鄧希光 馮長杰 王赫男 農智升 滿田囡

（沈陽航空航天大學 遼寧沈陽 110135）

力學性能在對理工科大學生的培養(yǎng)過程中，實踐教學是對其工程知識、方案設計能力、實際操作能力以及分析總結能力進行提高和塑造的重要環(huán)節(jié)。高等教育中的實踐教學環(huán)節(jié)主要包括課內實驗、畢業(yè)設計、學科競賽等內容。在實踐教學的過程中，教師將理論教學體系與實踐教學體系相結合，以利于提升學生應用專業(yè)知識的能力和創(chuàng)新能力，有利于學生構建扎實的專業(yè)基礎和完善的綜合素質，從而為學生畢業(yè)后從事相關工作打下基礎[1-3]。根據(jù)當代高等教育的教學要求，高校的實踐教學目標主要是根據(jù)專業(yè)需求培養(yǎng)學生全面發(fā)展的能力，包括全面的理論知識水平、動手實踐能力、專業(yè)的職業(yè)精神、自主學習能力和探索能力等[4-5]。然而，在實踐教學環(huán)節(jié)中普遍存在的問題包括：第一，學生學習意識差、學習效率低，學習積極性不足，不能全身心參與到實踐教學過程中，導致教育與學習脫節(jié)；第二，教學模式落后，理論無法配合實踐，不僅限制學生的思維發(fā)展，還會挫傷學生的學習熱情[6-7]；第三，實踐教學涉及的環(huán)節(jié)不全面，如僅注重實際操作而不注重信息收集和方案設計，實踐教學需要學生“邊動手邊動腦”或者“先動腦再動手”，而不是單純從事設備操作；第四，教學效果評估方法單一，往往僅參考學生最終提交的實習實踐報告，無法對實踐過程進行合理評價。針對上述問題，作者在工程材料實踐教學環(huán)節(jié)引入了合作—競爭學習教學模式，經(jīng)過實踐取得了良好的教學效果。

一、競爭與合作在學習教學中的作用

競爭帶動了社會的進步和人類的發(fā)展，因此競爭是人們工作和學習的主旋律，而且各行各業(yè)的發(fā)展均離不開競爭。課堂教學同樣需要競爭，“考試”“分數(shù)”“錄取率”就是競爭的產物。心理研究表明，競爭能夠引發(fā)一系列良好的心理反應，如情緒飽滿、精神煥發(fā)、注意力高度集中、思維活躍等。因此需要把競爭引入教學過程，并創(chuàng)建良好的競爭氛圍。然而，有學者認為競爭環(huán)境僅能激發(fā)班級中優(yōu)等生的主觀能動性，但對學習成績較差的學生會起到反作用，因為這些學生會將含有競爭因素的教學環(huán)節(jié)視為“丟人現(xiàn)眼”的機會[8]。有些教育工作者曾試圖在課程設計中拋棄一切含有競爭屬性的活動，并發(fā)現(xiàn)學生在學習過程中所承受的心理壓力明顯減輕[9]。有研究曾指出班級中競爭環(huán)境會導致學生產生焦慮和沮喪的負面情緒，而不利于建立積極奮進的教學氛圍[10]。競爭的效果因人而異，優(yōu)等生能夠在競爭活動中取得良好的成績，從而獲得更大的心理滿足感和自信，并進一步激勵其更加努力學習；與之相反，差生則因其在競爭活動中的不良表現(xiàn)而背負沉重心理壓力，甚至引起學生的自卑心理，從而導致進一步的厭學情緒。因此，競爭在教學過程中是一把雙刃劍，需要合理設計才能起到揚長避短的作用。

一個有效的教學設計思路是將競爭模式與合作模式相結合，即所謂合作—競爭學習教學模式。在合作的模式下，學生之間不存在任何形式的競爭行為，因而可以有效減輕心理壓力。有對比研究表明，學生在無競爭壓力環(huán)境下通過自主學習獲取的信息量明顯大于競爭環(huán)境中的樣本，獲取信息量最大的樣本組在學習過程中不采用任何形式的打分或者排名機制；此外，如果學生在學習過程中能夠相互合作，無競爭環(huán)境下的學習效果將翻倍[11]。合作的形式包括，對某一論點發(fā)表個人見解并相互評論，就某一問題闡述各自的解決方案并相互討論，在實踐教學環(huán)節(jié)中承擔不同的任務并相互協(xié)作等。為了保持學習團體中的合作氛圍，深化每位學生的合作意識，需要教師在教學過程中培養(yǎng)學生相互尊重、相互包容、助人為樂、取長補短、心胸寬廣等優(yōu)秀品格。

