演示部分的講解和示范，通過制作并上傳高質(zhì)量的教學(xué)視頻，對涉及的操作方法和步驟等問題進(jìn)行課外教學(xué)。在線下教學(xué)中要求學(xué)生現(xiàn)場學(xué)習(xí)，在線上部分則允許學(xué)生根據(jù)自身的情況靈活安排學(xué)習(xí)內(nèi)容和分配時間，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)積極性[10]。為了強化學(xué)生對工藝和設(shè)備原理的理解，在線上教學(xué)中集成了大量的關(guān)于設(shè)備原理和工藝的動畫素材，以直觀生動的形式展示給學(xué)生，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。采取“線下線上混合式教學(xué)”方法后，將原有的16h的講授和指導(dǎo)時間，拓展為64學(xué)時以上，極大程度上擴充了教學(xué)的廣度和深度。同時，課程通過微信群、QQ群和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)交流平臺等渠道及時回答和處理學(xué)生們提出的問題，打破了傳統(tǒng)課堂不可避免的時空限制，提高了指導(dǎo)的效率。

2.4 創(chuàng)新多元化考核方式，保證教學(xué)模式有效實施

基于新教學(xué)模式，將線下線上混合式教學(xué)過程納入全面的考核，將線下考勤、線上學(xué)習(xí)記錄、設(shè)計成果及設(shè)計說明書的規(guī)范性、答辯質(zhì)詢等作為依據(jù)，對學(xué)生的成績進(jìn)行綜合評價。此外，對于課程設(shè)計成果的評定除了規(guī)范性標(biāo)準(zhǔn)外，以設(shè)計理念、節(jié)能、環(huán)保、設(shè)計效果等形式進(jìn)行質(zhì)詢，注重考查學(xué)生對知識理解和應(yīng)用能力。

3 課程教學(xué)改革的體會

“工藝設(shè)計”是一門集知識性、綜合性和實踐性為一體的專業(yè)實踐課，具有涉及面廣、課時少、課程體系標(biāo)準(zhǔn)化程度低、實踐難度高的特點。本教改項目通過優(yōu)化課程體系、建設(shè)網(wǎng)絡(luò)資料庫、開發(fā)視頻、動畫等教學(xué)課件、創(chuàng)新考核方法、開通多渠道交流等多種措施，創(chuàng)建了基于線下線上混合式的教學(xué)方法和網(wǎng)絡(luò)平臺，拓展了教學(xué)的廣度和深度、豐富了課程的開展形式、提高了指導(dǎo)效率、強化了課程的教學(xué)效果。編制的課程講義和課程指導(dǎo)書成為學(xué)生工藝設(shè)計的快速入門指導(dǎo)手冊，打破了不同專業(yè)間知識融合的壁壘，提升了學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

以上課程教學(xué)改革在我校材料科學(xué)與工程專業(yè)工藝設(shè)計課程中已完成兩個輪次的應(yīng)用，學(xué)生普遍反映通過本門課程的學(xué)習(xí)后，在資料文獻(xiàn)查閱、專業(yè)知識綜合應(yīng)用、專業(yè)問題分析、設(shè)計表達(dá)能力等方面有了顯著的提高。同時，在設(shè)計成果的規(guī)范性、內(nèi)容的豐富性、設(shè)計理念及深度等方面也有了顯著的提高。在后續(xù)的教學(xué)中，教改團隊將根據(jù)專業(yè)的發(fā)展和課程的變化持續(xù)改進(jìn)，繼續(xù)豐富和完善教學(xué)體系，更新教學(xué)內(nèi)容、素材和教學(xué)形式，以適應(yīng)材料科學(xué)與工程專業(yè)的發(fā)展，支撐培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)。