《金属塑性变形与轧制技术》课程混合式教学实施策略

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　　摘要：在对高职院校《金属塑性变形与轧制技术》课程教学现状分析的基础上，提出了“鉴-教-竞-学”联动的混合式教学模式。运用虚拟仿真实训系统、真实生产设备、在线课程资源、在线交流平台等教学载体，解决了教学内容与企业岗位衔接不足、学生学习兴趣不高、课证分离、赛教脱融等问题。实践证明，混合式教学的实施显著提高了学生的满意度，增强了师生的获得感，对于提升人才培养质量和教师信息化教学水平起到了促进作用。
　　关键词：混合式教学;人才培养质量;教师信息化教学
　　高职院校专业课程教学内容应当遵循职业教育发展规律，符合学生认知特点和技术技能人才成长规律，体现“服务区域发展、促进高效就业” 的教学方向。作为与现代冶金产业典型工作岗位对接的一门专业核心课，《金属塑性变形与轧制技术》知识体系具有复杂抽象性，技能实操项目呈现高危高耗性。传统的“讲-练-训”教学模式往往使学生陷入“填鸭式”被动学习的窘境，长此以往学生会对课程甚至专业产生畏惧感和排斥感。
　　混合式教学典型特征表现在信息化资源的有效整合、教学模式的多维创新、教学空间的横向拓展、教学时间的纵向延伸等方面[1]，科学合理地实施课程混合式教学改革能促进专业人才培养水平提质增效，增强学生和教师的获得感[2-4]。笔者以“鉴-教-竞-学”联动教学模式改革为牵引，对课程进行顶层设计，对知识点和技能点按照典型工作岗位进行解构和重构，借助清华平台将重难点以MOOC、微课、仿真虚拟视频作为主要线上教学载体，着重分析了近3年的混合式教學实践的成果，并为同类院校专业课程教学模式改革提供借鉴和参考。
　　一、课程教学现状与问题
　　在国家钢铁制造产业宏观调控和自身产业结构优化的双向作用下，全球钢材产品的供需关系趋于利好方向发展。以江苏沙钢集团、中天钢铁集团为例，不仅对烧结、炼铁、炼钢、连铸、加热炉、轧制、品检七大岗位进行全面质量管理和设备工艺升级，还针对高端优特钢系列产品扩大投产，相继发布了未来几年高技能人才需求书。仅仅上述两个企业与天津某高职院校签订的中长期冶金类人才订单班达到5个，规模超过180名学生。通过表1映射出，作为高端技术技能人才的供给侧，同类高职院校为增强服务现代冶金产业发展的能力，势必以核心课程群为重要抓手，通过核心课程与典型岗位在新工艺、新设备、新技术等方面同步升级，确保了人才培养质量的稳步提升。
　　近几年在国家政策红利的引导和支持下，国内高职院校混合式教学改革虽然取得了阶段性成效，但课程选择性窄、顶层设计理念滞后、线上资源量多质劣、推广性较差等问题愈发凸显。《金属塑性变形与轧制技术》一直被固化为冶金背景高职院校的专业核心课，其重要性不言而喻，相关课程的设置主要集中在第二产业装备制造大类和能源动力与材料大类所属专业，其相关课程分布情况见表1。
　　通过较长时间的课程改革，基于工作过程系统化设置课程教学情境和工作任务已经成为国内大多数材料类专业的风向标。以本课程为例，教学的实施主体往往根据冶金企业各岗位实际要求来设置教学情境，各教学情境中设置不同的典型工作任务，教学过程中通过仿真模拟操作、校内集中实训、校外实训基地实地演练来提高学生的动手能力，突出工作过程中的“做中学，学中练”。但由于材料类课程知识体系复杂，知识点抽象，技能操作高危等特征，使得多数院校在《金属塑性变形与轧制技术》课程教学中出现各种问题。
　　（一）以主观臆断为依据导致了学情分析不透彻
