嚴(yán)劍剛, 朱文華, 吳 鏑, 高 鳴, 劉 賽

(上海第二工業(yè)大學(xué) 工程訓(xùn)練中心,上海201209)

0 引言

新工科(Emerging Engineering Education) 是根據(jù)國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)新形勢(shì)、立德樹(shù)人新要求而提出的國(guó)家工程教育改革的方向[1]。在新工科背景下,強(qiáng)調(diào)對(duì)應(yīng)用型人才的培養(yǎng),引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立正確的人生觀、價(jià)值觀, 以及強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感和奉獻(xiàn)意識(shí)。

2020年3月,國(guó)務(wù)院下發(fā)《關(guān)于全面加強(qiáng)新時(shí)代大中小學(xué)勞動(dòng)教育的意見(jiàn)》, 指出了勞動(dòng)教育是中國(guó)特色社會(huì)主義教育制度的重要內(nèi)容,直接決定社會(huì)主義建設(shè)者和接班人的勞動(dòng)精神面貌、勞動(dòng)價(jià)值取向和勞動(dòng)技能水平[2]。工程訓(xùn)練是集知識(shí)、能力、素質(zhì)培養(yǎng)于一體的工程實(shí)踐課程, 正是大學(xué)生一次全面的實(shí)踐勞動(dòng),培養(yǎng)其正確勞動(dòng)價(jià)值觀和良好勞動(dòng)品質(zhì)的勞動(dòng)教育[3]。

熱處理實(shí)訓(xùn)是工程訓(xùn)練課程中與材料及相關(guān)知識(shí)聯(lián)系最緊密的一個(gè)模塊,課程中一般不再安排材料相關(guān)的獨(dú)立模塊[4]。因此熱處理實(shí)訓(xùn)其實(shí)是工程訓(xùn)練課程中唯一能獲取材料及相關(guān)知識(shí)的教學(xué)模塊。

目前,熱處理實(shí)訓(xùn)教學(xué)方法較為陳舊,實(shí)踐內(nèi)容設(shè)計(jì)死板,學(xué)生的自主性不強(qiáng)、興趣不高,難以達(dá)到提高實(shí)踐能力的效果[5]。因此在新工科背景下嘗試從翻轉(zhuǎn)課堂、互動(dòng)課堂、課程思政、環(huán)保意識(shí)、探索性實(shí)踐操作等方面對(duì)熱處理實(shí)訓(xùn)進(jìn)行分析探討,提升實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。

1 現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

熱處理實(shí)訓(xùn)是實(shí)踐教學(xué)中非常重要的模塊, 主要針對(duì)大一、大二工科學(xué)生,為后續(xù)的機(jī)械制造、材料科學(xué)等專(zhuān)業(yè)課程而開(kāi)展的通識(shí)實(shí)踐教育。然而在工程訓(xùn)練教學(xué)過(guò)程中往往有 “重機(jī)械加工、輕金屬熱處理” 的現(xiàn)象,造成機(jī)械零件加工 “工藝鏈條” 中非常關(guān)鍵的一環(huán)缺失[6]。以下是我校工訓(xùn)中心在熱處理實(shí)訓(xùn)教學(xué)的現(xiàn)狀與存在的一些問(wèn)題:

1.1 課時(shí)少,設(shè)備有限

工程訓(xùn)練課時(shí)相對(duì)有限,熱處理實(shí)訓(xùn)模塊的課時(shí)更少(僅2 學(xué)時(shí)),且目前只在我校機(jī)械專(zhuān)業(yè)開(kāi)展,其他專(zhuān)業(yè)仍未開(kāi)展。導(dǎo)致工程訓(xùn)練課程結(jié)束后, 很多學(xué)生覺(jué)得自己辛苦加工出來(lái)的榔頭直接可以用了, 更有甚者連鋼和鐵也分不清[4]。同時(shí)熱處理實(shí)訓(xùn)受到設(shè)備數(shù)量的限制,有些操作只能教師演示,熱處理實(shí)訓(xùn)的效果不好。

