馬冰洋，齊小犇，尚海龍

（上海電機(jī)學(xué)院 材料學(xué)院，上海）

一 引言

2012年以來，慕課（MOOC）的出現(xiàn)使得線上教學(xué)模式風(fēng)靡全球，而后線上教學(xué)模式在我國高等教育中迅速發(fā)展[1]，特別是教育部在2015年下發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校在線開放課程建設(shè)應(yīng)用與管理的意見》，鼓勵(lì)和規(guī)范各大高校對線上教育進(jìn)行探索和研究，加快構(gòu)建具有中國特色的在線課程平臺和體系后[2]，我國的線上教育模式在數(shù)量和規(guī)模上更是取得了長足的發(fā)展[3]，而2020年初的一場新冠疫情的肆虐更是加快了這一進(jìn)程，越來越多的高校教師展開了線上教學(xué)模式的研究與探索[4-6]，為了響應(yīng)教育部“停課不停教、不停學(xué)”的號召，作者也對工程材料與金屬熱處理這門課進(jìn)行了線上教學(xué)模式的探索，過程中發(fā)現(xiàn)雖然線上教學(xué)模式具有諸如資源豐富、效率高等傳統(tǒng)線下模式所不具備的諸多優(yōu)勢，但也并非完美無缺，線上教學(xué)模式對學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性要求較高，否則一旦脫離了老師的監(jiān)管，學(xué)生的學(xué)習(xí)效率將大大降低。因此，探索將線上教學(xué)模式和傳統(tǒng)線下教學(xué)模式有機(jī)結(jié)合起來，充分發(fā)揮他們的優(yōu)勢，是高校教育的重要研究方向[7-9]。

本文以《工程材料與金屬熱處理》課程為抓手，結(jié)合課程自身的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了線上教學(xué)模式和線下教學(xué)模式的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，探索了線上線下融合教學(xué)模式。

二 《工程材料與金屬熱處理》課程簡介

隨著社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步，對工程材料各種性能的要求越來越高，尤其是在包括航空航天、軌道交通、微電子和微機(jī)械以及能源化工等國民支柱產(chǎn)業(yè)中，工程材料的應(yīng)用范圍越來越廣泛，這就對相關(guān)專業(yè)的人才培養(yǎng)提出了更高的要求。《工程材料與金屬熱處理》這門課是機(jī)械類專業(yè)的一門專業(yè)必修課，課程以成分-工藝-組織-性能-應(yīng)用之間的關(guān)系和變化規(guī)律為主要教學(xué)內(nèi)容，授課內(nèi)容共分為五大模塊，分別是工程材料力學(xué)性能模塊、工程材料的基礎(chǔ)知識模塊、金屬的塑性變形與再結(jié)晶模塊、熱處理模塊、工程材料模塊，課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生掌握各種材料的性能特點(diǎn)以及提高材料性能的方式方法，在對各工程材料認(rèn)知的基礎(chǔ)上培養(yǎng)針對不同使用環(huán)境合理選材的能力，為后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)以及將來從事相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

三 線上教學(xué)

《工程材料與金屬熱處理》這門課的目的是要向?qū)W生闡明各種材料“成分-工藝-組織-性能-應(yīng)用”之間的相互關(guān)系，并最終使學(xué)生掌握工業(yè)生產(chǎn)中不同工況環(huán)境下的材料選擇和使用條件，因此課程中存在大量與材料組織結(jié)構(gòu)、制備工藝、使用性能等相關(guān)的概念和原理，這些概念和原理有的復(fù)雜而抽象，教學(xué)過程中向?qū)W生講解起來十分的困難，而且學(xué)生理解起來也不夠直觀。而在線上的網(wǎng)絡(luò)平臺中有著非常豐富的教學(xué)資源，這些教學(xué)資源包括圖片、視頻、動畫模擬、實(shí)物展示等，甚至包括材料應(yīng)用工況環(huán)境里一線技術(shù)人員的在線解答，利用網(wǎng)絡(luò)平臺的共用共享和時(shí)效便利特性，可以將這些線上教學(xué)資源合理的引入到本課程的線上教學(xué)中，這樣不僅可以使抽象死板的概念和原理變得簡單生動，有助于學(xué)生對知識點(diǎn)的理解和掌握，而且還能夠豐富課程的教學(xué)內(nèi)容，提高課程教學(xué)過程中的趣味性，充分調(diào)動學(xué)生們自主學(xué)習(xí)的積極性，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。

