摘" 要：在建設(shè)創(chuàng)新型國家的大背景下，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的可靠性人才，教學(xué)團隊引入研究性教學(xué)的教學(xué)理念、教學(xué)模式和評價體系，對現(xiàn)有可靠性物理基礎(chǔ)課程進行了改革。文章全面分析了可靠性物理基礎(chǔ)課程在課程內(nèi)容、講授模式以及評價體系上存在的問題；借鑒研究性教學(xué)方法，優(yōu)化了課程內(nèi)容，將翻轉(zhuǎn)教學(xué)和以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法引入可靠性物理基礎(chǔ)教學(xué)，對現(xiàn)有課程存在的問題進行了改革。課程實踐表明，課程改革后，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、參與度明顯提高，動手能力、創(chuàng)新能力得到了顯著鍛煉，取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：研究性教學(xué)；可靠性物理；教學(xué)改革

中圖分類號：G640" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1673-7164（2023）02-0037-04

一、研究背景

當前，在科學(xué)技術(shù)的引導(dǎo)和推動下，人類正經(jīng)歷著從工業(yè)社會向知識社會的演變。在此背景下，我國正朝著加強自主創(chuàng)新、提高創(chuàng)新能力和建設(shè)創(chuàng)新型國家的方向邁進［1］。建設(shè)創(chuàng)新型國家需要培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，而培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的一個重要手段在于創(chuàng)新教學(xué)模式。2005年教育部《關(guān)于進一步加強高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見》中指出，“積極推進研究性教學(xué)，提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力”［1］。2010年，《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年，中指出高等教育要“倡導(dǎo)啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學(xué)，幫助學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)”［2］。此后，研究性教學(xué)這種新穎的教學(xué)理念被逐漸推廣，許多學(xué)者對研究性教學(xué)的教學(xué)內(nèi)涵、教學(xué)方式、方法及評價體系進行了探索與實踐［3-12］。為響應(yīng)新時代國家和北京航空航天大學(xué)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的號召，北京航空航天大學(xué)可靠性與系統(tǒng)工程學(xué)院教學(xué)團隊將研究性教學(xué)的教學(xué)理念、教學(xué)方法、評價體系引入可靠性物理基礎(chǔ)教學(xué)中，為學(xué)生營造寬松、自由的學(xué)習(xí)環(huán)境，全面提升學(xué)生的研究意識、研究能力、思維能力和創(chuàng)新能力。

可靠性物理基礎(chǔ)是北京航空航天大學(xué)可靠性與系統(tǒng)工程學(xué)院開設(shè)的研究生課程，已入選“十四五”專業(yè)核心基礎(chǔ)課建設(shè)。該課程涉及可靠性、材料學(xué)、力學(xué)、物理、化學(xué)、摩擦學(xué)等諸多學(xué)科綜合知識，在可靠性學(xué)科中處于基礎(chǔ)核心地位。該課程主要介紹可靠性物理學(xué)研究和工程應(yīng)用的基本方法和途徑，旨在培養(yǎng)學(xué)生從事可靠性物理、可靠性分析、失效分析相關(guān)工作的能力和素養(yǎng)。但是，教學(xué)團隊在可靠性物理基礎(chǔ)的教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)了很多與培養(yǎng)創(chuàng)新型可靠性人才不相適應(yīng)的問題。為適應(yīng)國家需求，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的可靠性人才，需要引入研究性教學(xué)，對現(xiàn)有可靠性物理基礎(chǔ)課程進行改革。

二、可靠性物理基礎(chǔ)課程教學(xué)中存在的問題

經(jīng)過多年的教學(xué)實踐，教學(xué)團隊發(fā)現(xiàn)目前的可靠性物理基礎(chǔ)課程存在以下幾個問題：

（一）課程內(nèi)容繁多，實踐環(huán)節(jié)少，感受不深刻

目前，可靠性物理基礎(chǔ)課程學(xué)時為48學(xué)時，課程力圖從產(chǎn)品故障根因的角度，剖析產(chǎn)品常見的故障機理，如固體斷裂、材料/結(jié)構(gòu)的疲勞、金屬腐蝕、應(yīng)力腐蝕、表面磨損、材料蠕變等機理的形成及演變機制；重點講述這些機理的形成原理以及與可靠性指標（失效時間、可靠度等）的定量關(guān)系；以此為基礎(chǔ)闡述本課程在產(chǎn)品可靠性設(shè)計改進和故障預(yù)測中的應(yīng)用。由于授課內(nèi)容繁雜、學(xué)時有限，課堂授課以理論講授為主，較少涉及實踐環(huán)節(jié)。

