混合教学模式在冶金工程专业综合实验中的应用

来源:用户上传      作者:路焱 陈伟东 李艳芬 李杰 李建超

　　摘  要 基于冶金工程专业实践课程的内容与特点，应用目标特征导向式、线上线下结合式、实验设计与分析式等教學模式，对该专业的综合实验展开研究。研究结果表明，上述教学模式在课程中的应用程度各不相同，多样化的教学模式能够丰富工程实践类课程的教学思路，有助于学生提升学习成效，教师深化教学理念。
　　关键词 混合教学模式;冶金工程;综合实验;工程实践
　　中图分类号：G642.423    文献标识码：B
　　文章编号：1671-489X（2019）21-0120-03
　　1 引言
　　作为传统工科的冶金工程专业承载着冶金领域工程技术人才的培养重任，其目标为培养具有较强的工程实践能力和解决复杂冶金工程问题能力，具备自主学习意识和在实践中自我提高的能力，适应国内、国际人才市场需求的高级工程技术人才。其中，对工程实践能力的培养尤为重要，并且在高等教育界普遍认同以教育成果为导向实施人才培养的教育体系[1]。据文献报道[2]：部分发达国家如韩、美、日等国的高校，至少有八成的课程应用了混合教学模式，我国超六成以上的高校也已经将线上课程管理系统作为混合教学模式的技术支持。基于此，传统的教学方法和教学模式将发生变化，如冶金专业综合实验、冶金工程设计、毕业设计等一系列实践教学环节都将受到波及，应注重工程实践教育的成效，以适应新形势下的教育理念。
　　冶金工程专业的综合实验课程教学大纲（2017版）中规定：实验学时数为两周，开课学期为第六学期末，主要教学内容分为稀土模块、有色金属模块、黑色金属模块三部分。目前，综合实验中所采用的教学模式有实验设计和研究分析两种：实验设计教学模式偏重于对实验方案和流程的设计，能够使工程中的设计思路贯穿实验全过程;研究分析则偏重于对既定的实验内容进行详细解析。这两种教学模式也是目前国内多数工科高校中实验类课程所普遍采取的模式，体系成熟可靠，模式具备较强的实用性，但是形式上依旧存在单调、创新性不足等缺点[3]。
　　因此，在提倡创新性和多样化的今天，针对传统教学模式的改革已成定局，打破常规面授方式，将部分教学内容移植给学生自学完成，教师严格监管把控，形成多样化的混合教学模式，则成为众多高校所采纳的新形式，也是教学模式创新的必经之路。本文将探索混合教学模式在实践类课程中的应用价值，以期可以丰富综合实验混合教学模式的相关理论。
　　2 冶金综合实验课程教学模式现状
　　教学过程趋于传统，应用化程度偏低  传统的冶金综合实验教学过程为：首先，冶金专业系部根据教学大纲指派综合实验的教学任务;接着，由专业教师将课程教学大纲中的实验题目下发给学生;最后，学生接受题目进行实验。在此过程中，学生参与感很低，没有自主选择实验题目的空间，易造成受教育的盲从;若依据工程教育模式，“设计”思路在实验过程中没有体现，势必会造成教学过程的固化。此外，实验的题目拟定环节存在较多问题。教学任务提出的要求是先由专业指导教师集体讨论并拟定实验题目，再由专业负责人进行题目审核，审核通过后才可下发。但在现实中，很多实验题目的制定并没有严格遵守教学规范，甚至流于形式，导致实验题目会出现陈旧、僵化、不切实际等情况。上述情况直接影响到学生进行综合实验的兴趣和热情。