　　学情分析是通过一系列科学方法系统研究被教育者的知识结构、能力水平、综合素养等方面，以便有针对性地制定教学方案，开发利用学习资源，从而保障教学实施的质量。笔者从学生学前摸底、教学过程分析、教学效果反思三个维度进行调研。学前摸底包括新生的入学分数、生源结构、学习意愿、接受能力、基本素养等;教学过程分析包括学习状态、教学进度、作业质量、技能进展等;教学效果反思包括学生获得感、考核成绩、资源有效应用、教学评价等。参与调研的3所同类院校（其中国示范1所，骨干1所）往往缺乏学情分析工作的顶层设计和系统研究，主要表现在忽视学前摸底的细致调研，对于教学过程分析和教学效果反思也分派给授课教师自主完成，这就使得教学实施主体对学习者仅仅通过主观臆断即开展了教学任务，导致教学方式与学习特征不相容、教学内容与学习能力不相配、教学效果与学习期望不相符的窘境。
　　（二）以知识传授为中心的教学方式禁锢学生的创新性培养
　　学生在认知特征、情感方式、个性结构等方面的巨大差异导致了学习目标、学习内容、学习方式等的多样性和多层次性[5]。调研结果显示，以“教师为中心”的传统的知识传授型教学方式还大量存在，教师通过“知识点引入—重难点讲解—提问互动—任务下达—作业评价”这一标准化教学流程完成课程的教学任务，这种“填鸭式”的教学方式往往在忽略学生个性的同时，也抑制了学生的创造性和创新精神。
　　（三）以教材为中心拖曳了教学内容与新技术新工艺的对接度
　　当前，教学内容改革是高职院校课程改革的痛点。《金属塑性变形与轧制技术》课程对接现代冶金企业轧制成型、热处理和品检等重要岗位，为顺应国际市场对高端产品的需求，倒逼供给侧新技术迭代更新、新工艺优化提效、新设备智能化升级的周期大幅缩小，这对专业教师在教学内容改革中带来了很大的挑战。而在调研院校中发现，通常由于校企合作机制不顺畅，专业教师难以获取先进冶金企业的生产技术资料和设备参数资料;再者，由于近几年高职院校的扩招效应，导致生师比偏高，专业教师不得不承担较大的教学工作量，因此，很难有机会深入企业研习和技术合作;另外，院校的绩效考核机制形同虚设，促使专业教师的“惰性教学”现象蔓延。以上诸多因素致教师长期认定一本教材从而完成教学任务，选定的教材内容与现代冶金新技术新工艺严重脱节，其教学效果不言而喻。
　　（四）以通过率为导向阻碍了考试改革的实效性 　　理解能力较弱、学习主动性较差几乎是现代高职学生的通病，《金属塑性变形与轧制技术》课程的知识点繁多、抽象，采用传统的教学方式几乎很难获得令校方满意的通过率[6-7]。调研院校通常采用期末闭卷考试或过程考核（多次测验）的方式完成教学考核，无论哪种考核方式都存在不同程度的“放水”现象。这种以通过率为导向的考核偏离了改革的本质，也很难反映学生的学习效果。
　　二、混合式教学实践及分析
　　（一）学情分析
　　本研究的实验样本以三所同类高职院校材料成型与控制技术、材料工程技術专业的200名大一学生为研究对象。课题组通过课后问卷方式进行调查，数据表明：超过65.6%的学生不能很好理解铁碳相图、塑性变形原理、轧制过程分析、轧制力矩计算等重难点;近70.9%的学生认为很难在较短的实训课中熟练掌握设备的使用;35.1%的学生对工作环境有排斥感，对设备操作有畏惧感;但超过96.8%的学生接受信息化的意识和能力较强，渴望学到一手技能，就职于高薪岗位。
　　（二）混合式教学策略设计
　　1.混合式教学平台选择。本课程基于清华在线平台实施线上、线下混合式教学改革，该平台可以支持文字、图片、视频、3D动画等多种媒体的呈现，教师可以根据课程教学的需要在平台上进行个性化设置，运用多种教学资源在课前、课后和课中进行教学。课程平台主要栏目包括：课程建设、教学内容、实训教学、教学效果、排行榜、作业与考试、课程资源库、学习指南等。
　　由教务处牵头组织课题组的10名教师负责实施具体教学工作。在研究对象使用两个学年以后，为了深入分析混合式教学模式改革的成效，通过网络问卷、教研总结、学生访谈、成绩对比等方式进行数据挖掘和分析。
