彭新元,葉志國

(南昌航空大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,江西 南昌 330063)

隨著2016年我國高等工程教育專業(yè)認(rèn)證加入《華盛頓協(xié)議》,成果導(dǎo)向教育(Outcome-based Education,OBE)理念在我國高等工程教育中逐漸被熟知和實(shí)踐。OBE理念實(shí)現(xiàn)了從以“教”為中心到以“學(xué)”為中心的轉(zhuǎn)變[1-2],其實(shí)施過程強(qiáng)調(diào)教學(xué)活動以學(xué)生為中心、以成果為導(dǎo)向,注重學(xué)生創(chuàng)新以及工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)[3]。

《熱處理設(shè)備》是金屬材料工程專業(yè)一門重要的專業(yè)課程,具有寬學(xué)科、跨專業(yè)、知識面廣、理論性深和應(yīng)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。該課程的教學(xué)內(nèi)容較多,主要涉及傳熱學(xué)原理及各類熱處理設(shè)備的基本構(gòu)造、工作原理和應(yīng)用等,旨在教會學(xué)生如何調(diào)動熱、電、機(jī)等各方面的知識去選用、改造或設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)材料、工藝要求的熱處理設(shè)備,同時(shí)樹立學(xué)生良好的職業(yè)素養(yǎng)、安全規(guī)范操作和環(huán)保節(jié)能意識。所以《熱處理設(shè)備》在材料工程科技工作者的知識結(jié)構(gòu)形成過程中具有其他課程不能代替的特殊地位,對培養(yǎng)學(xué)生動手能力、設(shè)計(jì)能力和分析解決問題的能力等有著重要的作用。

為此,本文在分析現(xiàn)有教學(xué)問題的基礎(chǔ)上,基于OBE理念對南昌航空大學(xué)《熱處理設(shè)備》課程從課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核體系等方面進(jìn)行探索與改革,以建立符合工程教育專業(yè)認(rèn)證理念的課程教學(xué)模式,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,增強(qiáng)學(xué)生的社會責(zé)任感和工程實(shí)踐能力,從而滿足現(xiàn)代熱加工行業(yè)對高素質(zhì)專業(yè)人才的需求。

1 課程存在的主要問題

近年來隨著熱處理設(shè)備自動化、智能化水平的不斷提高[4],以及國家“中國制造2025”的發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)[5],對畢業(yè)生的綜合能力也提出了更高的要求。然而,目前《熱處理設(shè)備》的課程內(nèi)容和教學(xué)方式等已難以滿足新時(shí)代發(fā)展的需要,主要存在以下不足之處。

1)隨著科技發(fā)展,在工業(yè)化生產(chǎn)中熱處理新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備不斷涌現(xiàn),但教學(xué)內(nèi)容仍主要以常規(guī)的電阻爐為主,沒有及時(shí)更新;

2)授課方式多以教師在課堂上講授為主,很多時(shí)候顯得枯燥無味,學(xué)生印象也不深刻,積極性不高,對學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)不夠;

3)考核方式通常只包含平時(shí)成績和期末考試成績,而且期末考試成績占比很大,對學(xué)習(xí)過程的評價(jià)不足,致使有些學(xué)生考前幾天突擊一下來應(yīng)付考試,不能真實(shí)反映學(xué)生是否掌握了基本知識。

上述問題的存在影響了該課程教學(xué)質(zhì)量的提高和對高素質(zhì)專業(yè)人才的全面培養(yǎng)。

2 基于OBE理念的課程教學(xué)改革

2.1 明確教學(xué)目標(biāo)

在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下,課程目標(biāo)的達(dá)成是實(shí)現(xiàn)畢業(yè)要求及培養(yǎng)目標(biāo)的基礎(chǔ),教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核形式等均應(yīng)圍繞實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。針對行業(yè)發(fā)展需求以及我校復(fù)合型創(chuàng)新型高級專門人才的人才培養(yǎng)定位,基于OBE理念重新構(gòu)建了本課程的教學(xué)目標(biāo),包括課程目標(biāo)1:掌握常用熱處理爐的基本類型、筑爐材料與爐體結(jié)構(gòu)、傳熱原理及電阻爐設(shè)計(jì)方法和步驟,熱處理爐爐溫的測定、顯示和調(diào)節(jié)原理,具有合理選擇、正確使用以及改造和設(shè)計(jì)熱處理電阻爐的能力。課程目標(biāo)2:了解本專業(yè)領(lǐng)域相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)政策,能理解熱處理設(shè)備選擇、設(shè)計(jì)及運(yùn)行過程中對環(huán)境、健康和安全等方面的影響。

