1 引言
工程教育的发展与工业发展的需求密不可分，工程教育的水平和质量的核心在于培养能够适应工业发展需求的工程创新能力。随着科学和生产技术的迅速发展，高等工程教育对社会经济发展的作用变得越来越重要。经过多年部署建设，我国在2016年正式加入《华盛顿协议》并成为其中的一员，标志着我国高等工程教育的成果得到了国际认可。然而，目前我国高等工程教育仍然在不同程度上存在着“非工程化”的倾向，阻碍了学生工程创新能力的培养[1]。这就对高校工程专业的教学模式提出了更高要求，即改变以往 “以教为中心”的教学模式，更加强调“以学为中心”，并坚持“以学生为中心，以能力培养为核心，以课程目标为导向，持续改进，使学生在知识、能力及素质素养方面协调发展”的基本原则[2]。为了贯彻实施上述教学理念，需要不断探索课程改革的新模式并进行实践研究。基于此，笔者以自身所讲授的《工程材料及成形》课程为例，总结了前人改革的经验并分析了存在的问题，最后结合课程的教学实践探讨了《工程材料及成形》课程的教学改革方法。
2 《工程材料及成形》课程改革现状及存在问题分析
《工程材料及成形》是机械类专业中不可或缺的一门重要科目，具有广泛的知识面和工程实践性。其知识体系涵盖机械、材料和加工等各个方面，学科交叉性极强。同时含有各类加工技术环节及工程应用，因此具有较强的实践性。课程从工程材料与成形技术的应用角度出发，论述工程材料与成形技术的基本理论，介绍常用工程材料与成形技术及其应用，阐明材料的成分、加工工艺、组织结构与性能之间的关系，藉此提高学生的理论与实践相结合、分析问题和解决问题的能力，同时为后续课程的学习、课程设计和毕业设计奠定基础。作为机械大类专业学生的一门主干专业基础课，《工程材料及成形》课程的课程设置和体系还存在一定的问题，主要包括：（1）课程涉及的理论和规律较多，知识点非常琐碎且陈旧，很多概念非常抽象且看不见摸不到，使学生丧失了对课程的兴趣；（2）课程的教学方法比较死板，很多老师的教学模式基本上为照本宣科地讲述需要记忆的知识点，无法激起学生的学习热情；（3）课程的实践性一般，学生无法将课堂上的理论运用到实际的生产中。针对上述问题，国内外大量高校和职业学院，都针对工程材料方面的课程展开了教学改革与创新方面的实践与探索。
2.1 国内工程材料课程的教学改革现状
河南工学院的邓想等[3]针对《机械工程材料》课程存在的问题，制定了培养高素质人才、应用型人才的教学目标，要求学生不仅要掌握基础知识，还要具备自主思考问题、解决问题的能力。利用优化教学内容、改进教学方法、采取多样考核方式等手段进行了课程的改革与创新，并进行了教学实践，取得了良好的教学效果。张家界航空工业职业技术学院的王波[4]详细分析了机械工程材料课程的教学现况，认为目前的课程教学的主要问题为：（1）教学方法缺乏多样性和创新性；（2）实践不强，没有学习的目的；（3）忽略了实验教学。针对上述问题，其通过如下方法进行了教学改革实践：（1）利用信息化教学方式；（2）变革课堂教法，调动学生学习热情；（3）注重实验教学，强化教学实践。这些方法激发了学生学习的兴趣与主观能动性，取得了较好的教学效果。淮阴工学院的杨忠美[5]也提出了工程材料课程教学改革与教学方法，包括以学生为中心、利用网络互联信息技术、做到理论联系实际、给予学生更多的实践机会等，有效提升了学生的课堂参与感，也让学生的动手实践操作能力得到了更好的锻炼与提升。广东海洋大学机械与动力工程学院的文成[6]等提出了混合式教学的改革思路与措施，结合线上线下双重考核的方式，将“过程考核”与“结果评价”相融合，激发了学生的学习兴趣，强化了学生的专业技能，提高了学生的工程设计和创新能力。