　　2.基于学习者和教学视角的学习情境设计。从混合式教学视角，基于移动通信设备、 网络学习环境与课堂讨论相结合创设教学情境，以学生为中心，增强了学生与学生、学生与教师、学生与内容、学生与外部资源之间的交互[8-9]。从学习者视角，基于能力递进与知识内化、技能迁移相耦合创设学习情境（图1），将现代冶金企业的典型生产工序按照教学规律经过解构与重构，依据职业岗位技能标准设置工作任务，最后采用形成性评价与总结性评价相结合的评价机制。
　　3.混合式教学模式下“鉴-教-竞-学”联动方式设计。通过职业标准引领和各级竞赛驱动创新了《金属塑性变形与轧制技术》课程教学模式，形成“标准引领教学，鉴定融入课程，竞赛驱动学习，竞争引入课堂”的“鉴-教-竞-学”联动方式。从实践上，以校企合作研究为途径，从系统论视角和目标驱动[10]、内容主导、支持保障、评价反馈等维度上，在教学内容中系统构建了热处理工、轧钢工、质检工及工艺分析师岗位能力的教学任务体系，并将行业新技术、新标准融入课堂教学，通过校内专职教师、企业技师双主体互动式教学建立了对接产业人才共育的校企合作机制和研赛教结合的创新创业实践平台。
　　（三）混合式教学实施与反馈
　　混合式教学方案核心在于课前、课中、课后的教学设计，依据典型的岗位工作任务设计教学案例，在教学实施过程中融入职业标准，并将过程考核以信息化手段为载体贯穿于始终，以工作过程评价作为学生学习质量考评的重要依据。通过项目导向式和探究式教学方法创设学期情景，利用微课、慕课、虚拟视频、交互平台等信息化媒介开展线上+线下混合式教学。主要实施过程如下。
　　1.课前教学（线上）：发布任务、（学习对象）分解任务、针对性自学、提出问题、交流答疑、完成任务、展示成果、组间互评。
　　2.课堂教学（线下）：问题导入、协作交流、（教师）重难点解析、延展性任务引出、协作竞技、成果展示、生师互评、新任务提出。
　　3.课后教学（线上）：知识固化、完成作业、疑难点互动（平台交流区、微信或QQ群）、成果展示、组间互评。
　　混合式教学评价与反馈主要由5个维度17个指标构成，重点体现学生在线上+线下教学过程中的主体地位，通过课前行为表现、课堂参与度、课堂学习效果、课后学习情况、创新能力方面呈现混合式教学改革的成效性。评价指标也反映了混合式教学过程中的不足之处，教师依据指标体系能够有针对性地进行改进。
　　（四）虚实结合教学案例
　　甄选《金属塑性变形与轧制技术》教学中的典型教学单元“N80石油套管轧制操作”为例（教学流程见图2）。教学任务选用世界上使用最为广泛的主流产品N80石油套管作为教学内容，通过虚拟加工与真实生产操作相结合，合理选用信息技术、数字资源和信息化教学设施，系统优化教学过程。具体教学流程为：教学单元采用线上+线下混合式教学方法，线上主要利用网络课程、资源库、交流平台等多种资源，运用任务驱动法，以案例教学法为主;线下主要应用钢管仿真实训系统、交互式电子屏、移动终端等信息化手段，并运用任务驱动法、演示法、小组讨论法、讲练结合法等多种教学方法。其中钢管生产仿真实训系统由教学团队与企业共同开发，并具有自主知识产权。具体混合式教学实施过程如下。
　　1.课前网课资源与平台交流交替互动。学生在课前通过冶金资源库、课程网站等网络资源了解N80钢管的性能、使用范围，通过网络视频观看钢管轧制操作规程;利用交流平台对教师课前布置的任务进行交流、讨论。