合作—競爭學習教學模式中的競爭模式主要采用團隊—團隊競爭的方式，就如同籃球比賽。團隊之間的競爭能夠有效弱化競爭環(huán)境對個人心理產生的負面影響，但同時能夠激發(fā)個人爭取團隊成功的積極性和使命感，從而有效地起到了揚長避短的作用。為了有效發(fā)揮團隊間競爭的積極作用，需要設計明確的競爭指標，例如籃球比賽的競爭指標就是進球得分。因此，需要將實踐教學環(huán)節(jié)的競爭指標進行合理的量化。

二、合作—競爭模式工程材料實踐教學設計方案

在工程材料實踐教學環(huán)節(jié)中，作者將可量化的材料性能指標作為競爭指標，并將團隊內協(xié)作和團隊間競爭有效地結合在一起，從而設計了以下三個階段的實踐方案。

第一階段為金屬材料最大硬度設計競賽，是指學生分組后同時針對某給定的金屬材料設計熱處理實驗方案并進行實際熱處理操作，目的是獲得該材料的最大硬度值；然后各組在同一時間提交實驗樣品，并由老師進行公開測試，從而確定硬度值最大的實驗樣品和獲勝小組；最終由各組通過演講匯報的形式向所有學生公布其工藝方案以及對最終結果的分析。

第二階段為金屬材料最大塑性設計競賽，其具體形式與上述方案相同，所用材料依舊與上述保持一致，但考查的指標更改為定量描述金屬材料塑性的指標，例如斷后伸長率和斷面收縮率。學生為了使給定材料的塑性達到最大值，其所采取的熱處理方案與使硬度達到最大值的方案可謂完全相反，這就需要學生們完全掌握熱處理工藝的基本原理才能進行合理的方案設計。

第三階段為金屬材料最大抗沖擊性能設計競賽，此階段的方案與給定材料依舊不變，考查指標為定量描述材料抵抗沖擊性能的指標，即斷裂韌性值。由于金屬材料的斷裂韌性與其硬度和塑性均有關聯(lián)，因此設計為最終階段的競賽。學生在進行熱處理工藝設計時，既需要考慮熱處理對硬度的影響，又需要考慮其對塑性的影響，在平衡兩方面影響的基礎上綜合分析，最終制備出具有最大斷裂韌性的實驗樣品，并進行組間對比和交流匯報。

三、合作—競爭模式實踐教學培養(yǎng)目標

上述實踐教學環(huán)節(jié)實現(xiàn)了三方面的培養(yǎng)目標。首先，教授了課程相關的工程知識，能夠將數(shù)學、自然科學、工程基礎和金屬材料專業(yè)知識用于解決金屬材料設計、制備、組織結構、性能表征及相關的復雜工程問題；其次，鍛煉了學生設計和開發(fā)解決方案的能力，使學生能夠針對金屬材料復雜工程問題，設計開發(fā)滿足使用性能需求的材料成分、組織結構、工藝流程、防護方法的解決方案，并能夠在設計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素；最后，鍛煉了學生的溝通能力，使學生能夠就金屬材料生產及使用中的復雜工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進行有效溝通和交流。包括撰寫報告、設計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達或回應指令，若能將英語匯報融入其中，還能夠培養(yǎng)在跨文化背景下進行溝通和交流的能力。除此之外，上述實踐教學環(huán)節(jié)引入了合作—競爭的模式，能夠充分調動學生的參與度和積極性，能夠更加有效地達成上述培養(yǎng)目標。

四、合作—競爭模式下的學習教學行為分析

在進行上述實踐教學環(huán)節(jié)的過程中，在組間競爭的背景下，學生必須深刻理解工程材料力學性能中的三個基本指標—硬度、塑性、抗沖擊性的基本含義和測試方法，因為這是贏得競賽的基礎。如若不能認識競賽核心目標的含義和定量描述競賽目標的方法，后續(xù)的熱處理工藝設計將失去評估的衡量尺度。因在課堂授課環(huán)節(jié)，工程知識是通過講授的方式教授給學生的，其優(yōu)點在于系統(tǒng)性強、覆蓋面廣，其缺點在于調動學生自主學習的效果較差。然而在實踐教學環(huán)節(jié)通過競爭機制對學生施加一定的壓力，并通過教師的正確引導使學生認識到相關工程知識在贏得競賽中的必要性，學生即可自主獲取相關知識。但此形式也具有系統(tǒng)性較差的缺點，因此需要在課程中挑選最重要的工程知識點設計入實踐教學環(huán)節(jié)。

