浅谈新工科课程教学改革的重要性

［摘 要］ 结合学生专业课程自主学习积极性不够高的特点，探索在金属材料工程专业基础课“金属力学性能”的教学过程中建立线上资源库。通过互联网平台，将课堂延伸到线上线下结合，增加随时互动、线上测试等功能。增加教师与学生良性互动、思想交流和情感联系，及时解答学生的学习困惑。探讨如何利用网络资源和信息技术工具检索、分析、总结金属材料研发与应用领域的最新动态和未来趋势。以金属材料在国民经济建设中所发挥的核心作用，激发学生的专业认知，增强学生的专业自豪感和使命担当。

［关键词］ 金属力学性能；教学改革；强化过程考核；提升专业自豪感

［基金项目］ 2022年度上海市高地大项目“卓越创新人才培养体系建设——上海市市级一流课程建设（金属力学性能）”（N.13-G311-23-229）

［作者简介］ 张 梅（1967—），女，上海人，工学博士，上海大学材料科学与工程学院高级工程师，博士生导师（通信作者），主要从事金属材料强韧化研究。

2017年，教育部提出了助力高等教育强国建设的新工科建设方针，引导高校面向未来，培养工程和创新能力强、有全球视野、能支撑和引领未来战略布局的全面发展的复合型工程科技人才［1］。我国近期的工程教育改革方向是新工科教育，以立德树人引领，培养创新型的多元化卓越工程人才，主要路径是交叉融合、继承创新、协调共享［2］，是对新一轮科技革命和产业变革的主动响应。“双一流”高校的新工科建设包括：对标战略性新兴产业新设置的工科专业，以及对已有传统工科专业的转型优化和升级［3］。

工科课程知识点多，有理论计算及公式推导，也有偏重应用的实操训练，学时紧、内容多［4］。在互联网的快速发展下，越来越多的高校不断尝试教学改革和创新，新工科专业课程更多倾向于采用线上线下混合教学或线上教学，使学生对较枯燥的专业知识产生兴趣，在学习中实现能力提升［5］。本科教学转为以学生为中心，重塑教学新体系，注重多元化、个性化育人，注重产教融合、科教融合和学科交叉，以产业发展及国家重大需求为导向，制订多学科专业交叉融合、柔性化、个性化创新型专业人才培养方案。以新理念、新形态、新方法，不断加强专业内涵，培养具有基础宽、厚广博、学科交叉融合、创新思维、实践能力、跨界跨文化交流能力、引领未来的卓越工科人才［3］。

一、工科课程教学中存在的问题

1.课程教学内容和主题单一。当前，高等院校教师在教学过程中普遍存在教学主题内容缺少广度且偏陈旧，严重滞后于行业工艺技术的发展，与实际生产脱节，导致学生实践能力和创新意识培养效果不理想［6］。

2.教学方式单一。以下是当代高校的常规教学方式：由教师先进行传统方式理论讲授教学，之后学生完成课后作业、辅以课外知识的拓展及实验，同时教师在课堂内给学生答疑，这种教学方式难以充分调动学生自主学习的积极性和能动性，因此教学效果和学习效率相对低下［7］。

3.考核方式较单一。工科课程的传统考核包括：出勤、平常互动表现、作业、期中或期末考试等。通常平时占三成、期末占七成。缺少过程考核及答辩环节，以区分个性化成果是否由学生自己独立完成，且成果难以真实评价学生的能力和综合素养［7］。

针对以上种种问题，工科课程教学改革的重要性不言而喻。重点要在知识传授中融入能力培养和价值塑造，将思政教育元素润物无声地融入工科专业基础课程的教学过程中。

二、新工科课程的教学方法改革

1.教学模式设计。由于工科专业课程知识点多、计算公式复杂深奥，相对来说比较枯燥，导致学生的学习兴趣不浓。当前，网络科技迅猛发展、线上资讯及信息内容丰富多彩，对学生有强烈的吸引力，且可以24小时在线自主学习与评价，因此尝试充分利用现代互联网科技的优势，探索了采取线上线下相结合的混合教学模式，以达到更佳的教学效果。

