馬冬威 趙紅利 張紅霞 羅成 沈培智 覃群

摘? 要? 針對當前材料科學與工程專業(yè)綜合實踐課程教學中存在的問題，以工程教育認證和省級重點專業(yè)建設的要求與理念為指導，系統(tǒng)開展專業(yè)綜合實踐課程教學改革。通過系統(tǒng)規(guī)劃，充分結合工程實際和學科競賽，開發(fā)具有開放性和設計性的專業(yè)綜合實驗項目，充分發(fā)揮學生的主動性，讓專業(yè)理論知識深度融入實踐教學中，提高學生的實踐動手能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識以及解決復雜工程問題的能力。

關鍵詞? 材料科學與工程；工程教育；OBE理念；綜合實踐；教學改革

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）24-0142-04

0? 引言

工程教育專業(yè)認證是高等教育的重要組成部分，是國際通行的工程教育質量保障制度，也是實現(xiàn)工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎[1-3]。對于高等院校，可以通過工程教育專業(yè)認證工作的開展，推動自身教育質量持續(xù)發(fā)展和進步[4-5]。成果導向教育（OBE，Outcomes-based Edu-cation）是工程教育認證的一個核心理念，在工程教育認證背景下，基于OBE理念的工程教育改革顯得尤為迫切和重要[6-7]。

湖北汽車工業(yè)學院秉承“工程教育回歸工程”的教學理念，堅持走“產(chǎn)學研創(chuàng)融合”的特色發(fā)展之路。培養(yǎng)和提升學生的工程能力是學校的重要責任和使命，專業(yè)綜合實踐是培養(yǎng)和提升學生工程能力的重要途徑[8]。通過專業(yè)綜合實踐訓練，學生將大學中學到的理論知識和技能充分融合與提升，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和解決復雜工程問題的能力，最終成為現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展所需要的復合型人才。

湖北汽車工業(yè)學院材料科學與工程專業(yè)綜合實踐是本專業(yè)學生必修的一門獨立設課課程，是學生學習本專業(yè)相關理論知識后進行專業(yè)技能訓練的重要方式。該課程重視理論與實踐相結合，以“重視應用、開拓思維、培養(yǎng)能力、提高素質”為指導思想，通過獨立實驗課程的學習和鍛煉，幫助學生深入理解相關金屬材料制備、強化、加工等相應專業(yè)知識，掌握具體的相關專業(yè)技能，培養(yǎng)學生實踐動手的能力、理論和實踐相聯(lián)系的能力以及對具體工程問題的分析和解決能力。

1? 傳統(tǒng)專業(yè)綜合實踐課程教學中存在的問題

1.1? 集約式以教師為主的傳統(tǒng)實驗模式

傳統(tǒng)專業(yè)綜合實踐課程同樣屬于獨立設課課程，有固定的上課時間，學生按照課表上的時間到實驗室上課。但是經(jīng)過實踐教學發(fā)現(xiàn)，學生在規(guī)定的時間內只能完成簡單的綜合實驗項目，對于新開發(fā)的綜合多因素和培養(yǎng)綜合能力較強的設計性項目則難以完成，所以集約式的課程時間表已經(jīng)不適應新的培養(yǎng)方案。在傳統(tǒng)的綜合實踐教學過程中，由于上課時長的限制，教師擔心學生在實驗過程中走彎路，在規(guī)定的時間內不能完成實驗，對實驗項目的講解過于細致，以至于有些需要學生按照自己的設計方案探索后才能獲得知識的環(huán)節(jié)被省略。

1.2? 實驗項目陳舊，缺乏開放性和設計性

傳統(tǒng)的專業(yè)綜合實驗項目基本是固定的幾個題目，學生不可以自主選擇研究對象，一般只要根據(jù)已有的實驗流程完成實驗，最后提交實驗報告即可。在這種教學方式下，學生最后所提交的報告大同小異，不能很好地體現(xiàn)創(chuàng)造性思維，因此，這類實驗項目不利于對學生材料分析和研究工作能力的培養(yǎng)。根據(jù)OBE理念，實驗項目需要具備開放性和設計性。比如，教師給每組學生一個具體的研究目的和要求，讓學生自己查閱資料、選題、設計實驗方案并實施，自己選擇檢測設備進行分析，然后完成報告。在整個過程中，教師在學生遇到問題時給予指導，這樣更有利于學生拓展知識范圍和提高解決實際工程問題能力。