　　实验设计—研究—分析的流程存在瑕疵  现阶段的综合实验流程为：实验设计阶段—研究环节—分析阶段，每一个环节的教学时间比例基本为1：2：1，即总共10天的教学周期中，实验设计和分析阶段各占2.5天，研究环节占五天。这一时间分配方法在近三年的实验过程中被发现存在问题。通常学生在进行实验设计前需要查阅一些文献资料，整理归纳后提出具体实验方案，交由指导教师审阅同意后方可进行下一步骤。这个阶段的时间则会随学生文献检索及应用能力的不同产生差异，对个别综合能力欠缺的小组，无法保证实验方案一次通过，将造成第一阶段的时间延长，影响后续其他环节的推进。在研究环节和分析阶段，对学生的工程实践和团体协作能力同样提出较高要求，这两个阶段的时间也存在差异。
　　在研究阶段和分析阶段，研究内容和分析形式较为单调。如稀土模块实验内容是对铸钢或者铸铝进行稀土合金化处理，而对于冶金工程专业来讲，稀土模块实验内容应该不局限于稀土的火法处理过程，还应该扩展到湿法冶金处理的领域，因此在实验内容方面有所欠缺。研究形式是教师现场指导，学生实施完成，采集实验结果及相关研究数据进行分析。综合分析需要很强的逻辑推理与信息处理能力，学生作为研究分析的主体，需要上述能力作为支撑。这些能力在学生前面的学习过程中虽然已经得到锻炼，但是锻炼程度和效果依然不明显，导致学生在分析阶段有时会力不从心。
　　分析阶段完成后，理论上应该存在后续的应用环节，但是上述综合实验的流程中恰恰缺乏应用的实践。这一关键环节的缺失，显著地影响课程体系的完整性，对学生实践能力的培养也极为不利，达不到预期的学习目的和培养效果。
　　教学模式的陈旧观念有待更新  我国高等工科院校对于专业实践类课程的重视程度普遍较高，这些高校所设置的综合实验类教学体系基本遵循从理论到实践的原则。如果从近年来热门的工程教育认证的角度去看，学生的毕业要求中明确提出对设计/开发解决方案的具体指标，这一指标的达成必须要重视实践环节的创新、环境保护、文化等因素[4]。而上述因素则被很多高校所忽视，也鲜有教师从教学模式的角度出发去思索和解决，体现在教学现实中，就呈现了教学模式落后、守旧的特征。有部分教师在对待创新性的教学模式时，通常会产生消极甚至抵触的想法，认为传统的教学模式足以完成教学目的，不需要用新方法和新模式来打破原有的习惯，产生思维定式。
　　教学现状对学生和教师的提升进步有着负面作用，在信息化和智能化的今天，合理运用网络与信息新技术，科学掌握新的教学理念和方法已成为教师进步的台阶，需要教师去勇敢迈进。 　　3 混合教学模式在冶金综合实验课程中的具体应用
　　混合教学模式本质上是将多渠道化教育同传统面授式教育有机结合的教学方式，重点突出学生作为教育对象的主观作用，运用新的教育技术和装备来实现以学生为中心的教育目的，更充分地体现教学效果。国内外众多高校常用的混合教学模式种类较多，其中常见的有目标特征导向、分组讨论、线上线下结合、任务驱动、翻转课堂、案例研究、实验设计与分析等。对于冶金综合实验课程，目标特征导向、线上线下结合、实验设计与分析等方式则更为适合。
　　目标特征导向式的应用  冶金综合实验课程是冶金工程专业本科生进入专业课学习阶段的重要环节，起到承前启后的关键作用。该课程可作为部分专业基础课程和专业课程如“冶金传输原理”“冶金反应工程学”“钢铁冶金工艺学”“有色金属冶金学”等的承接环节，侧重于基础理论和工艺的相关知识;又作为冶金工艺课程设计和毕业设计（论文）等专业实践类教学环节的后续阶段，这一阶段则侧重于对专业知识的实践和设计应用。以理论基础和工艺检验为学习目标，将设计应用的实践作为学习特征，进行合理的导向性教学，必然能够显著提高专业教学的成效。