由此可見，合理利用線上教學(xué)能夠有效提高課程的教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，但在本課程前期的線上教學(xué)實(shí)踐中，還是發(fā)現(xiàn)了線上教學(xué)中存在的一些問題，首先，由于線上教學(xué)的課堂可控性相對于傳統(tǒng)的線下教學(xué)模式較差，一些學(xué)生僅僅是使用賬號登錄進(jìn)入了課堂，而人可能并沒有真正進(jìn)入課堂，存在著為了完成任務(wù)刷視頻的“刷而不學(xué)”現(xiàn)象；其次，線上教學(xué)過程中，師生互動性不如線下教學(xué)靈活豐富，使得學(xué)生在上線上課程時(shí)跟學(xué)有余而思考不足，存在著“學(xué)而不思”的現(xiàn)象；另外，受限于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力不足，線上教學(xué)后學(xué)生對于課程知識點(diǎn)的思考不足，不能準(zhǔn)確把握知識點(diǎn)背后更深一層的原理和內(nèi)涵，存在著“思而不透”的現(xiàn)象。如何解決這些學(xué)生在線上學(xué)習(xí)過程中普遍存在的“刷而不學(xué)”“學(xué)而不思”“思而不透”等問題，充分發(fā)揮線上教學(xué)豐富的教學(xué)資源等優(yōu)勢，是提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果、確保本課程線上教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵之一，本文將從線上教學(xué)內(nèi)容選擇、線上教學(xué)課程建設(shè)、線上教學(xué)方法設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)闡述。