　　2.课中虚拟仿真与真实操作递进互通。（1）课堂教学过程中细致演示仿真虚拟操作过程，示范完成N80无缝钢管热轧工序的操作，学生分组完成仿真虚拟操作;教师通过3D模拟动画对轧制过程进行精细分解，重点讲解轧制变形过程中加热温度、辊距、导距、顶头尺寸、顶头前伸量等变形参数的分析与计算。由各小组针对教师分发的任务进行组间竞赛，并组织各组进行讨论、总结。（2）采用LD-100型冷轧生产线进行冷轧操作演示，过程中利用交互式电子屏讲解工艺制定原则和安全操作规范，演示结束后，学生按各自组别进行任务分解、工艺制定、轧制操作，组织各组进行竞赛、讨论、总结。（3）轧制完成后，通过拉伸试验机对成品管进行性能检验，利用交互式电子屏讲解API操作标准，并应用该标准判定成品是否达标，组织各组进行竞赛、讨论、总结，利用APP端完成学生学习效果反馈。 　　3.课后技能拓展与组间评价协力互勉。课后拓展任务为分组轧制合金含量较高的26CrMo4石油套管。要求各组根据钢管材质的变化制定合理的轧制工艺参数，学生课后通过课程网站以班组为单位完成虚拟操作，最后由各组组长将系统自动生成的成绩报表上传讨论区，学生可以通过各组的完成情况进行组间评价。
　　通过“N80石油套管轧制操作”课程单元混合式教学改革，科学合理运用信息技术解决教学重难点问题等方面的内容，主要表现在：（1）利用仿真实训系统完成无缝钢管热轧工序操作，以解決现代冶金企业高危岗位的实操难题，同时也解决了教学重点。（2）通过3D模拟动画对不可视的轧制过程进行动态精细分解，突破教学难点。（3）冷轧操作工序是在真实生产线上完成，产品检验在真实设备上完成，利用交互式电子屏讲解工艺制定原则和安全操作规范，起到了很好的辅助教学作用。（4）总结讨论阶段，利用APP端完成学生学习效果反馈，能及时了解学生对知识、技能的掌握情况。（5）课前、课后主要采用线上教学，学生通过网课资源及时了解N80石油套管基本知识，掌握基本操作规程，课后及时进行拓展训练，让知识和技能进一步内化于心，整个教学过程网上交流平台贯穿始终，打破了传统教学受时间、空间的局限，显著提升了教学的实效性。
　　三、实施效果分析
　　通过教学满意度问卷方式对试点班级学生进行取样调查，教学满意度设置为线下参与度、线上活跃度、作用提交率、作业正确率和考工（中级轧钢工）通过率5个维度。
　　通过这一调研和清华在线后台统计数据（图3）可以清晰地发现，实验结果满足皮尔逊相关性检验，即学生通过清华在线平台进行线上学习和线下团队协作学习的参与度具有较高的一致性[11]。
　　数据明确表明通过混合式教学显著提高了学生的线下参与度和线上活跃度。线上活跃度高的学生，即积极参加网络互动平台交流和发帖的学生在线下学习也具有积极主动的表现。线上、线下学习参与度越高意味着登录和访问平台的次数越多，学生在参与研讨答疑和反复学习的过程中促进了知识的迁移和内化，也营造了良好的学习氛围，增强了学生的主动性人格[12-14]。这种学习方式显著提升了学习效率，学生作业正确率和考工通过率分别提高了5和3.5个百分点。
　　四、结论
　　借助仿真虚拟实训系统、真实生产设备、在线课程资源、在线交流平台等教学载体，采用线上、线下相结合教学的模式，解决了教学内容与企业岗位衔接不足、学生学习兴趣不高、课证分离、赛教脱融等问题。线上教学通过网络课程资源（微课、慕课、动画、题库等）以及互动平台进行自主学习和交流互动，线下教学实施主要通过探究式和项目驱动式教学方式完成，以企业真实生产项目为载体，通过仿真虚拟系统完成冶金企业高危项目的学习和操作，通过真实生产线+真实任务锻炼学生的岗位操作能力，培养学生的职业素养和团队协作能力。通过材料成型与控制技术专业两年的教学实践证明，该课程线上+线下混合式实施策略在提高人才培养质量和提升教师信息化教学水平方面产生了显著效果，对冶金特色高职课程改革具有借鉴意义。
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