1.2 課程思政教育缺乏

熱處理實(shí)訓(xùn)課時(shí)少,更多的是理論知識(shí)講解和實(shí)訓(xùn)的操作,忽視了思想政治教育在課程中的滲透和融合,沒(méi)有充分運(yùn)用課程思政在卓越工程意識(shí)和能力培養(yǎng)過(guò)程中的引領(lǐng)輻射作用[3]。

1.3 環(huán)保意識(shí)培養(yǎng)不足

傳統(tǒng)熱處理工藝,如合金鋼淬火油淬時(shí),高溫零件會(huì)造成油溫升高甚至燃燒, 產(chǎn)生很大的油煙[7]。這些油煙不僅污染了空氣,而且對(duì)人體有極大的危害。但在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中只注重了工藝的講解, 而忽視了熱處理過(guò)程中環(huán)境保護(hù)的教育,且在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢料, 缺乏及時(shí)的分類(lèi)處理等。這些都是由于教學(xué)的內(nèi)容中缺乏環(huán)保意識(shí)教育的體現(xiàn)。

1.4 教學(xué)內(nèi)容陳舊

熱處理實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容仍然沿用了原有金工實(shí)習(xí)的內(nèi)容,多為驗(yàn)證性的實(shí)訓(xùn)操作,內(nèi)容缺乏創(chuàng)新,與新技術(shù)結(jié)合性不足[8]。學(xué)生的自主性思考不強(qiáng), 學(xué)習(xí)興趣不高,導(dǎo)致實(shí)際的教學(xué)效果不理想。

2 新工科背景下教學(xué)改革

新工科作為新型工程教育是培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型的卓越工程人才,是探索繼承與創(chuàng)新人才,是交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享人才的培養(yǎng)方式[9]。熱處理實(shí)訓(xùn)作為工程訓(xùn)練課程體系的有機(jī)組成,不應(yīng)被摒棄,而應(yīng)積極探索熱處理實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革,提升熱處理實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果[4]。如何在僅有的2 學(xué)時(shí)內(nèi)更好地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高教學(xué)質(zhì)量,值得思考。

為此,在新工科背景下熱處理實(shí)訓(xùn)教學(xué)應(yīng)從翻轉(zhuǎn)課堂、互動(dòng)課堂、課程思政、環(huán)保意識(shí)、探索性實(shí)踐操作等方面進(jìn)行分析探討,推動(dòng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的教學(xué)方式改革。

2.1 翻轉(zhuǎn)課堂、互動(dòng)課堂

翻轉(zhuǎn)課堂(Flipping Classroom)是以 “以學(xué)生為中心” 的理念出發(fā), 以素質(zhì)的全面發(fā)展為人才培養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)模式[10]。

熱處理實(shí)訓(xùn)要求學(xué)生通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐,掌握產(chǎn)品熱處理加工工藝制定、產(chǎn)品質(zhì)量控制、環(huán)保控制等方法。因此在有限的課堂時(shí)間內(nèi),必須將傳統(tǒng)的 “以教師為中心” 的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)?“以學(xué)生為中心” 。要求學(xué)生課前完成學(xué)習(xí)通線上教學(xué)錄像的學(xué)習(xí),調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性;課中運(yùn)用翻轉(zhuǎn)課堂、互動(dòng)課堂,引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考,團(tuán)隊(duì)協(xié)作,提升實(shí)訓(xùn)的效果。