在充分理解相關工程知識的基礎上，還需針對給定金屬材料牌號和狀態(tài)設計相關的熱處理工藝，這是獲得最優(yōu)性能指標的關鍵。方案設計建立在對相關規(guī)律充分掌握的基礎之上，因此需要學生掌握熱處理工藝對給定金屬材料的顯微組織和性能的影響規(guī)律，而且該規(guī)律需要通過曲線或者方程等進行定量描述。老師需要引導學生通過合理有效的手段獲取相關規(guī)律，可以通過查閱文獻或者手冊，也可以通過設計熱處理正交實驗。然而最好的方法是將這兩方面相互結合，鼓勵學生們在查詢已有信息的基礎上有針對性地設計正交實驗，探索熱處理加熱溫度、保溫時間、冷卻方式對給定材料組織和性能的影響，然后在此基礎上優(yōu)選最佳熱處理方案，并在實施過程中正確操作相關實驗設備。只有方案設計合理且設備操作正確，才能夠取得理論上的最優(yōu)性能。組內學生在進行上述工程知識學習、信息收集、方案設計、設備操作的過程中有很多需要相互交流、探討、協(xié)作的環(huán)節(jié)和形式。

教師需要鼓勵組內學生充分參與其中，并發(fā)揮各自的優(yōu)勢。為了能夠以有組織的方式進行組內協(xié)作，教師可編制具有特定格式的過程報告，每位學生在完成報告的同時即為集體項目進度的推進做出了自己的貢獻。以信息收集為例，每位學生可獨自利用圖書館或者網(wǎng)絡資源針對同一問題進行信息檢索，然后在組內進行分享和交流。然而，在方案設計環(huán)節(jié)有可能存在組內分歧，教師需要引導學生有效地進行溝通和交流，解決分歧的最佳手段是進一步深入進行信息收集與分析。只有當學生掌握的知識逐步深入和全面，才可能從根本上解決分歧，實現(xiàn)最為合理的方案設計。設備操作過程需要成員間進行分工協(xié)作，例如操控熱處理爐、試樣裝爐出爐、金相制備、性能測試等具體工作，組內成員可根據(jù)各自特點合理分配。最終需要對實驗結果進行分析和總結，以此判斷最優(yōu)的熱處理工藝。競爭學習教學模式有助于培養(yǎng)學生以下素養(yǎng)和能力。第一，職業(yè)素養(yǎng)，樹立和踐行社會主義核心價值觀，具有良好的金屬材料工程職業(yè)道德和人文社會科學素養(yǎng)，重視社會、環(huán)境、法律和行業(yè)標準的要求，并能用其指導工程應用。第二，職業(yè)能力，能夠綜合運用基礎理論、專業(yè)知識以及科技發(fā)展新知識，并融合相關專業(yè)技術，完成復雜金屬材料工程相關部件、產品的工藝設計、制造，解決金屬材料部件使用過程中的關鍵問題，重視工程質量和產品競爭力，實現(xiàn)社會經(jīng)濟效益優(yōu)化，具有創(chuàng)新思維和科學決策能力。第三，工程素質，能夠融合多元專業(yè)知識，具備綜合運用基礎理論、專業(yè)知識以及科技發(fā)展新知識解決金屬材料工程領域復雜工程問題的能力；能夠自覺遵守工程領域的相關法律、法規(guī)及標準，并正確運用于工程實踐，保證工程或產品質量。第四，綜合素質，能夠針對金屬材料工程問題與國內外成員進行有效溝通，并主動承擔團隊角色。具有團隊合作精神和國際視野，能夠主動學習和跨文化交流與合作。

五、結束語

工程材料實踐教學過程包括信息收集、方案設計、實際操作、總結分析，是完整實踐教學環(huán)節(jié)的四個基本要素，同時將競爭模式和合作模式貫穿于整個教學環(huán)節(jié)。學生在此類合作—競爭模式下的成績表現(xiàn)應參考其完成過程報告的情況、競賽結果情況以及最終的總結交流情況進行綜合評定。教師在合作—競爭學習教學模式下的實踐教學過程中除了應該傳授所需的工程知識，還應該引導學生樹立健康的合作意識和競爭意識。大學不僅僅是傳授知識的象牙塔，更是培養(yǎng)溝通能力和建立合作競爭意識的訓練場，在各類實踐教學環(huán)節(jié)中進行合理設置，可有效地將知識、能力、意識統(tǒng)一起來，實現(xiàn)高效教學。