新工科背景下以学生为中心的“三化、二评、一改”教学创新实践

［摘 要］ 以“工程材料”课程为例，分析量大、面广课程教学现状及其在提高教育效果的教学创新过程中面临的挑战，在新工科背景下，提出以学生为中心的“三化、二评、一改”教学创新实践方案，实现了共性、特性教育的平衡，提高了教育效果，保证了教育效率，有力支撑复合型创新人才的培养，助力地方产业升级。

［关键词］ 工程材料；教学创新；复合型创新人才

［基金项目］ 2021年度兰州理工大学高教研究重点项目“基于新工科、工程认证框架构建高校一线教学基层组织教育质量保障体系的探索实践”（GJ2021A-1）；2021年度兰州理工大学高教研究项目“以学生为中心的‘大班授课’混合式教学模式探索”（GJ2021B-3）

［作者简介］ 姜 静（1982—），女，吉林白城人，博士，兰州理工大学材料科学与工程学院副教授，主要从事变形镁合金材料研究；肖俊霞（1983—），女，甘肃白银人，硕士，兰州理工大学材料科学与工程学院教学办副主任，自然科学助理研究员，主要从事管理学研究；毕广利（1981—），男，吉林磐石人，博士，兰州理工大学材料科学与工程学院教授，主要从事新型镁合金材料研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）37-0060-04 ［收稿日期］ 2023-06-30

一、教学创新背景与时代要求

20世纪80年代，中国通过改革开放抓住经济全球化发展机遇，不断健全、完善国内工业体系，成为“世界工厂”，但随之带来的资源、环境等问题严重影响了中国经济发展质量，对此，国家利用经济全球化优势推动产业升级，并提出以创新驱动为主导、以国家价值链重构为手段的产业升级战略［1］。目前，经济全球化遭遇“逆风逆流”［2］，面对错综复杂的国际环境，要抓住机遇应对“百年未有之大变局”，完成产业升级，提升国际竞争力，实现中华民族伟大复兴，这也对我国高等教育人才培养提出了新要求。

为积极主动应对创新驱动的产业升级和科技革命，培养满足国家发展需要、与未来工业发展方向高度匹配的优秀人才，教育部积极推动新工科建设，并在2018年的《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》中明确指出建设高水平本科教育的基本原则。自此，在新工科背景下，中国高等教育拉开了教学创新探索与实践的序幕。

二、地方工科高校量大、面广课程教学创新面临的挑战

在中国高等教育中，普通地方工科高校承担着为地区经济培养人才的重任。目前，部分地方工科高校设置的课程更倾向进行教育效率更高的大班授课，尤其是量大、面广的公共基础课程和学科基础课程。2017年，刘献君［3］指出大班授课是教师以课堂讲授理论为主，针对课程重点和难点，解决共性问题，提高教育效率的一种有效方式。然而，过于追求教育效率就会影响教育效果，脱离教育效果的教育毫无意义。由“格拉斯-史密斯曲线”［4］可知，学生成绩随班级规模减小而升高，尤其是降至15人以下，学生成绩显著提高，教育效果最好。然而，对于教学资源紧张的普通地方工科高校，小班教学因成本过高［5］，教育效率偏低，其在量大、面广课程中进行全面推广并不现实，因此，如何在大班授课的基础上，提高教育效果，实现教育效果和教育效率的统一，培养满足符合地方企业要求的复合型创新人才，成为地方工科高校量大、面广课程教学创新必须解决的首要问题。

文章以“工程材料”课程为例，根据其呈现出的量大、面广课程在培养复合型创新人才过程中存在的共性问题，分析了课程在提高教育效果的教学创新中面临的挑战，具体如下。

（一）授课专业多，毕业要求不同，能力培养错位

“工程材料”作为机械类及近机械类专业课程体系中的必修学科基础课，其课堂教学均采用多专业合班制上课，不同专业的培养目标不同，支撑培养目标达成的毕业要求也不尽相同，这就导致一个教学班有多个不同的能力培养要求教学大纲，如何在统一授课情况下，满足不同专业对学生能力培养的要求，成为教学创新的第一个挑战。