（一） 《工程材料與金屬熱處理》線上教學(xué)內(nèi)容選擇

《工程材料與金屬熱處理》的教學(xué)內(nèi)容十分豐富，鑒于本課程是針對機(jī)械類專業(yè)學(xué)生開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃中起著承上啟下的作用，對材料原理性的專業(yè)知識要求不高，反而更側(cè)重于對工程材料各種使用性能、加工處理工藝方法的了解和掌握，以及針對不用應(yīng)用環(huán)境和條件下對各類工程材料選擇和使用，因此教學(xué)過程中對教材的選用和教學(xué)內(nèi)容的取舍尤其的重要。本課程選用的教材是由趙程和楊建民主編的《機(jī)械工程材料（第3版）》，該教材由機(jī)械工業(yè)出版社出版，是新世紀(jì)高校機(jī)械工程規(guī)劃教材之一，教材的編寫由淺入深、深入淺出、循序漸進(jìn)、便于教學(xué)的思路，另外，教材著重注意學(xué)生分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)，有利于學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解和吸收。教材總共分為八個(gè)章節(jié)，內(nèi)容主要包括工程材料的力學(xué)性能、金屬材料的基礎(chǔ)知識、金屬的塑性變形與再結(jié)晶、鋼的熱處理、金屬材料、非金屬材料、機(jī)械零件的失效與選材、新材料和新工藝等內(nèi)容，適合采用線上方式開展教學(xué)的內(nèi)容有材料的力學(xué)性能、金屬材料、非金屬材料、機(jī)械零件的失效與選材、新材料與新工藝等內(nèi)容，其中材料的力學(xué)性能內(nèi)容中的知識點(diǎn)相對簡單易懂，通過線上教學(xué)對內(nèi)容的講述，比較容易就能向?qū)W生解釋其中的概念和原理，而且利用線上豐富的教學(xué)資源，還可以通過視頻直觀地向?qū)W生展示測試這些力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及采用這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備測量時(shí)的實(shí)驗(yàn)方法和應(yīng)注意的問題，另外，還可以通過線上方式向同學(xué)們展示這些力學(xué)性能在實(shí)際工程應(yīng)用中的重要性，并通過典型的材料失效案例向?qū)W生說明選材不當(dāng)對所帶來的嚴(yán)重后果，加深學(xué)生對材料力學(xué)性能的理解和認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的工匠精神。金屬材料的內(nèi)容是向?qū)W生們闡述工業(yè)用鋼、鑄鐵、有色金屬及合金等金屬材料的種類、牌號、性能特點(diǎn)、組織特征、在實(shí)際工程應(yīng)用中的選用標(biāo)準(zhǔn)以及應(yīng)當(dāng)注意的問題，這些內(nèi)容中金屬材料的種類繁多，牌號龐雜，知識點(diǎn)細(xì)碎但較為簡單，適合線上模式教學(xué)。新材料和新工藝章節(jié)的內(nèi)容主要是向?qū)W生展示現(xiàn)如今較為前沿和熱點(diǎn)的一些材料和工藝，利用線上教學(xué)資源的豐富性和時(shí)效性，可以清晰地向?qū)W生介紹這些科技前沿材料的功能、原理以及實(shí)際的工程應(yīng)用，充分展示材料的魅力，在完成教學(xué)任務(wù)的同時(shí)還能使學(xué)生認(rèn)識到材料在人類社會發(fā)展和文明進(jìn)步過程中起到的關(guān)鍵作用，從而激發(fā)學(xué)生對材料學(xué)習(xí)的興趣。

（二） 《工程材料與金屬熱處理》線上教學(xué)方法設(shè)計(jì)

《工程材料與金屬熱處理》課程中有些教學(xué)內(nèi)容抽象而復(fù)雜，尤其是涉及到相對復(fù)雜的材料表征方法以及一些大型材料制備設(shè)備的運(yùn)行等相關(guān)內(nèi)容時(shí)，線下教學(xué)模式中“講授+板書”的傳統(tǒng)教學(xué)方法難以清晰地向?qū)W生展示其中的過程機(jī)理，即使講述得清楚明白，學(xué)生也難以理解掌握其中的知識，沒有親自見識來的直觀明白。而線上教學(xué)卻可以瞬間全面地得到相關(guān)制備工藝以及制備設(shè)備的全套流程，能夠直觀地向?qū)W生展示其中的奧秘，使學(xué)生瞬間對所學(xué)知識有較深刻的認(rèn)識和理解。例如，材料力學(xué)性能章節(jié)中材料的強(qiáng)度和塑性通常采用拉伸試驗(yàn)測量獲得，將待測試樣加持在拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，得到應(yīng)力應(yīng)變曲線，通過對應(yīng)力應(yīng)變曲線的分析，獲得材料的強(qiáng)度與性能指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)過程中標(biāo)準(zhǔn)試樣的形狀及尺寸、拉伸試驗(yàn)的流程、拉伸試驗(yàn)設(shè)備及運(yùn)行機(jī)理雖然也可以通過線下模式向?qū)W生們講述，但花費(fèi)的時(shí)間和精力卻非常之多，而且講述還不夠直觀清楚，而在線上教學(xué)過程中，通過線上資源展示以及分屏技術(shù)和講述相結(jié)合，可以快速、直觀、明白地將相關(guān)內(nèi)容向?qū)W生闡述清楚，十分方便快捷。另外，工程材料與金屬熱處理線上教學(xué)內(nèi)容雖然大都易于理解，但教學(xué)內(nèi)容的形式卻是多種多樣，涵蓋材料相關(guān)的基本概念、制備工藝、表征方法、制備以及熱處理設(shè)備等多方面的知識，對于不同類型的知識體系，在線上教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)有針對性地采用不同的教學(xué)方法。例如，對于基本概念形的線上內(nèi)容可以利用線上海量優(yōu)質(zhì)的教學(xué)內(nèi)容，以講述的方式生動形象地向?qū)W生展示，而對于材料性能測試設(shè)備與方法，則可以采用直接視頻演示的方式向?qū)W生們呈現(xiàn)，甚至可以利用線上的資源，為學(xué)生設(shè)置模擬實(shí)驗(yàn)程序，讓學(xué)生在線上就能夠自己動手模擬操作實(shí)驗(yàn)，從而加深學(xué)生對知識掌握的牢固程度。這些線上的教學(xué)方法不但能夠大大提高教學(xué)效率和質(zhì)量，而且還可以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，具有傳統(tǒng)線下教育所不能比擬的優(yōu)勢。當(dāng)然，線上教學(xué)并非完美無缺，對于工程材料與金屬熱處理這門課的教學(xué)內(nèi)容不能做到面面俱到，課程中包含的很多原理性的知識點(diǎn)采用線上教學(xué)模式就顯得有點(diǎn)力不從心了，另外，本課程中還涉及許多理論公式和計(jì)算過程，這些內(nèi)容通常復(fù)雜難懂，采用線上教學(xué)模式學(xué)生難以集中精力學(xué)習(xí)和理解記憶，而更適合采用“課件+板書+講述”的線下教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)。