2.2 国外工程材料课程的教学改革现状
笔者曾在美国威斯康星麦迪逊大学获得硕士学位，在美国爱荷华大学获得博士学位。在威斯康星大学就读期间，笔者担任过一个学期的“Manufacturing Processes (制造过程)”课程的助教；在爱荷华大学就读期间，笔者担任过三个学期的“Manufacturing Processes and Automation (制造过程与自动化)”课程的助教。上述两门课程与国内高校开设的《工程材料及成形》课程在课程内容上有大量相似之处。在担任助教期间，笔者观察到上述两门课程的一些显著特点：（1）课程非常注重学生的实践能力的培养，课程实验的比例极高，课程实验与理论课的课时比基本可以达到1:1.5左右；（2）学生在课堂上的参与度很高，课堂气氛非常热烈，学生与教授的沟通非常有效；（3）教授在每个学期都会安排学生到学校附近的制造业公司或者机械展览会参观实习，以帮助学生深入了解目前制造业发展的最新动态，提高其工程设计和创新能力。同时，笔者课程组其他成员在在英国及瑞典访问交流期间，也同样发现欧洲著名高校非常重视学生的理科思维训练和工程培训。例如英国帝国理工大学的学生除了设置基本的工程设计类课程之外，还提供了大量的数理课程供学生选修，旨在培养学生的理科思维能力。对于《Engineering Materials》这门课程，英国高校多采用演示模型、实例分析及小组讨论等灵活多样的授课方式和教学模式，旨在培养学生学习的能力和兴趣，并非只是进行知识的输送。瑞典皇家理工学院机械专业学生学习该课程时，均需要1~2 周的课程设计，加强学生对材料成形原理及方法的训练，从而提高学生的学习能力。对比于这些国际上知名高校的教学方式，国内高校机械工程专业开设的《工程材料及成形》课程的课堂授课方式主要是知识输送，缺少课堂上的小组讨论与师生互动，同时课程实验和实践环节比例较低，学生对于知识的理解过于抽象，无法做到学以致用。
2.3 存在问题分析
由此可见，《工程材料及成形》不同于一般课程，它涉及的知识面广、知识点多、理论性很强、与生产实践结合非常紧密。虽然目前国内外高校和职业学院在工程材料课程方面进行了大量的改革与创新，但仍有一些新的教学方法与模式值得探索，例如：如何将课程思政元素更好地融入本课程中，实现课程知识点与思想政治教育的有机融合，激发学生的创新意识与民族自豪感？如何将本领域最新的科研成果融入课堂，有效地引导本科生参与到科学研究中，提升其创新思维和思辨精神？因此，针对机械工程专业开设的《工程材料及成形》课程，根据学生的基础和专业特点，进行新一轮的教学方法与模式的改革与探索，进一步完善《工程材料及成形》课程的教学体系，实现教学、实践与立德树人目标的融合创新，成为授课教师面前亟待解决的核心问题。
3工程材料及成形教学改革方法与实践结果
3.1 改革方法
《工程材料及成形》是机械工程专业本科生的一门关键性的专业基础课程。针对《工程材料及成形》课程教学过程中存在的知识点琐碎、教学内容陈旧、教学方法单一、思政元素较少、课程实践性不强、学生学习积极性较差等问题，笔者提出将课堂知识、实践能力与立德树人三方面教学目标进行融合创新的教学理念。通过对于课程教学内容、教学模式和教学方法的持续优化，最终达到教学、课程实践与课程思政三方面目标的协调统一，使学生在知识、能力及素质素养方面协调发展。具体的改革方法分为以下三个方面：
（1）优化教学方法和教学内容