通過本課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生掌握有關(guān)熱處理設(shè)備的基礎(chǔ)知識,重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)材料、工藝要求合理選用、改造或設(shè)計(jì)熱處理設(shè)備的能力,為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和今后從事熱處理及熱加工行業(yè)奠定必要的基礎(chǔ),同時(shí)也支撐本專業(yè)畢業(yè)要求中相應(yīng)觀測點(diǎn)的達(dá)成,課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系見表1。

表1 課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系

2.2 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

本課程主要包括基礎(chǔ)理論和各類熱處理設(shè)備的原理、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用兩部分。其中基礎(chǔ)理論部分主要講述傳熱學(xué)原理,是熱處理設(shè)備設(shè)計(jì)和熱處理過程計(jì)算機(jī)模擬的基礎(chǔ)[6],對熱處理、熱加工等專業(yè)都是不可缺少的,故其所占課時(shí)不應(yīng)過少。同時(shí)考慮到有限的學(xué)時(shí),其中傳熱學(xué)公式的推導(dǎo)在不影響學(xué)生理解的情況下可適當(dāng)減少,而在熱處理設(shè)備設(shè)計(jì)中的應(yīng)用可分配較多課時(shí)。

隨著科技發(fā)展,在工業(yè)化生產(chǎn)中熱處理設(shè)備得到了迅速發(fā)展,新加熱技術(shù)、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)。因此,除了介紹課程的基本內(nèi)容外,應(yīng)適當(dāng)增加熱處理行業(yè)廣泛應(yīng)用的各類新設(shè)備、新技術(shù),如多用爐、真空氣淬爐、真空滲碳爐和真空脈沖氮爐等內(nèi)容的介紹,以科研促教學(xué),從而加強(qiáng)學(xué)生對現(xiàn)代加熱技術(shù)的了解,拓展教學(xué)內(nèi)容的廣度與深度。既做到教學(xué)內(nèi)容的與時(shí)俱進(jìn),又可吸引學(xué)生的注意力,充分體現(xiàn)了以“學(xué)生為中心”的OBE理念,便于與學(xué)生畢業(yè)后從事生產(chǎn)、科研工作接軌。

2.3 豐富教學(xué)手段

1)建立“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式,在課堂教學(xué)中根據(jù)章節(jié)內(nèi)容的異同靈活運(yùn)用“講授式”“啟發(fā)式”“互動式”以及“任務(wù)式”等教學(xué)方法,避免“滿堂灌”式的講解。例如,讓學(xué)生根據(jù)給定的條件自行選擇電熱元件材料,并設(shè)計(jì)和計(jì)算其尺寸,把學(xué)生分成幾個(gè)小組,先給他們一些時(shí)間討論,然后每組選派一名代表發(fā)言。老師和其他同學(xué)根據(jù)學(xué)生選用的材料和參數(shù)進(jìn)行提問和補(bǔ)充。除此之外,還給學(xué)生布置一些開放性的問題。例如,讓學(xué)生自由設(shè)計(jì)一個(gè)小型的熱處理爐,學(xué)生會給出多種答案,在多種設(shè)計(jì)中會有各自的獨(dú)特之處。由于學(xué)時(shí)有限,不能每堂課每個(gè)同學(xué)都有機(jī)會進(jìn)行上臺發(fā)言,因此也給他們布置了一些撰寫專題報(bào)告的任務(wù)。通過教學(xué)方式的改進(jìn),能發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和想象力,同時(shí)也增加團(tuán)隊(duì)意識,鍛煉查閱文獻(xiàn)、口頭和文字表達(dá)能力,起到全面培養(yǎng)學(xué)生能力的作用。

2)講述熱處理設(shè)備構(gòu)造時(shí)需要學(xué)生有一定的空間想象能力和看圖能力,因此將一些設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其復(fù)雜的操作流程通過多媒體的形式(如實(shí)物圖、動畫和視頻等)展現(xiàn)給學(xué)生,將抽象、陌生的知識直觀化、形象化。還可將各種耐火材料、保溫材料、電熱元件和熱電偶等搬進(jìn)了教室,針對具體實(shí)物進(jìn)行講解,更有利于學(xué)生對所學(xué)知識的掌握。在講述箱式爐和井式爐爐體結(jié)構(gòu)、電熱元件以及熱電偶的安裝時(shí),把學(xué)生帶進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行“現(xiàn)場式”教學(xué)。這種看得見,摸得著的教學(xué)方式深受同學(xué)們的歡迎。