1.3? 實驗項目所支撐的理論課程不夠豐富

專業(yè)綜合實踐開設于大四上學期，雖然是獨立設課課程，但是實驗項目需要的理論知識大都來自學生之前所學習的課程，因此，實驗項目的設計要有對應支撐的理論課程。但是一個實驗項目對應支撐的理論課程不能局限于一門課程，而是要在設計時體現(xiàn)出對多門課程的支撐，這樣才更有利于復合型人才的培養(yǎng)。

1.4? 與工程實際結合不夠緊密

傳統(tǒng)的專業(yè)綜合實踐課程教學大多局限于實驗室內部，實驗對象是統(tǒng)一的標準材料，學生在實驗室內完成實驗項目，項目內容與工程實際結合程度較弱，大多停留在對理論知識的驗證階段，對學生工程能力的培養(yǎng)遠遠不夠，這就迫切需要開發(fā)出適應當前工程教育理念的新教學項目。

1.5? 沒有線上教學內容

之前由于線上教學平臺較少，功能不夠齊全，線上教學方式受到限制，但是如今互聯(lián)網(wǎng)迅猛發(fā)展，線上教學平臺功能日益強大，可以滿足占用內存較多的視頻等教學資料的上傳。線上教學不僅僅是專業(yè)綜合實踐的一個輔助，更應成為教學內容的一部分。線上教學可以打破線下教學模式對于時間和空間的限制，學生通過線上教學資源的自主學習，對于教師講解部分可以進行一對一學習，對于實驗中可能用到的實驗設備和分析手段提前充分熟悉。

2? OBE理念導向的專業(yè)綜合實踐課程教學改革措施

2.1? 注重能力培養(yǎng)的教學內容設計

要開發(fā)具有開放性、設計性的能夠支撐多門理論課程知識的實驗項目。材料科學與工程專業(yè)綜合實踐開設于大四上學期，總學時為48 h，是學生做畢業(yè)設計之前重要的實踐環(huán)節(jié)，也是專業(yè)課程知識之間相互銜接和融合的平臺，實驗項目包括材料強韌化（10 h）、焊接工藝及組織研究（10 h）、材料表面處理（8 h）、失效零件的分析（10 h）和鋁合金熔煉與組織性能分析（10 h）。支撐的專業(yè)課程有材料熱處理原理及工藝、材料性能學、焊接冶金及金屬焊接性、材料表面工程、金屬腐蝕與防護、失效分析、汽車工程材料、材料合成與制備、金相技術、材料現(xiàn)代分析方法等。實驗項目與專業(yè)課程之間的支撐關系如圖1所示，可以看出新設計的實驗項目和專業(yè)課程之間存在多元支撐關系，即一個實驗項目可以支撐多門專業(yè)課程，主要目的是通過獨立實驗項目的學習和鍛煉，讓學生系統(tǒng)地掌握專業(yè)知識和工藝實踐方法并進行科學實驗和科學研究的基本訓練。著力培養(yǎng)和提高學生的實踐和創(chuàng)造能力，使學生成長為當今社會發(fā)展所需要的知識面寬、動手能力強、綜合素質高的人才。

2.2? 以學生為中心的教學過程

每個實驗項目開始前先要做一些必要的準備工作。以“鋁合金熔煉與組織性能分析”為例，教師先講解實驗項目背景、安全教育和注意事項，然后學生分組，發(fā)放實驗過程中需要的單晶硅、鋁錠、細化劑、變質劑、中間合金等原材料。每個小組設立一名組長，組長負責本組成員間、組與組之間以及和教師的溝通協(xié)調，并把握本組實驗進度。每組需要根據(jù)實驗指導書，查閱鋁合金熔煉、鋁合金強化和組織性能分析等方面的文獻資料，進行實驗方案設計，方案中需要體現(xiàn)對變量參數(shù)設置和實驗方法選擇的分析，要求每組之間的實驗參數(shù)不能重復。實驗方案制定后，需要以組為單位進行方案的可行性論證，學生講解本組實驗方案制定的依據(jù)、特點和預期效果；教研室教師作為評委，如果發(fā)現(xiàn)方案不具備實施條件或實施意義，指導學生進行修訂。