四 線下教學(xué)

雖然線下教學(xué)模式不如線上教學(xué)模式資源豐富、形式多樣以及高效快捷，但傳統(tǒng)的線下教學(xué)模式具有其不可替代的特征和優(yōu)勢，首先，線下教學(xué)模式傳統(tǒng)的“課件+板書+講述”教學(xué)方法的講解可以十分的詳盡，在對某一知識點(diǎn)進(jìn)行講述的同時(shí)可以同時(shí)串聯(lián)以前課程講過的知識以及引出后續(xù)課程可能要學(xué)到的知識，起到復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)的作用，這樣學(xué)生所學(xué)到的知識點(diǎn)將不再是一個(gè)個(gè)孤立的點(diǎn)，而是由各個(gè)知識點(diǎn)相互聯(lián)系所形成的一個(gè)知識網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而形成一套完成的知識體系，有助于學(xué)生對課程整體的認(rèn)識和把握。其次，線下教學(xué)模式的靈活性和時(shí)效性非常強(qiáng)，對于一些復(fù)雜的知識體系，學(xué)生往往難以一下子理解和接受，在線下教學(xué)過程中，教師可以實(shí)時(shí)觀察到學(xué)生們對知識的理解情況和接受程度，從而靈活地放慢或加快教學(xué)進(jìn)度，給學(xué)生充足的時(shí)間去鞏固和掌握所學(xué)知識。另外，線下教學(xué)模式中師生的互動性較強(qiáng)，通過合理的教學(xué)設(shè)計(jì)，教師在線下教學(xué)過程中可以跟學(xué)生產(chǎn)生良好的互動，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)習(xí)效率。

（一） 《工程材料與金屬熱處理》線下教學(xué)內(nèi)容選擇

結(jié)合線下教學(xué)模式的特點(diǎn)和優(yōu)勢可以發(fā)現(xiàn)，線下教學(xué)模式更適用于專業(yè)性比較強(qiáng)的原理性知識點(diǎn)的講解、復(fù)雜理論公式和計(jì)算方法的推導(dǎo)和演示以及與理論教學(xué)所對應(yīng)的課程實(shí)驗(yàn)的開設(shè)。鑒于此，對于工程材料與金屬熱處理這門課程八個(gè)章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容而言，金屬材料的基礎(chǔ)知識、金屬的塑性變形與再結(jié)晶、鋼的熱處理等章節(jié)的內(nèi)容專業(yè)性比較強(qiáng)，理論公式以及理論計(jì)算較多，采用線下教學(xué)模式能夠詳細(xì)地向?qū)W生展示公式的推導(dǎo)過程以及適用范圍和使用方法，因此更適合線下教學(xué)模式。另外，與此課程理論教學(xué)內(nèi)容相對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也更宜采用線下教學(xué)模式，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容包括金屬材料力學(xué)性能測試、鐵碳合金平衡組織的顯微分析和金屬冷塑性變形與再結(jié)晶退火后組織與性能分析三個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用線下教學(xué)模式能夠讓學(xué)生親自體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過程，自主分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，能夠加深學(xué)生對所學(xué)知識的掌握。