課程教學(xué)中，學(xué)生只是被動地機械記憶課堂所授知識，難以直觀接觸具體的失效機理，對課程涉及的失效機理也僅有理性認識，缺乏感性認知，更難以體會到相關(guān)知識在實際工程中的如何應(yīng)用。

（二）講授模式以教師教授為主，學(xué)生參與度低

目前可靠性物理基礎(chǔ)課程的講授模式依然以教師講授為主，屬于傳統(tǒng)的“填鴨式”或“滿堂灌式”的單向知識輸出。這種模式的優(yōu)點在于能夠強化知識的傳授，但也嚴重限制了學(xué)生創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)，學(xué)生只是被動地接受知識，逐漸失去對課程的興趣。這也就導(dǎo)致了教師與學(xué)生互動少，課堂氣氛沉悶，學(xué)生課堂參與度、積極性低。教師無法通過課堂檢驗學(xué)生對當堂知識的掌握情況，顯著降低了教學(xué)效率。

（三）課程評價注重結(jié)果，評價方法單一

當前可靠性物理課程評價依照傳統(tǒng)的教學(xué)評價方法，主要以考勤和期末考試成績?yōu)橹?，考核方式較為單一。這種考核方式偏向于結(jié)果性評價，忽略了對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的評價，不能反映學(xué)生創(chuàng)造性運用知識的能力，也不能全面反映學(xué)生掌握知識的情況。在這種評價思想的影響下，學(xué)生更注重自己的最終考試成績，而不注重學(xué)習(xí)過程，導(dǎo)致一些學(xué)生存在“考前猛學(xué)，考后猛忘”的情況，與課程的初衷乃至培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的初衷不符合。事實上，有效的教學(xué)要求教師在教學(xué)過程中關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)進度，關(guān)心學(xué)生獲得的“無形成果”，如研究方向的探索、自主學(xué)習(xí)興趣的挖掘、合作意識的培養(yǎng)等讓學(xué)生終身受益的能力。〓

三、研究性教學(xué)在可靠性物理基礎(chǔ)上的實踐

研究性教學(xué)是一種讓學(xué)生在教師組織指導(dǎo)下獨立學(xué)習(xí)、自主實踐的教學(xué)方法，以尊重學(xué)生個性發(fā)展為宗旨，以改革學(xué)生被動地、機械地接受知識的教育模式為重點，營造開放的學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)生提供多渠道獲取知識的方法，將學(xué)到的知識綜合應(yīng)用于實踐，最后形成對知識主動式探索的習(xí)慣。針對上述可靠性物理基礎(chǔ)課程存在的問題，本研究結(jié)合研究性教學(xué)的教學(xué)理念，重構(gòu)了可靠性物理基礎(chǔ)課程的授課內(nèi)容、授課形式及課程評價體系，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的研究意識、研究能力、思維能力和創(chuàng)新能力。

（一）理論聯(lián)系實際，去繁從簡，優(yōu)化授課內(nèi)容

針對以往可靠性物理基礎(chǔ)課程存在的課程內(nèi)容繁雜、理論性較強，與可靠性脫節(jié)、實際工程脫節(jié)，缺乏實踐活動的問題，課程進行了如下改革。

一是結(jié)合此前學(xué)生對于教學(xué)內(nèi)容的理解情況，對課程中的知識點進行整體的梳理與重構(gòu)，針對性地刪除了可靠性物理基礎(chǔ)中理論性強，晦澀難懂，但與實際工程問題關(guān)聯(lián)弱的內(nèi)容，增加了各失效機理與可靠性指標關(guān)系的內(nèi)容，讓學(xué)生更清晰地理解各失效機理及其與可靠性的關(guān)系，而不是一味死記各失效機理的詳細內(nèi)容。譬如刪減了腐蝕微觀機理的相關(guān)內(nèi)容，新增了較為實用的可靠性物理-失效時間模型和可靠性物理與設(shè)計，重點介紹典型失效機理的失效時間模型和預(yù)防失效的產(chǎn)品設(shè)計方法。