熱處理實(shí)訓(xùn)的特點(diǎn)是操作過(guò)程的加熱、保溫時(shí)間較長(zhǎng),可以充分利用這段時(shí)間進(jìn)行部分內(nèi)容翻轉(zhuǎn)和課時(shí)內(nèi)翻轉(zhuǎn)教學(xué)的模式[6]。課前, 讓學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)通在線課程進(jìn)行預(yù)習(xí),了解熱處理相關(guān)知識(shí)點(diǎn);教師應(yīng)先做好實(shí)訓(xùn)準(zhǔn)備工作,將樣件放入爐中并開(kāi)啟熱處理爐,以備后續(xù)的實(shí)訓(xùn)操作。課中,在零件加熱時(shí),針對(duì)熱處理的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行重點(diǎn)講解。運(yùn)用 “磨刀加水” “趁熱打鐵” 等學(xué)生熟悉的詞進(jìn)行有效提問(wèn),提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,讓學(xué)生通過(guò)實(shí)例學(xué)習(xí)知其然又知其所以然, 提升實(shí)訓(xùn)的效果。實(shí)訓(xùn)操作的結(jié)果可以采用 “以學(xué)生為中心” 的討論方式,以 “鋸條熱處理實(shí)驗(yàn)” 為例(見(jiàn)表1),將鉗工的廢鋸條再利用。學(xué)生分組完成實(shí)驗(yàn)并對(duì)熱處理后的鋸條進(jìn)行測(cè)試,討論不同處理工藝得到不同結(jié)果的原因。既能使學(xué)生自主完成實(shí)踐操作,又能通過(guò)相互討論學(xué)習(xí),完成對(duì)知識(shí)的消化, 更好地理解 “四把火” 的不同作用, 使學(xué)生通過(guò)實(shí)踐獲得更真實(shí)的知識(shí)。課后, 學(xué)生自主復(fù)習(xí)整理, 完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告, 及時(shí)向教師進(jìn)行課堂反饋,鞏固課堂知識(shí)。

表1 鋸條熱處理實(shí)驗(yàn)Tab.1 Heat treatment experiment of saw blade

2.2 實(shí)施課程思政

課程思政是一種課程觀, 是一種創(chuàng)新的教育理念[7]。因此,圍繞課程思政的育人核心,將《關(guān)于全面加強(qiáng)新時(shí)代大中小學(xué)勞動(dòng)教育的意見(jiàn)》落實(shí)到熱處理實(shí)訓(xùn)教學(xué)中,把知識(shí)傳授與價(jià)值引領(lǐng)有機(jī)的結(jié)合,培育和弘揚(yáng)社會(huì)主義職業(yè)道德觀念,優(yōu)化學(xué)生的創(chuàng)新知識(shí)結(jié)構(gòu),更好地塑造學(xué)生的創(chuàng)新人格。

熱處理實(shí)訓(xùn)具有不同于其他課程的特點(diǎn), 因此在教學(xué)方法上結(jié)合課程思政可以做改進(jìn)與創(chuàng)新。比如在講解 “四把火” 的時(shí)候引入中國(guó)劍與日本武士刀熱處理工藝的不同,進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生民族的自豪感和使命感, 培育家國(guó)情懷。比如熱處理知識(shí)相對(duì)較為抽象, 可以采用直觀教學(xué)手段, 利用實(shí)物、模型、掛圖、課件、視頻資料等方法,把抽象的知識(shí)具體化、實(shí)物化, 便于理解[4]。讓學(xué)生了解利用熱處理可以改善材料的性能,由衷敬佩人民的智慧,培養(yǎng)工程素養(yǎng)。比如動(dòng)手實(shí)踐環(huán)節(jié), 要求學(xué)生對(duì)自己鉗工制作的榔頭進(jìn)行熱處理,并引入習(xí)總書(shū)記在青年勞模座談會(huì)的講話: “讓勤奮學(xué)習(xí)成為青春遠(yuǎn)航的動(dòng)力,讓增長(zhǎng)本領(lǐng)成為青春搏擊的能量” 。使學(xué)生領(lǐng)悟 “打鐵還需自身硬” 的道理,增強(qiáng)自身所肩負(fù)的社會(huì)使命和責(zé)任感。又比如鋼材火花鑒別操作不僅能讓學(xué)生了解不同材料的不同性能,掌握材料選取的方法。正如人生需要掌握科學(xué)的方法和策略,才能進(jìn)行合理的選擇。通過(guò)對(duì)教學(xué)方法的改進(jìn)與創(chuàng)新, 把培養(yǎng)學(xué)生的卓越工程意識(shí)和能力滲透到教學(xué)內(nèi)容與進(jìn)度中(見(jiàn)表2),提升教學(xué)的效果。

2.3 融入環(huán)保意識(shí)