传统工程材料课程教学方法主要以讲授为主，学生在课堂上主要是听讲和记笔记。这种教学方法的问题是教学内容单一，难以激发学生的兴趣和积极性。针对上述问题，笔者在自身教学工作中开展了对工程材料课程教学方法和内容的改革创新尝试：在课堂教学方面，采用讲授、讨论、互动、多媒体影像资料观摩相结合的方式，使学生参与到课堂教学的过程中，提升学生的学习兴趣；在实验教学方面，通过实验操作让学生亲身体验材料的性质；在案例教学方面，将与本课程相关的最新学术成果和工程应用融入课堂，帮助学生了解本课程所涉及内容的科学前沿和工程应用。
（2）将思政元素融入课堂教学
“把思想政治工作贯穿教育教学全过程”是习总书记在全国高校思想政治工作会议上提出的重要指示，也是能否全面落实立德树人这一重要任务的关键举措之一。基于上述指示，笔者尝试在教学过程中充分梳理、挖掘、提炼《工程材料及成形》课程中所蕴含的思想政治教育元素和所承载的思想政治教育功能，凝练形成本课程的教学育人目标；编制完成独具特色的课程思政教学内容，挖掘每一章中蕴含的思政元素内容，优化教学载体和形式，融入课程的课堂教学各环节。
（3）引导学生参与学科竞赛和科学研究
《工程材料及成形》课程实践性很强，其中包括工程材料学、热处理、铸造、塑性成形、焊接等，非常考察学生综合运用知识的能力。为了增强学生的工程实践能力，帮助其在实践中加深对知识的理解和感悟，笔者在教学过程中积极引导学生参与本课程相关的各类创新竞赛，同时邀请企业专家进行讲座，帮助学生了解本课程相关知识在工程实践中的应用；将科学研究内容融入课堂，帮助学生了解最新科学前沿。
3.2 实践结果总结与分析
在提出上述改革方法的基础上，笔者在自己承担的《工程材料及成形》课堂教学中将方法付诸实践，取得了良好的教学效果，同时获得了教学督导和学生的积极反馈和一致好评，具体总结与分析如下：
（1）运用互动式启发式教学，增强学生的课堂参与度
笔者在课堂教学中，一改之前照本宣科讲述需要记忆的知识点的“填鸭”式教学模式，践行了以学生为中心的互动式启发式教学模式。在课堂上多次尝试翻转课堂手段，运用 “一对一问答”、“一对多问答”、“自由式讨论”等师生互动方式，帮助学生积极参与到课堂的教学过程中，引导学生主动思考，加深对于知识点的理解。例如，笔者采用“问卷星”软件，在教学PPT上设置二维码，引导班级全体同学扫码回答思考题，极大提升了学生在课堂上的参与度。上述实践方法取得了优异的教学效果，学生课堂参与热情明显提升，课堂抬头率达到90%以上。同时，班级期末考试的平均成绩也较之前学期有了显著提升，实践方法也得到了学校教学督导的高度认可。最终，该课程的学生评教成绩达到了100分，证明了改革方法得到了学生的一致好评。
（2）开展多资源融合教学，教学效果显著提升
《工程材料及成形》与生产实际结合紧密，具有较强的实践性，学生在学习过程中无法经常到生产现场学习热处理和材料加工工艺和设备。基于此，笔者在本课程的教学过程中将相关知识点的影像资料引入课堂，作为课堂教学的辅助手段。多媒体影像具有形象、生动、直观、动态的特点，显著增大了课堂教学的信息量，增强了教学内容的吸引力和趣味性。与此同时，课程还设置了8个学时的实验课程，学生可以亲自动手进行金相样品的制备、观察铁碳合金和的平衡组织、进行钢铁材料的热处理，加深了学生对于不同成分和不同工艺处理过程对于材料组织和性能影响的认识和理解，提升了其更具实际工程要求和材料性能合理选材的能力。最后，笔者在每次课后都布置了一次课后作业，帮助学生加深了对于课程知识点的理解和记忆。通过上述改革手段，学生强化了理论知识，学习兴趣得到激发，动手能力得到显著提升，学生们也明显感觉到学有所用，教学效果显著提升。
（3）将思政元素融入课堂，激发学生民族自豪感