二是在課程中引入大量工程實踐和科研案例。在每個單元開始前，教師會以實際工程失效案例或主題視頻的形式引出研究對象。以某副機翼機械備份作動器功能轉(zhuǎn)換閥壽命預(yù)計為例。通過轉(zhuǎn)換閥失效模式分析、失效模型建立、失效壽命評估與驗證、產(chǎn)品設(shè)計改進，再現(xiàn)產(chǎn)品失效分析、改進全流程，生動地展現(xiàn)可靠性物理基礎(chǔ)在產(chǎn)品設(shè)計改進和故障預(yù)測中的應(yīng)用；在斷裂部分以美國自由輪沉沒事故調(diào)查視頻為引子，闡述斷裂的危害及預(yù)防斷裂的必要性，進而介紹斷裂的概念、特點、起裂條件及預(yù)防斷裂失效的手段，從問題的角度出發(fā)有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。

三是開展各可靠性物理試驗。課程通過設(shè)置各類豐富有趣的試驗，讓學(xué)生跳出書本，真實感受不同失效模式的失效過程、失效特征及失效機理。從而對各失效機理有更直觀、深刻的認識，在鍛煉學(xué)生動手實踐能力、鞏固課堂所學(xué)理論知識的同時，提高學(xué)生學(xué)習(xí)、研究的積極性。例如為讓學(xué)生能夠體驗真實的科研過程環(huán)境，課程在中期增設(shè)了疲勞試驗課，學(xué)生在教師指導(dǎo)下了解并掌握相關(guān)儀器的使用方法、疲勞試驗設(shè)計方法、試驗數(shù)據(jù)處理方法、試驗數(shù)據(jù)分析方法等。在疲勞試驗過程中，學(xué)生能夠觀察到疲勞裂紋萌生、擴展乃至失效的全過程，從而對復(fù)雜的金屬疲勞失效機理有更直觀、更深刻的認識。

（二）以問題為導(dǎo)向，翻轉(zhuǎn)課堂，提高學(xué)生參與度

研究性教學(xué)提倡在教學(xué)過程中為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一種類似于科學(xué)研究的情境和途徑，指導(dǎo)學(xué)生從現(xiàn)實生活中選擇和確定與學(xué)科相關(guān)的專題進行研究［3，5］。從這一理念出發(fā)，課程改變了以往以教師講授為主的教學(xué)模式，主要包括以下兩種講授形式。

一是以問題為導(dǎo)向的教學(xué)模式，從實際工程失效案例出發(fā)，在教師引領(lǐng)下，讓學(xué)生提出問題、分析問題、研究問題和解決問題。傳統(tǒng)的可靠性物理教學(xué)在課程設(shè)置方面，涵蓋學(xué)科方向過多，且過于強調(diào)課程體系的完整性，對學(xué)生的主體性關(guān)注不夠。以問題為導(dǎo)向的教學(xué)模式既強調(diào)學(xué)生的認知主體作用，又不忽視教師的指導(dǎo)作用，教師是學(xué)生學(xué)習(xí)的幫助者、促進者，而不僅僅是知識的傳授者與灌輸者；學(xué)生是知識加工的主體，應(yīng)主動參與學(xué)習(xí)，而不是外部刺激的被動接受者或被灌輸?shù)膶ο?。以問題為導(dǎo)向的教學(xué)模式是一種既重視學(xué)習(xí)結(jié)果又重視學(xué)習(xí)過程的教學(xué)方法。學(xué)生的學(xué)習(xí)活動不僅僅是被動地聽課和讀書，而是在以解決相關(guān)學(xué)科問題為目的的激勵下，積極主動地計劃、安排并管理自己的學(xué)習(xí)活動［13］。如介紹疲勞相關(guān)知識時，從英國彗星號客機失事事故講起，按照彗星號事故介紹、彗星號失效分析，形成彗星號事故分析報告、彗星號后續(xù)預(yù)防失效手段的主線脈絡(luò)，由淺入深，層層遞進，講解金屬疲勞的概念、特點、疲勞壽命預(yù)測方法和預(yù)防疲勞破壞手段。

