江西理工大學(xué)材料冶金化學(xué)學(xué)部 鄧同生 陳繼強(qiáng) 張嘉藝

工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生能夠采用科學(xué)有效的方法對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行分析和研究，通過(guò)構(gòu)建特定實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，安全高效地開(kāi)展相應(yīng)實(shí)驗(yàn)、合理采集有效數(shù)據(jù)、能對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析和解釋，綜合研究后得到合理有效結(jié)論。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是融合多種先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)的新型實(shí)驗(yàn)方法，利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)手段能夠完成很多復(fù)雜、高危、現(xiàn)實(shí)中不易完成的實(shí)驗(yàn)，從而大大提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。虛擬仿真項(xiàng)目利用虛擬手段，將知識(shí)形象化，建設(shè)安全可靠、綠色節(jié)約、可視化的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，從而使學(xué)生對(duì)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的本質(zhì)機(jī)理和原理有更深入的了解；同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)互動(dòng)教學(xué)，很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)樂(lè)趣，具有很好的實(shí)踐教學(xué)效果。

金屬材料的制備與加工包括熔煉、軋制/鍛造/沖壓以及蠕變/疲勞等多種工藝過(guò)程，要開(kāi)展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在不同程度高危、高成本等問(wèn)題，因此亟須在工程教育認(rèn)證思維的引領(lǐng)下開(kāi)展一流本科人才培養(yǎng)改革，改進(jìn)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與模式，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，以提升教師教育教學(xué)水平和學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與創(chuàng)新能力。

一、教學(xué)改革內(nèi)容

（一）教學(xué)體系方面

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一般和理論課程同步開(kāi)設(shè)，由于培養(yǎng)方案或教學(xué)體系的不同要求，實(shí)驗(yàn)課的學(xué)時(shí)受到較大壓縮。而且由于同時(shí)參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生人數(shù)眾多，通常需要將若干學(xué)生分為一組，這就可能導(dǎo)致少部分學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有機(jī)會(huì)實(shí)際操作，可能需要專業(yè)教師在學(xué)時(shí)外提供一些鍛煉機(jī)會(huì)，這不利于統(tǒng)一管理，致使課堂很難實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量教學(xué)。另外，對(duì)于實(shí)際的操作過(guò)程，大部分學(xué)生按教師布置的方案開(kāi)展，缺乏主觀能動(dòng)性和獨(dú)立思考，甚至不太理解開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的目的，對(duì)結(jié)果無(wú)法進(jìn)行有效分析。實(shí)驗(yàn)后的報(bào)告撰寫(xiě)不夠規(guī)范，數(shù)據(jù)缺失或無(wú)效。因此，需要綜合分析各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)涵，全面梳理課程內(nèi)外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，構(gòu)建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)體系，大力運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)資源，充分體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放性、創(chuàng)新性。金屬材料的凝固—成形—服役多階段工藝過(guò)程以工藝仿真類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為基礎(chǔ)，結(jié)合模具/設(shè)備類及車(chē)間運(yùn)行類仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行教學(xué)體系的規(guī)整。

（二）學(xué)生創(chuàng)新能力提升方面

教師在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)過(guò)程中，要進(jìn)一步突出學(xué)生的主體地位，從而確保教、學(xué)、做的有機(jī)結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生綜合學(xué)習(xí)能力的提升，培養(yǎng)學(xué)生探索真理、解決問(wèn)題、克服困難的主觀能動(dòng)性以及相應(yīng)的創(chuàng)新思維；提升學(xué)生的設(shè)計(jì)及實(shí)際操作能力，促進(jìn)全面協(xié)調(diào)發(fā)展。具體而言，應(yīng)在實(shí)驗(yàn)課前、課中、課后各階段（環(huán)節(jié)）各有側(cè)重點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)前的學(xué)習(xí)活動(dòng)和學(xué)習(xí)任務(wù)安排，要突出以學(xué)為中心，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)體系進(jìn)行重構(gòu)。在教學(xué)過(guò)程的安排方面，保障學(xué)生具有充分的自主學(xué)習(xí)時(shí)間，自主學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，基于移動(dòng)端、PC端學(xué)習(xí)教師指定、在線推送學(xué)習(xí)資源，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展課前的測(cè)試，學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)提出問(wèn)題，通過(guò)社交化群組進(jìn)行互動(dòng)和交流、學(xué)習(xí)和討論等。實(shí)驗(yàn)中主講教師相對(duì)地縮短集中理論講授講解時(shí)間、課時(shí)，堅(jiān)持以學(xué)生為中心，想方設(shè)法組織并引導(dǎo)學(xué)生利用各種學(xué)習(xí)平臺(tái)、移動(dòng)終端或智慧教學(xué)工具，有機(jī)協(xié)調(diào)地采取生生互評(píng)、案例點(diǎn)評(píng)、邊講邊練、以練代講、項(xiàng)目探究、研討辯論等多種方式，開(kāi)展深度融合的教學(xué)活動(dòng)，提高所有學(xué)生的參與度，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的教學(xué)改革，特別要注重學(xué)生的交流、探究、協(xié)作、創(chuàng)新等綜合能力的提高。實(shí)驗(yàn)課后教師依然可通過(guò)平臺(tái)向?qū)W生布置課后的學(xué)習(xí)或相關(guān)任務(wù)，推送微課、測(cè)試題等，不僅可以進(jìn)一步跟蹤和測(cè)試學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，鞏固學(xué)習(xí)效果，還可以在相關(guān)的社交化群組提升學(xué)生的凝聚力，集中智慧討論問(wèn)題。