（二）授课学时有限，育人导向不明确

“工程材料”隶属于自然科学课程，更强调对学生知识体系、逻辑的构建和解决复杂工程问题能力的培养，其在意识形态方面的育人功能多处于碎片化、朦胧化状态，尤其是在授课学时压缩背景下，课程的育人导向功能进一步被压缩，育人目标不清晰。对此，如何在授课学时有限的情况下，强化、突出课程思政的育人功效，成为教学创新的第二个挑战。

（三）教学手段单一，缺乏吸引力

在实际大班授课过程中，为保证教学进度，教师选用的教学模式多以快节奏的知识灌输为主，教学手段单一，且在教学过程中更注重教师的“教”，学生往往扮演着配合者的角色，同时还会因为课堂缺乏“温度”和引导性教育，配合度不高，这些都可能导致教师在深挖课程的高阶性和创新性时出现偏差，无法有针对性地提升课程的挑战度，从而难以培养学生解决复杂机械工程问题的能力。对此，如何丰富教学手段，提升课堂吸引力，真正做到以学生为中心，提高知识、能力、素质培养的教育效果就成为教学创新的第三个挑战。

（四）教育效果评价方式单一，不利于教学反思及持续改进

与大班授课的单一教学手段对应，其教育效果的评价方式也较为单一，无法真实反映课程对学生知识、能力、素质的培养情况，由此获得的教学反思会出现较大偏差，不利于教育效果的持续改进。对此，如何综合课程教学要求、毕业要求，形成真正反映学生知识、能力、素质教育效果的评价方式，进而支撑课程持续改进，成为教学创新的第四个挑战。

三、以学生为中心的“三化、二评、一改”教学创新探索实践

针对上述难题挑战，结合“工程材料”课程教学创新实践情况，本文提出以学生为中心的“三化、二评、一改”的教学创新实施方案，具体实施路径如下。

（一）优化教学目标

现有各专业的“工程材料”课程大纲中，虽然明确指出了课程的教学目标和毕业要求，但仍处于“两张皮”的状态，即各专业教学目标是一致的，但教学目标对应的毕业要求则有明显差异，这种同一教学目标与不同专业毕业要求的简单对接，在实际教学过程中无法明确和有效指导学生能力及素质的培养，甚至会出现教学活动设计的“厚此薄彼”现象，且课程大纲中描述的教学目标体现的能力培养是低阶的，只构建到对知识的理解和应用，对利用“元知识”从社会、健康、安全、法律等角度分析复杂机械工程问题，评价和提出解决方案等并未充分体现。对此，本文立足知识传递、注重能力培养、关注素质提升，对“工程材料”课程教学目标进行了优化。

1.明确知识目标。不同专业学生对工程材料的基础知识需求是相同的，因此，知识目标面对的是所有选课专业的学生，在其确定过程中，已有知识体系中的重点、难点仍在知识目标中体现，并进一步细化。优化后的知识目标明确了学生对课程各章节知识点的掌握程度，对学生的学习效果提出了要求，更具指向性。

2.解析专业技能目标。专业技能目标需以不同专业的能力培养结果为导向，分析各专业毕业要求指标中对专业能力培养的要求，结合相关知识目标进行不同专业的“个性化”培养。专业技能目标的确立，将课程的知识目标和专业毕业要求中的能力培养有机联系在一起，使各专业毕业要求真正落实到课程教学过程中，有利于结合课程评价和毕业要求评价。

3.凝练综合能力与素质目标。毕业生在工作中会遇到各种各样的工程问题，如何联系实际情况提供合适的解决方案，就成为课程培养的高阶需求。因此，课程需结合不同专业的专业技能目标和毕业要求中的“软要求”，制定相应的综合能力与素质目标。综合能力与素质目标的确定，明确了课程对毕业要求中“软要求”的支撑，是课程最终教育效果的体现。