（二） 《工程材料與金屬熱處理》線下教學(xué)方法設(shè)計(jì)

《工程材料與金屬熱處理》這門課最終旨在培養(yǎng)學(xué)生的材料選用、加工處理能力，需要扎實(shí)掌握與材料相關(guān)的基礎(chǔ)知識，而且對應(yīng)用操作能力要求很高，因此這門課程既要教授學(xué)生掌握材料理論知識，而且要指導(dǎo)學(xué)生具有一定的動手操作能力，因此要設(shè)計(jì)合理的線下教學(xué)方法完成線下模式教學(xué)任務(wù)。對于專業(yè)性比較強(qiáng)的基礎(chǔ)知識點(diǎn)，除了采用傳統(tǒng)的 “課件+板書+講述”教學(xué)方法以外，還可采用隨講隨練、講練結(jié)合模式提高學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握和熟練程度。例如，對于“杠桿定律”理論公式的講解過程中，可以先采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法對“杠桿定律”的定義和推導(dǎo)過程進(jìn)行闡述，而后采用舉實(shí)例的方法介紹杠桿定律的適用條件以及應(yīng)用方法，最后可以采用隨堂練習(xí)的方式讓學(xué)生應(yīng)用杠桿定律計(jì)算不同成分鐵碳合金中相組成物和組織組成物的相對含量，這樣既加深學(xué)生對該知識點(diǎn)的掌握程度，也讓學(xué)生清楚了“杠桿定律”的使用方法和適用條件。而對于實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分則可采用“教師講解+實(shí)際演示+學(xué)生動手操作”的模式，使學(xué)生能夠深入了解工程材料的制備和表征過程以及掌握設(shè)備操作流程。例如，對于材料硬度測試實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中，首先老師講解布氏硬度、洛氏硬度以及顯微硬度三種硬度的測量設(shè)備、測量原理以及測量步驟，而后實(shí)際演示三種硬度計(jì)的操作過程，最后由學(xué)生在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行動手實(shí)際操作，這樣的教學(xué)模式能夠加深學(xué)生對專業(yè)知識的理解和記憶，也能夠培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，進(jìn)而提高學(xué)生在以后的生產(chǎn)實(shí)踐過程中分析問題和解決問題的能力，最終提高學(xué)生的核心競爭力，達(dá)到學(xué)生培養(yǎng)的目的。這種優(yōu)勢是線上教學(xué)模式所不具備的。

五 結(jié)語

線上教學(xué)模式是現(xiàn)代教育發(fā)展的產(chǎn)物，它與傳統(tǒng)的線下教學(xué)模式各有所長，采用線上線下融合的教學(xué)模式是未來教育學(xué)發(fā)展的重要方向，針對工程材料與金屬熱處理的課程特點(diǎn)，以線上教育模式為主，線下教育模式為輔助的教學(xué)模式更為適合，這種模式既能充分發(fā)揮線上教學(xué)資源豐富、教學(xué)效率高的優(yōu)勢，又綜合了線下教學(xué)靈活性和互動性高的優(yōu)勢，通過這種教學(xué)模式能夠增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率，更有利于學(xué)生掌握課程專業(yè)知識，鍛煉綜合能力，達(dá)到課程的培養(yǎng)目標(biāo)。