新工科背景下將環(huán)保教育融入熱處理實(shí)訓(xùn)教學(xué)中, 使學(xué)生意識(shí)到熱處理的未來(lái)發(fā)展需要新技術(shù)。作為肩負(fù)的責(zé)任及使命的新時(shí)代大學(xué)生,要不斷努力創(chuàng)新, 以科技推動(dòng)綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)。目前受實(shí)驗(yàn)室環(huán)保設(shè)施限制,實(shí)踐操作選取無(wú)污染、危險(xiǎn)系數(shù)低的操作內(nèi)容。

在熱處理實(shí)訓(xùn)過(guò)程中講授新技術(shù)改善環(huán)境問(wèn)題的案例,提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和可持續(xù)發(fā)展意識(shí)。如用氫氣做還原氣氛的退火爐,防止金屬在高溫發(fā)生氧化,提高熱處理質(zhì)量的同時(shí)省去了后續(xù)去氧化工序,更節(jié)能環(huán)保;如用高壓氣淬取代傳統(tǒng)油淬,避免油煙產(chǎn)生;如實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的廢料集中收集回收等。

在課程的考核中, 學(xué)生的平時(shí)表現(xiàn)與學(xué)生的環(huán)保意識(shí)掛鉤,實(shí)踐操作的過(guò)程中及時(shí)指正學(xué)生不規(guī)范的行為,在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)[11]。

表2 教學(xué)內(nèi)容與進(jìn)度安排Tab.2 Teaching content and schedule

2.4 探索性實(shí)踐操作

探索性實(shí)踐實(shí)質(zhì)是一種開(kāi)放的教學(xué)和操作方法,有助于學(xué)生確立科學(xué)研究的基本過(guò)程和方法,為培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才創(chuàng)造良好的環(huán)境[12]。目前熱處理實(shí)訓(xùn)教學(xué)過(guò)程中普遍采用的是驗(yàn)證性實(shí)踐操作,學(xué)生在了解熱處理的工藝及作用后進(jìn)行鋼的硬度測(cè)試,實(shí)驗(yàn)獲得的結(jié)果學(xué)生都有預(yù)知性,導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)缺乏興趣,難以激發(fā)和發(fā)展科學(xué)探究的能力。因此,將原來(lái)鋼的硬度測(cè)試實(shí)踐操作嘗試轉(zhuǎn)變成探索性實(shí)踐操作,判定實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容見(jiàn)表3。課前教師準(zhǔn)備好樣品, 可以減輕課時(shí)有限的壓力。通過(guò)所學(xué)的知識(shí),學(xué)生可以調(diào)動(dòng)自己的思維,根據(jù)判定依據(jù)選取不同熱處理工藝, 得出有效的解決辦法。一個(gè)探索性實(shí)踐操作相當(dāng)于一個(gè)課程設(shè)計(jì),要求學(xué)生在有限的課時(shí)內(nèi)解決問(wèn)題,分析實(shí)踐的結(jié)論,逐步積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn), 加深知識(shí)的理解。通過(guò)探索性實(shí)踐操作使學(xué)生掌握材料性能檢測(cè)的方法,為后續(xù)的專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

表3 45# 鋼熱處理工藝判定實(shí)驗(yàn)Tab.3 Experimental study on heat treatment process of 45#steel

3 結(jié)語(yǔ)

在新工科背景下熱處理實(shí)訓(xùn)教學(xué)從翻轉(zhuǎn)課堂、互動(dòng)課堂、課程思政、環(huán)保意識(shí)、探索性實(shí)踐操作等方面進(jìn)行改革,有助于學(xué)生形成正確的人生觀和勞動(dòng)價(jià)值觀,有助于創(chuàng)新能力的培養(yǎng),以及提高實(shí)踐教學(xué)的效果。

但目前危險(xiǎn)程度較高、有污染的熱處理實(shí)踐仍?xún)H限于教學(xué)錄像的認(rèn)識(shí),后續(xù)通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以進(jìn)一步提升實(shí)訓(xùn)的效果。隨著熱處理實(shí)訓(xùn)教學(xué)方法的不斷提升,教育資源配置的不斷優(yōu)化,定能更加有效地提高教學(xué)效率和質(zhì)量,推動(dòng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)教學(xué)方式的改革。