（三）教師教育教學(xué)能力提升方面

專業(yè)課程的實(shí)踐教學(xué)是大學(xué)教育過(guò)程中落實(shí)創(chuàng)新人才教育的重要一環(huán)，實(shí)驗(yàn)課程重在以問(wèn)題研究為導(dǎo)向、深度參與體驗(yàn)和反思批判為主要特征，具有教學(xué)目標(biāo)多元、教學(xué)空間地點(diǎn)差異、教學(xué)過(guò)程形態(tài)多種多樣的特點(diǎn)。對(duì)教學(xué)質(zhì)量而言，教師在實(shí)踐教學(xué)方面的能力和水平是該環(huán)節(jié)教學(xué)效果的關(guān)鍵因素和根本保障，因此，需要促進(jìn)教師職業(yè)技能的提升，使專業(yè)課程教師或?qū)嶒?yàn)課程教師具備較高的計(jì)算機(jī)虛擬仿真軟件應(yīng)用能力，從而滿足虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)的需求，為教育教學(xué)水平的提升提供保障。具體包含知識(shí)要求（基礎(chǔ)性要素）、能力要求（核心要素）和素質(zhì)要求（綜合性要素）三個(gè)方面。其中知識(shí)性要求包括工具性知識(shí)（如ABAUQS、FLUENT等多種有限元仿真軟件的掌握和使用）、專業(yè)知識(shí)（包括工藝相關(guān)的理論基礎(chǔ)知識(shí)以及工藝實(shí)踐認(rèn)知水平）；能力方面的要求包括本專業(yè)的應(yīng)用能力以及跨專業(yè)的分析能力（含收集分析信息的能力、表達(dá)和溝通的能力、計(jì)劃與組織的能力、團(tuán)隊(duì)合作的能力、解決問(wèn)題的能力、應(yīng)用技術(shù)的能力等）；素質(zhì)方面的要求主要包括基本素質(zhì)（如身體健康素質(zhì)、心理健康素質(zhì)、道德品德素質(zhì)、人文常識(shí)素養(yǎng)等）和職業(yè)素質(zhì)（包括責(zé)任心、進(jìn)取心、工作態(tài)度、工作作風(fēng)、規(guī)范意識(shí)、團(tuán)隊(duì)精神、合作精神等）。

二、教學(xué)改革效果

教學(xué)改革能夠提高學(xué)生參與度，大幅提高實(shí)驗(yàn)資源的覆蓋面、受益面?？蓪?shí)現(xiàn)每一位同學(xué)的深度參與體驗(yàn)，避免傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由于客觀條件限制而無(wú)法實(shí)現(xiàn)全員動(dòng)手的局限，同時(shí)可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)放和共享，從而大幅提高實(shí)驗(yàn)資源的覆蓋面、受益面。

教學(xué)改革能夠有效提升學(xué)生的創(chuàng)新思維?？纱蠓忍嵘齽?chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的比例，提供可能的條件供學(xué)生開(kāi)展探索性的學(xué)習(xí)和思考。學(xué)生可通過(guò)多種平臺(tái)框架下的專業(yè)軟件系統(tǒng)，在對(duì)現(xiàn)實(shí)條件的高度還原仿真中，最大化發(fā)揮自己的個(gè)性化、自主化實(shí)踐學(xué)習(xí)，從而提升創(chuàng)新能力。

教學(xué)改革能夠建立有效的學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)機(jī)制，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果?？刹皇軙r(shí)空限制，任課教師可針對(duì)具體項(xiàng)目的培養(yǎng)需求，有針對(duì)性地優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)課前、課中、課后各個(gè)環(huán)節(jié)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的有效監(jiān)控和客觀評(píng)價(jià)模式，從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

教學(xué)改革能夠有效促進(jìn)教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的提升。在傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)向虛擬實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)變過(guò)程中，專業(yè)教師的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)能力可以得到大幅提高，從而為教學(xué)質(zhì)量的提高提供保障。同時(shí)虛擬仿真平臺(tái)還可以助力相關(guān)科研項(xiàng)目的開(kāi)展，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與科研相互促進(jìn)的良性循環(huán)。

以工程教育認(rèn)證思想與要求為基本指導(dǎo)準(zhǔn)則，堅(jiān)持以學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)的基本理念，針對(duì)材料科學(xué)與工程中的凝固—成形—服役中的多種工藝過(guò)程，結(jié)合模具設(shè)備及車(chē)間運(yùn)行類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以學(xué)生所能獲得的綜合設(shè)計(jì)、分析與創(chuàng)新能力為最終目的，根據(jù)工藝流程原則，設(shè)立綜合型、研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系，開(kāi)展高危性、高成本、極端條件下的材料制備、加工及服役過(guò)程中的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，建設(shè)安全可靠、綠色節(jié)約、可視化的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。從而提高實(shí)踐教學(xué)效率，培養(yǎng)學(xué)生研究、分析和探索材料世界中各種感興趣的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力和探索精神。最終提高金屬材料專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，拓寬學(xué)生知識(shí)面，便于其掌握理論知識(shí)要領(lǐng)，融會(huì)貫通靈活運(yùn)用，擴(kuò)大其就業(yè)適應(yīng)性。