为了实现《工程材料及成形》立德树人的课程目标，任课教师不能仅仅作知识的搬运工，更需要注重培养学生正确的人生观、世界观和价值观，展现出为国家培养高素质综合性人才的责任感和使命感。基于此，笔者在课堂教学过程中充分将思政元素融入课堂教学，深入挖掘本课程知识点背后的思政教育元素。例如，在讲述晶体材料的原子排列时，引入中科院沈阳金属所卢柯院士在细晶软化方面的最新科研成果，鼓励同学们勇于突破桎梏，不断创新；在讲解低合金高强度结构钢时，通过在课堂上介绍南京长江大桥建造时使用的Q345钢、建造鸟巢时使用的Q460E钢以及“辽宁号”航母甲板用钢等，帮助同学们了解我国科学家在科学技术领域不断突破、奋勇创新的光辉事迹。通过上述实践，课程知识点与思想政治教育得到了有机融合，同时也培养了学生的创新意识和工匠精神，激发了学生的民族自豪感和爱国热情（图一）。
（4）积极引导学生参与实践活动，提升工程设计和创新能力
作为一门实践性极强的工科课程，《工程材料及成形》课程教学的最终目的还是提升学生将理论运用与实践的能力，帮助学生真正做到学以致用。为此，笔者在教学过程中鼓励学生积极参与国家和学校组织的各类与课程相关的创新竞赛，包括全国大学生金相技能大赛、全国大学生焊接创新大赛、全国大学生热处理工艺大赛等。通过课堂知识的教学、对比赛的积极准备和赛场上的友谊发挥，多位同学在全国焊接创新大赛上获得一等奖、二等奖和三等奖的优异成绩。同时，笔者联合课程组其他老师，积极与埃斯顿自动化、江苏苏美达集团等先进制造企业建立联系，邀请上述企业专家为学生开展讲座。讲座活动帮助学生了解了工程材料和相关技术在工程实践中的最新应用。同时，上述企业也积极为学生创造了赴企业进行生产实习的机会。上述举措极大地强化了学生们的专业技能，提高了其工程设计和创新能力。
（5）将课堂与科研相融合，帮助学生掌握最新科学前沿
目前，《工程材料及成形》课程教学内容所涉及的知识点还较为陈旧，本领域最新的科研成果并未出现在现有教材中。因此，笔者在课堂教学中针对这方面问题开展了相实践。依托东南大学机械工程学院先进焊接与增材制造研究所，笔者将科研项目中与本课程相关的最新学术成果，如搅拌摩擦焊、增材制造、先进激光加工、智能制造等相关内容融入课堂，这一方法有效地帮助学生了解最新的科学前沿。同时，笔者还积极引导课堂上的本科学生加入机械学院科研团队，参与科学研究。这一举措有力地培养学生了刻苦钻研、严谨求实、团队协作的态度与意识。
4 结 论
《工程材料及成形》是机械工程专业本科生的重要专业基础课程，有助于培养学生的实践能力和自主创新能力。本文根据《工程材料及成形》课程在传统教学理念和方法上存在的问题，提出将课堂知识、实践能力与立德树人三方面教学目标进行融合创新的教学理念并进行了教学改革和实践研究。研究结果表明改革方法取得了卓越成效，学生课堂参与度明显提升，开始乐于主动思考。同时，通过积极引导学生参与各类课程相关的创新竞赛和科学研究，学生的在实践能力和自主创新能力有的很大提升。最后，通过将思政元素融入课堂教学，深入挖掘了本课程知识点背后的思政教育元素，实现知识点与思想政治教育的有机融合，激发了学生的民族自豪感和爱国热情。本研究工作为《工程材料及成形》课程的改革提供了较好的参考。相信经过不断的改革创新，一定会继续提升本课程的教学效果，从而培养出更多满足社会需求的创新型人才。
参考文献
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作者简介：王青华，1990-，男，黑龙江双城，博士，东南大学机械工程学院讲师，硕士生导师，主要从事工程材料及先进制造教学方面的研究。