二是采取翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式。在傳統(tǒng)的教學(xué)活動中，教師是課堂授課的權(quán)威，教學(xué)活動大多是以教師為中心來開展。研究性教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相比，教師的角色發(fā)生了重大變化，對教學(xué)活動的開展起指導(dǎo)性作用，即在教學(xué)過程中起組織者作用，并在各個階段給予學(xué)生合適的指導(dǎo)，在課程的全過程中與學(xué)生一起進行研究、反思與評價。在研究性教學(xué)中，翻轉(zhuǎn)課堂就是一種典型的教學(xué)模式，已經(jīng)被成功應(yīng)用到多個教改實踐中［14-16］。在這種教學(xué)模式下，教師從傳統(tǒng)課堂中的知識傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)的促進者和指導(dǎo)者［14］。教師不再占用課堂時間來講授知識，而著重于師生之間和學(xué)生之間的互動，包括答疑解惑、合作探究、完成學(xué)業(yè)等，通俗地講就是教師與學(xué)生互換身份。不僅為學(xué)生提供了自主學(xué)習(xí)、自主思考、相互交流的機會和平臺，還有效提高了課堂上學(xué)生的參與度。具體實踐流程為：課前由教師布置任務(wù)，學(xué)生自由分組，在課前或課外可以通過互聯(lián)網(wǎng)、圖書館等優(yōu)質(zhì)教育資源自主學(xué)習(xí)，不再單純依賴授課教師教授知識，最后形成研究報告并在課堂上進行匯報。以某企業(yè)鋰離子電池失效分析為例，學(xué)生按照4—6人一組的編制，自由分組，自由分工，課下自由學(xué)習(xí)，自由探討，得出結(jié)論并以課堂匯報的形式展示結(jié)果。教師從研究方法選擇、分析過程完整性、結(jié)論合理性及匯報完整性、清晰性等幾個方面與學(xué)生共同探討，總結(jié)匯報得失，進一步鍛煉學(xué)生學(xué)習(xí)能力、研究能力、展示匯報及團結(jié)協(xié)作能力。

（三）以學(xué)生為主體，全程化、多樣化的考評方式

研究性教學(xué)評價體系相較于傳統(tǒng)評價體系更加多元、科學(xué)。其評價目標由單一性向綜合性轉(zhuǎn)變，突出對學(xué)生既有知識的創(chuàng)造性運用、加工和組合能力評價；評價方法由“一考定全局”向全程評價；評價標準由學(xué)生發(fā)展本位轉(zhuǎn)移；評價模式由單一、封閉向多元、開放轉(zhuǎn)變［3，6］。針對以往可靠性物理基礎(chǔ)課程評價體系較單一、無法全方面反映學(xué)生知識掌握情況的問題，課程借鑒了研究性教學(xué)評價體系，建立了可靠性物理基礎(chǔ)課程評價體系。學(xué)生評價不再只關(guān)注學(xué)生對知識掌握情況的考察，更關(guān)注對學(xué)生獨立發(fā)現(xiàn)問題、獨立思考、運用所學(xué)知識解決實際工程，科研問題能力的考察。新評價方法除了課堂出勤考核和期末考試，還包含了課堂活躍程度、小組課堂展示效果、實踐積極程度等。評價主體由單一教師主體向多元化評價主體轉(zhuǎn)變，包括教師評價、組內(nèi)評價、組間評價、學(xué)生自評等。

四、 結(jié)語

在現(xiàn)今知識經(jīng)濟時代，國家創(chuàng)新能力是決定一個國家能否在世界民族之林中屹立不倒的關(guān)鍵因素。創(chuàng)新離不開人才，創(chuàng)新人才的培養(yǎng)需要創(chuàng)新教育，實施高等學(xué)校創(chuàng)新教育是歷史所趨。針對新時代培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的需求，本文將研究性教學(xué)的理念、方法和評價模式引入到可靠性物理基礎(chǔ)教學(xué)中，對以往的可靠性物理基礎(chǔ)課程進行了改革。實踐表明，研究性教學(xué)的引進起到了積極作用。學(xué)生的課堂參與度、積極性、研究意識和研究能力得到顯著提高。改革后的課程也得到了普遍好評，選課人數(shù)顯著增加。接下來教學(xué)團隊將總結(jié)本次改革的得失，進一步優(yōu)化授課內(nèi)容和授課形式，為培養(yǎng)具備研究意識、研究能力和創(chuàng)新能力的可靠性人才提供參考。

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（責(zé)任編輯：鄒宇銘）