教師給出該實驗項目結束時間，實驗正式開始后，實驗進度由每組學生自行把握，學生可按照自己的時間節(jié)點到實驗室進行實驗，按照方案完成原材料配比計算、材料準備、熔煉、澆鑄和組織性能分析等過程，中間如果遇到問題可以請教，教師給予指點。整個實驗過程中都需要學生發(fā)揮創(chuàng)造性思維和主觀能動性去完成實驗項目。實驗項目結束時，每組學生需要進行項目答辯，評委教師對學生實驗開展和結果分析情況進行點評，指出學生完成實驗項目過程中的亮點和不足之處，以利于學生持續(xù)改進和學習。實驗項目結束后，指導教師按照課程評分標準，綜合學生實驗方案設計、實驗過程中的總體表現(xiàn)、實驗答辯和實驗報告等多個環(huán)節(jié)對學生實驗項目進行成績評定。

2.3? 教學項目與工程應用及學科競賽緊密聯(lián)系

按照OBE理念設計的實驗教學項目增強了項目與工程應用之間的聯(lián)系。以“失效零件的分析”實驗項目為例，采取開放性選擇項目研究對象，部分學生之前參與過課題，可以選擇之前研究過的失效零件作為研究對象，也可以選擇教師提供的零部件作為研究對象。教師大多與企業(yè)聯(lián)系緊密，平時做項目時積累了大量的失效零部件，這些來自企業(yè)實際的零部件均可以拿來作為開展實驗項目的對象。學生進行實際零件的失效分析研究，而不是簡單的試樣分析，可以大幅提高解決復雜工程問題的能力。

“失效零件的分析”實驗項目還結合“全國失效分析大獎賽”，比賽過程中，參賽學生除了對失效零件進行系統(tǒng)研究外，還需要掌握失效分析的理論知識。通過競賽，讓實驗項目得到進一步的延伸和拓展，學生的綜合能力也得到進一步提升?！安牧蠌婍g化”實驗教學項目結合“中國大學生材料熱處理創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽”和“全國大學生金相技能大賽”兩項國家級賽事，學生通過選擇不同的材料，制定相應的熱處理工藝方案進行熱處理實驗，然后通過金相制備、組織分析和力學性能分析等手段對材料強韌化的機理進行研究。該教學項目可以系統(tǒng)鍛煉學生在熱處理和金相技能方面的設計、實踐與歸納分析能力，為學生參加競賽奠定基礎。

2.4? 開發(fā)線上教學資源

目前，材料科學與工程專業(yè)綜合實踐基于學習通平臺上傳許多線上教學資源，如課程介紹視頻、教學實錄視頻、教學大綱、實驗指導書、電子書、金相圖譜和國家標準等。其中，課程介紹視頻詳細說明課程目標和要求、安全教育、注意事項等；教學實錄視頻介紹實驗材料、設備、流程和防護措施；電子書、金相圖譜和國家標準提供給學生查閱，用于熟悉實驗項目背景知識、制定實驗方案和分析結果。除了學習通平臺之外，還為學生提供一些虛擬實驗資源，如熱處理虛擬實驗、鑄造虛擬實驗等。通過虛擬實驗資源，學生可以對一些比較危險的實驗步驟有清晰的認識，對實驗流程提前預演，減少后期實操過程中的失誤。

3? 結束語

綜合實踐是材料科學與工程專業(yè)工程教育中培養(yǎng)學生工程能力的重要環(huán)節(jié)?；贠BE理念，以具有設計性、開放性的緊密聯(lián)系工程應用和學科競賽的綜合實驗項目為載體，實現(xiàn)以學生為中心、課程學習成果為導向、持續(xù)質量改進的課程教學模式，有利于學生專業(yè)課程知識和技能的充分融合、提升，有助于培養(yǎng)學生在工程實踐中的團隊合作意識、創(chuàng)新意識和解決復雜工程問題的能力。

參考文獻

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*基金項目：湖北汽車工業(yè)學院教改項目（JY2021025，JY2021077）；湖北省高校實驗室研究項目（HBSY2021-22）；湖北省高等教育學會專項課題（2021-39）；湖北省高校實驗室研究項目（HBSY2020-01）；湖北高校省級教學研究項目（2021382）；湖北汽車工業(yè)學院課程思政教育教學改革研究專項課題（21mdsz04）。

作者：馬冬威，湖北汽車工業(yè)學院，高級實驗師，研究方向為金屬材料及失效分析；趙紅利，湖北汽車工業(yè)學院，正高級實驗師，研究方向為材料表面工程及失效分析；張紅霞，湖北汽車工業(yè)學院，教授，研究方向為汽車工程材料；羅成，湖北汽車工業(yè)學院，教授，研究方向為粉末冶金；沈培智，湖北汽車工業(yè)學院，副教授，研究方向為新能源材料；覃群，湖北汽車工業(yè)學院，副教授，研究方向為材料表面工程（442002）。