　　解析该课程的教学内容可知，黑色金属模块学习目标是了解黑色金属的熔铸过程及原理，掌握特定钢种的轧制工艺对钢样性能和组织的影响;有色金属模块是掌握铝合金、镁合金等有色合金试样的熔炼、轧制工艺，学会分析有色合金组织与性能间的关系;稀土模块是学习稀土精矿的分解原理及过程，掌握稀土合金化处理黑色及有色金属合金的工艺。由以上内容可知：三部分教学内容皆涉及理论知识和加工或者处理工艺，学习目标都提出应该掌握的原理，形成原理+应用的复合模式。这种前置目标、后置应用的教学模式突出了目标导向的重要性，也显示了实验类课程的教学特征，因此，合理使用目标特征导向式教学方法，能够在具体教学过程中体现出设计、应用等思路。
　　线上线下结合式的应用  大学生正处于信息化和网络化高度发达的时代，将优质的网络教学资源引入实践类课程是一种具备创新性的尝试[5]。综合实验学习周期短、内容较多的问题能够在线上进行处理，应用性较强的问题可以在现场进行解决。因此，冶金工程专业应利用学校的网络教学平台完善实验课程的相关教学资源，如课程特点、教学目标、实验原理及方法、影像及文字资料等，并丰富线上平台的功能，设置实验现象记录、互动交流、考核评价等功能模块。学生需要在综合实验课程开始前一周登录平台进行预习，实验周期中也需要利用平台完成问题解析、实验现象记录等线上任务;再结合线下实验，完善综合实验的教学流程。此外，还可以增加虚拟炼钢平台[6]，以实现网络炼钢操作的训练，完善实验内容，增加学生的实验时间与经验。
　　实验设计与分析式的应用  基于工程教育认证模式的综合实验课程，对设计与分析的理解应该对照认证要求去进行教学。冶金综合实验教学过程中应对“问题分析”和“设计/开发解决方案”这两个指标点进行支撑和服务：“问题分析”指标点中要求学生能够分析和表达冶金领域中的工程问题，并获得有效结论;“设计/开发解决方案”指标点中则要求学生能够具备提出、设计和解决较复杂冶金工程问题的能力。因此，冶金工程专业应在教学过程中要求教学方式和内容更贴近工程认证的思路，尤其是利用设计+分析的混合式教学，使学生能够将工程认证的概念深化并加以实践。如果条件具备，可以适当引入“冶金能源与环境”“绿色冶金与清洁生产”等环保类课程的内容，以丰富综合实验的教学体系，使综合实验对工程教育认证的支撑更加立体化。
　　4 结语
　　综上所述，混合式教学之于综合实验形式和内容的实施提供了丰富的理论基础，为高等工程实践教育的发展提供了一种新思路。同时，随着混合教学形式上的逐渐丰富，实验类的教学环节在执行时又多了一种可借鉴的模型，再辅以新型的教学手段，进行整体规划与实施，最终达到提升学习成效、深化教学理念的目的。
　　参考文献
　　[1]郑静.国内高校混合式教学现状调查与分析[J].黑龙江高教研究，2018（12）：44-48.
　　[2]唐海燕，张家泉.基于混合教学模式的特殊钢冶金专业课程教学[J].中国冶金教育，2019（1）：33-35，39.
　　[3]施曉秋，徐嬴颖.工程教育认证与产教融合共同驱动的人才培养体系建设[J].高等工程教育研究，2019（2）：33-39，56.
　　[4]袁晓丽，张明远，黄青云，等.冶金工程专业综合实验教学改革[J].中国冶金教育，2018（2）：56-58.
　　[5]颜伟，袁清和，李美燕，等.面向工程教育专业认证的工业工程应用型创新人才培养模式探索与实践[J].教育教学论坛，2019（13）：128-131.
　　[6]张波，高泽平，贺道中，等.钢铁冶金专业实验教学方法改革探索[J].实验室科学，2016，19（6）：123-124，129.
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