我们在“金属力学性能”课程教学模式设计中，以及线上线下混合式教学过程中，不但考虑了培养学生夯实理论基础，还注重了实验或实践教学，采用了混合教学模式。既要发挥线下课堂授课时师生面对面交流方便、学生注意力集中的优势，也要发挥线上教学的灵活机动、资源丰富、教师可随时获得学生的线上学习进度数据和学习难点等诸多优点。同时，无论线上线下课堂，都给学生留出提问、解答和探讨交流、思想碰撞的时间。以“金属力学性能”课程为例，课前：在超星平台发布教学任务和相应的文档资料、视频、动画、链接等资源，资源涉及内容包括上节课的抽象定义、知识点、重点和难点解析、课前思考题以及练习题等。课中：在讲授理论知识过程中，计算公式的原理、假设和推导，采用板书和PPT等相结合的形式，使学生对抽象知识具体化，能够更形象地理解抽象知识。课后：利用网络的特点和优势，加强课后交流与难点解答，增加拓展任务，使学生充分掌握课程的知识点，除了巩固知识，也注重能力培养及综合素养的提升。

2.教学方式改革。学习过程中，线下课堂的教学是最重要的环节。提高课堂学习效率，对学习整体效果的作用不言而喻。学生有课内注意力不集中、时而神游课外的情况，由于教学进度很快，学生注意力一旦不集中就跟不上教学节奏，导致学生后续时间更易产生烦躁情绪。所以，使学生的注意力从神游万里变为精神高度集中，与教师的良性交互、思维碰撞，是课堂需要重点关注的问题［8］。

教学方式改革主要是增加案例教学、启发式教学、问题驱动的项目研究式教学和探索交互式教学等。启发式教学可以激发学生自主学习专业知识的兴趣和潜力，培养学生发现—分析—解决问题的综合能力，通过自学及实践，掌握知识。团队借助板书、教具和多媒体教学，增大课堂教学信息量，加强课堂教学内容的直观性和易学性。遵循价值塑造、能力培养、知识传授统一原则，围绕以学生为中心，调动学生自主学习的积极性［9］。

教学团队凝练了“金属力学性能”课程相关的重大需求项目主题，展开项目研究式教学，激励学生进行研究拓展，学生几人一组，针对特设主题或自选主题，自主或小组协同，针对复杂工程问题分析原因，并进行深入的交流讨论，给出解决问题的可能路径以及优化方案。随后，在教师或行业专家主持下，进行研究成果的展示与答辩，实现深度交流和讨论（线上或线下），使学生多方面能力得到培养和锻炼。

3.加强课后自学辅导。互联网教育平台高速发展，为学生提供了更广阔、更多样化的学习资源和学习方式，为师生交流提供了新的途径。例如，学生在课后复习过程中遇到问题［8］，可在超星等平台的讨论模块留言，进行师生互动和生生互动。师生对讨论模块里学生对所留思考题的答复，或学生在知识拓展之后提出的新问题，或教师对某特定工程应用问题的分析及相应的对策和思路，都踊跃到网上进行详细的回复，展开热烈的讨论交流。良性的师生互动、生生互动可以让学生在得到启发、指点的同时，增强自主学习的内驱力，提升对课程的好感度［8］。

4.完善课程考核评价体系。有效的教学评价是教学质量的保障。“金属力学性能”课程教学围绕以学生为中心，替代了之前以教师为中心的教学模式，教学改革的实施，促进了教学模式和教学评价方式的改革［10］。

在“金属力学性能”课程考核评价中，教师团队注重强化过程考核，涉及线上学习进度、讨论交流、课内互动（线上课堂及线下课堂）、实验实践表现、项目拓展、课程小论文、PBL任务进展等一系列过程考核，借助网络资源和信息技术工具，培养并提升学生综合能力素养。学生自由组队分成若干小组，针对设定及自选的十余个典型“金属力学性能”主题，展开资料检索，提炼核心问题，分析问题原因，给出优化解决方案，进而总结金属材料研发与应用领域的最新动态和未来趋势。以金属材料在日常生活到上天入地诸多领域的重大需求中所发挥的核心作用，激发学生的专业认知，增强学生的专业自豪感、大国工匠精神和使命担当。

三、“金属力学性能”课程教学改革

1.课程建设发展历程。金属材料工程专业于2019年通过教育部工程教育认证，“金属力学性能”课程为OBE导向的专业主干课程之一。“金属力学性能”课程教学团队从2002年开始教授该课程，2021年获上海大学研究型挑战性课程认定，2022年获上海市一流本科课程建设认定。