优化后的教学目标以通用的知识目标为基石，利用专业技能目标和综合能力与素质目标搭建课程教学目标与各专业毕业要求的桥梁，通过对知识、技能、综合能力和素质目标进行有机整合，优化后的教学目标不但为各专业毕业要求提供了有力支撑，还对学生高阶思维及正确“三观”的培养提出了要求，充分体现了教学目标的高阶性，呼应了习近平总书记“培养什么人、怎样培养人、为谁培养人”［6］的教育三问。

（二）重构教学内容

“工程材料”课程原有的教学内容主要以知识体系的搭建为中心，在教学过程中易产生教学主体偏移现象，为了实现优化后的教学目标，切实满足知识、能力、素质培养需要，本文结合选课专业的特点，围绕教学目标，遵循材料成分、组织结构、性能、制备/加工的实验规律，对教材内容进行了解构与重构，重新搭建了以学生为中心的学习体系。具体教学内容重构结果如下：将机械领域最常见金属材料的组织结构特征、性能、成形、加工、改性及适用工况分成三个单元模块成脉络进行设定，单元1、2、3均以教师讲授为主；将非金属材料的性能、基本特征及适用工况单列成一个学习单元，即单元4，该单元以学生为主体，参照金属材料的学习维度，通过查阅相关资料，以学生的视野、角度进行自主学习，激发学生学习的创新性；单元5是对前4个单元的总结和应用，教师以实际工程案例为引导，解析工程设计制造中的材料选择和应用；单元6为选材专题训练，学生通过对实际工程项目的选材用材分析提升综合能力和素质。在重构教学内容中，教师讲授围绕基础知识引入工程实际和学科前沿，拓展了教学内容的广度和深度，适当增加了难度和挑战度，有效支撑了高阶教学目标的达成。

（三）“三化”教学方法

为解决大班授课教学手段单一、课堂缺乏吸引力、育人导向有缺失的教学痛点，本文根据优化后的教学目标要求和重构的教学内容特点，依托学习支持平台（学习通、腾讯会议等），采用了多元化教学手段，以结果为导向设计“教学过程互动参与化、问题导向化、案例导入思政化”的教学活动。

1.课堂教学。对于未来服务于机械行业的机类及近机类专业学生来说，其接触的机械零部件大多是金属零部件，因此，在重构的教学内容中，以教师讲授方式介绍的单元1—3是课程的教学重点，由于该部分内容较抽象，且与实际生产联系紧密，相关概念需要结合生产实际进行理解性记忆，所以在介绍新知识时，有机引入关键问题和蕴含思政元素的实际工程案例，通过设计符合“三化”要求的教学活动提高教育效果。如在讲授铸态组织缺陷——气孔时，以我国飞机试飞过程起落架的失效为案例，结合实际失效分析方案，引导学生讨论、分析失效原因，激发学生的好奇心，找出气孔的成因和影响，启发学生思考克服气孔这一缺陷的措施，该案例背景（中国航空发展历程）具有思政内涵，这种案例导入思政化与教学过程互动参与化的联合，使德育以润物无声的形式伴随智育同时进行，不仅使学生了解了社会主义核心价值观，还极大地激发了学生科技报国的家国情怀和使命担当。

2.线上翻转。在重构的教学内容中，单元4以非金属材料为对象，学生参照单元1—3金属材料的学习维度，参考教材内容，以“材料成分、组织结构、性能、制备加工工艺及适用工况”为主线进行自主学习，并以6人为一组，以讲述形式录制该单元内容的翻转视频提交至学习通平台，教师通过腾讯会议进行线上点评。此教学活动有效培养了学生的学习迁移能力、自主学习能力和团队合作能力。

3.项目式教学。在讲授单元5的过程中，教师结合实际工程选材问题，介绍常见工程零构件在不同服役环境下的失效模式，分析其失效原因及针对失效进行的工程选材原则，并以“锉刀选材”为例，讲解如何应用单元1—4的知识，解析工程设计制造中材料选择和材料成形、加工路线制定的原则；在随后的单元6中，针对不同专业学生布置与专业相关零件选材的项目式作业，相同专业学生仍以6人为一组，制作选材PPT并录制选材视频上传至学习通平台，教师通过腾讯会议进行线上点评。项目式教学有效提升了学生的综合能力和素质。

（四）“二评”教育效果