3)熱處理設(shè)備是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,可以邀請經(jīng)驗(yàn)豐富的企業(yè)專家結(jié)合具體案例講解實(shí)際熱處理制定、實(shí)施過程等,這不僅加強(qiáng)了教學(xué)理論與生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系,還促進(jìn)了學(xué)生對熱處理行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的了解,同時(shí)彌補(bǔ)了教師自身工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不足,加快專業(yè)人才培養(yǎng)與行業(yè)快速發(fā)展的對接。

4)由于學(xué)時(shí)有限,單純利用課堂時(shí)間不能充分和學(xué)生進(jìn)行交流,可以建立微信群以便和學(xué)生進(jìn)行交流及答疑,回答學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的問題以及發(fā)布學(xué)習(xí)資料和布置學(xué)習(xí)任務(wù)。同時(shí)學(xué)生有一些新想法可以和老師交流溝通,讓教師及時(shí)了解學(xué)生對課程的掌握程度。

2.4 改進(jìn)考核制度

課程考核要體現(xiàn)以學(xué)生為中心、以成果為導(dǎo)向、注重過程管理的理念,強(qiáng)調(diào)學(xué)生最終學(xué)到了什么。傳統(tǒng)的課程考核形式通常以期末考試和平時(shí)成績?yōu)橹?缺乏對學(xué)習(xí)過程的評價(jià),導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)自律性差,往往考試前一周突擊復(fù)習(xí)。這種被動學(xué)習(xí)的方式與考核方式不利于學(xué)生對課程知識點(diǎn)的掌握,從而無法滿足課程培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求。改革后的課程采用多元化考核方式進(jìn)行課程成績評定,包括平時(shí)作業(yè)(課堂匯報(bào)、課堂練習(xí)、課后作業(yè)等)、專題討論和期末考試,注重考核學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。成績評定為:平時(shí)作業(yè)占30%,專題討論占20%,期末考試占50%。這種多樣化的考核方式有助于督促學(xué)生利用圖書館資源查閱資料并完成課程作業(yè),從而調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。

3 課程改革的成效

圖1為改革前后學(xué)生成績的分布情況。由圖1可知,改革前(2018級)90以上分?jǐn)?shù)段人數(shù)占比為4.4%,80～90分?jǐn)?shù)段占比約20%,70～80分?jǐn)?shù)段占比約為26%,60分以下的占比為21.5%;而改革后的第1年(2019級)學(xué)生成績有了顯著提高,90以上分?jǐn)?shù)段人數(shù)占比提高到約17.5%,改革后的第2年(2020級)90以上分?jǐn)?shù)段人數(shù)占比繼續(xù)提高到約20%,高分?jǐn)?shù)段人數(shù)占比顯著增多,其中80～90分?jǐn)?shù)段占比最高約為33%,低分?jǐn)?shù)段人數(shù)占比明顯下降,分別降至11.7%和9.8%?？傊?通過基于OBE理念的課程改革,學(xué)習(xí)成效有了顯著提升,高分?jǐn)?shù)段人數(shù)明顯上升,低分?jǐn)?shù)段人數(shù)明顯下降,學(xué)生平均成績和達(dá)成度也明顯提高。通過成果數(shù)據(jù)分析和教學(xué)反思,進(jìn)行持續(xù)改進(jìn),進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)過程,形成良性教學(xué)循環(huán)。此外,后續(xù)以該課程為基礎(chǔ)的《專業(yè)課程設(shè)計(jì)》完成度也有了極大地改進(jìn)。據(jù)畢業(yè)生反饋,本課程被學(xué)生公認(rèn)為是印象最深、專業(yè)知識收獲最多的課程之一。

圖1 改革前后學(xué)生成績分布情況

4 結(jié)語

本課題基于OBE理念開展了《熱處理設(shè)備》的教學(xué)改革與探討,突出“以學(xué)生為中心”,構(gòu)建了適合專業(yè)人才培養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo),不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,豐富考核評價(jià)方式,綜合運(yùn)用“講授式”“啟發(fā)式”“互動式”“任務(wù)式”以及“現(xiàn)場式”等教學(xué)手段,拓展教學(xué)內(nèi)容的廣度與深度,提高教學(xué)質(zhì)量與效果,以促使課程教學(xué)目標(biāo)和畢業(yè)要求的達(dá)成,有助于培養(yǎng)出厚基礎(chǔ)、強(qiáng)實(shí)踐、能創(chuàng)新、有潛質(zhì)的復(fù)合型創(chuàng)新型高級專門人才。