2.课程与教学改革要解决的重点问题。“金属力学性能”课程教学要解决的重点问题是：为理论教学提供贴合工程实际的实验、实践和案例等场景，实现金属材料工程专业人才的全流程创新和解决实际问题能力的培养和提升。强化学生理论联系实际，锻炼其针对问题分析原因、给出多种可行对策、采用优选方案去解决金属材料相关复杂工程问题的综合能力。

3.混合式教学设计。“金属力学性能”课程连续多年采用了线上线下混合的教学方式，其中线下教学（含案例教学、校外专家讲座等）部分以及学生知识拓展交流为主，线上教学包含丰富的网络资源（如网络课件、上课视频、习题及思考题库、学习讨论交流园地、在线测试与分析、资源链接等）。（1）线上线下相结合的混合教学模式，教学方式更加灵活、有效。（2）结合“卡脖子”的工程问题及科研成果提炼的案例教学，更加贴合重大社会需求。（3）校外专家授课，关注行业发展最新动向，创造与业内大咖接触与交流的机会。（4）完善的网络课件及丰富的教学视频，全天候在线，供学生自主学习和复习。（5）增加了线上测评考核，方便及时分析学生知识掌握程度。（6）教学园地的设立，问题和难点及时反馈讨论交流，架起教学相长的桥梁。

4.课程教学内容及组织实施情况。（1）教学设计上提供了由浅入深的问题导向式、探究式、项目式、案例式学习，培养学生综合运用已学到的金属材料与工程专业的基础理论知识解决复杂工程问题的能力。将金属材料的成分、工艺、组织、性能相关联，将金属材料工艺过程中的各影响因子及力学性能的关系转化为全流程挑战性教学实践，培养学生不畏艰难、迎接挑战的品质，以及大国工匠精神与卓越工程师的使命感和责任担当。（2）教学团队针对如何解决复杂工程问题，提炼出了金属材料与工程专业十大典型工程应用和国家重大需求，锻炼学生针对特定应用场景，分析金属材料应具备的主要力学性能指标，分析其影响因素，提升分析问题、解决复杂问题的能力。（3）结合丰富的教学资源，以SPOC线上教学为抓手、围绕教师布置的关键点与难点，学生通过课前线上学习，配合线上交流互动、课中师生面对面讨论，以及在线或离线考核等形式展开教学。（4）根据学生线上学习情况反馈，教师加强答疑解惑和针对性教学，并聘请行业专家开展专题讲座、案例教学与互动交流等。（5）通过拉伸力学性能、硬度、冲击、疲劳等性能指标的测试与分析，实验数据的提取、处理与分析，总结实验结果及其影响因素，不断强化学生的动手能力和卓越工程师的基本素养。（6）结合各位任教教师最新科研成果（如高强塑积第三代汽车用钢的研发；高性能大型船板钢开发以及高强铝合金的研制及其产业化应用等），践行科教融合和产教融合，不断提炼出与课程内容密切相关的典型案例，并进行线下讲解。同时，让学生针对特定工程应用需求，展开专题调研拓展、检索、汇总、提炼、整理讲稿，并进行讲解答辩与交流互动，促使学生强化理论知识的应用能力，进一步提升分析与解决复杂工程问题的能力。

5.课程考核方式改变。考核方式：过程考核（50%）+期末考核（考试）（50%）。过程考核（50%）：（1）作业（10%）——线下+线上；（2）实验（10%）——动手能力及报告质量；（3）平时表现（10%）——课堂表现与回答问题互动情况；（4）PPT（20%）——调研拓展总结、PPT展示及互动。期末考核（50%）：闭卷考试。近三年的课程考核中，平时成绩提高至50%，通过实验、小组任务、专题研讨、小组论文等不断强化过程考核，注重能力培养和素质提升。

结语

高校工科课程教学一般包括基础知识教学、理论分析、推导计算与实际操作等，学习任务繁重且偏枯燥，因此造成许多学生学习主动性和能动性不足，对众多的知识点难以做到深入理解和掌握。

结合新工科课程教学特点，教学团队在“金属力学性能”课程教学实践过程中，注重科教融合与产教融合，并充分利用互联网平台的课堂互动、线上测试分析以及实时互动等功能，加强教师与学生的思想交流和情感联系，及时解疑学生的学习难点，达到教学相长。学生的学习热情、学习效率得到了大幅度提升，教学改革效果显著。