全英文“纳米表面工程与摩擦学”课程教学体系设计与实践

杨雷 秦立果 李明 李晶 许睦旬

[摘 要] 为顺应国际化教育需求，西安交通大学机械工程学院持续8年开设全英文纳米“表面工程与摩擦学”课程。课程针对留学生知识体系存在差异性、课程内容涉及多个学科、教学范围既广又深的难点，借助思源学习空间等网络教学工具开展线上、线下混合教学，课下提供工程案例视频启发学生思考，课堂上通过问题驱动学生学习，并在课程开设过程中引入实验教学帮助学生理解摩擦学知识，形成了工程问题导引、线上线下结合、问题式驱动的教学特色，为国际化教学提供参考。

[关键词] 国际化教育；全英文授课；纳米表面程工与摩擦学

[基金项目] 2020年度教育部产学合作协同育人项目“钢丝绳摩擦磨损实验台研制与实验开发”（202002108005）；2020年度西安交通大学本科教学改革研究项目“拔尖人才图学思维与工程图学研究型学习方法研究”（20BJ04Y）；2019年度教育部产学合作协同育人项目“基于智能设计与制造对工程图学课程内容与体系的改革”（201901172009）

[作者简介] 杨 雷（1987—），男，陕西咸阳人，工学博士，西安交通大学机械工程学院副教授，主要从事微纳摩擦学、智能传感器研究；秦立果（1986—），男，湖北咸宁人，工学博士，西安交通大学机械工程学院副教授（通信作者），主要从事摩擦学、仿生减阻研究。

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）02-0065-04 [收稿日期] 2021-05-19

引言

全英文教學，不仅能满足留学生教育的需求，还会推动高校教育教学质量的提高，为高等院校的国际化奠定坚实基础[1-4]。为了顺应形势的需要，西安交通大学机械工程学院持续8年开设全英文“纳米表面工程与摩擦学”课程，采用全英文课件、全英文资料与全英文讲授，培养学生高水平的外语表达能力，同时使学生具备较强的国际意识，能够站在全球资源配置角度思考专业问题。该课程是机械工程专业研究生的专业课，涉及多个学科、具有很强的实践性，其主要核心是解决工程问题，其主要内容包括纳米表面制备和测试、摩擦磨损机理等。经过不断探索、改进，将该课程教学体系进行了梳理、调整，改革了教学方法和教学手段，形成了工程问题导引、线上线下结合、问题式驱动的教学特色。

一、教学难点

“纳米表面工程与摩擦学”全英文课程在教学过程中，不仅涉及到授课教师的英文水平需求较高，同时由于学生来源广泛以及课程内容设置有以下难点。

1.留学生比例高，基础不齐。外国留学生选课比例高达85%以上，由于各个国家之间教育水平不同，各个学生的知识体系和基础差异性巨大。

2.纳米表面工程与摩擦学属于交叉学科，涉及材料、力学、摩擦等多个学科领域。由于该课程涉及的学科范围广泛，学生学习呈现“片段化”“分裂化”，往往容易成为一个知识点的记忆，互相之间缺乏联系，导致学生难以理解。

3.该课程需要同时兼顾课程广度与深度。纳米表面工程与摩擦学涉及工程项目及学科前沿，其中工程项目尤其是复杂工程项目往往涉及多个学科知识点，而且该学科发展迅速，如何让学生可以跟随学科前沿，掌握最新研究进展，是教学中的难点。

二、教学体系

授课教师曾在国外学习深造，并积极参与一线教学研究工作，熟知美国、日本、澳大利亚等国家的教育体制和教学方法；实验教师一直在理论教学和实验教学一线工作，有着丰富的教学和实践经验。这些教师多年从事一线教学工作，深谙国外相应课程的教育体系、教学大纲和要求，在大量研究和实验的基础上，量体裁衣地制定了新的教学大纲和计划，制作了PPT和相关资料，建立了一套适合留学生的纳米表面工程与摩擦学教学体系。

该课程包含理论学时40学时，课外实验学时2学时。其中课程理论包括了纳米表面制备、表面力学测试、摩擦磨损机理等，实验包括纳米表面制备、摩擦磨损实验。授课内容安排如表1所示。

三、教学方法

针对本课程的难点，根据教学内容，经过不断探索形成了工程问题导引、线上线下结合、问题式驱动的教学特色，实现的教学方法如下。

（一）结合思源学习空间，开展线上、线下混合教学

思源学习空间是西安交通大学在线教学辅助平台。学生可以在学习空间中查看相关的公告（如期末考试时间通知、教材通知等）和学校教务通知。学生可以进入相应的课程页面，及时查看每一门课有几个未交作业、有几个新课件上传等，从而及时跟进课程进度。本课程主要使用的板块是课程公告、课程作业、课程文件和课程讨论[5-9]。

具体而言，学习空间具备以下三个功能：（1）作为课件及相关资料上传下载的工具。在课程文件区域，教师每节课的课件和相应的预习视频都能及时上传。同时，PPT和MP4文件都可以在线播放。（2）作为作业提交和成绩查看的工具。除了下载课件，该平台最重要的功能是提交作业，并且每次作业成绩也可以在作业版块中进行查询。（3）作为互动和讨论的工具。学习空间主要的互动区域是“课程讨论”模块。在该模块中，教师和学生都可以发帖进行讨论和互动。同时为了提高教学效率，教师在课余时间还采用微信、邮件等多种方式和途径，与学生进行沟通。教师通过网络和邮件布置实验任务，通过网络或面对面的方式，与学生讨论和交流问题。

（二）PBL教学方法

该课程的课程目标定位于掌握基础知识，但课程知识点多，为了让学生了解知识在工程实际中应用并激发学生对学习兴趣，本课程引入PBL（Problem Based Learning）教学方法，尽可能促进学生深度思考[10，11]。该教学共分为两个部分，第一部分是课堂中、后，通过测试促使学生理解教学内容，第二部分是课程结束后，通过最新科研论文阅读，以翻转课堂的形式培养学生创新思维。

本课程引入了基于工程案例视频的测试来帮助学生理解知识点，包括：课前测试和课上测试。在学习空间上的课前测试是很简单的，测验学生有没有掌握基础知识。课堂上的测试通过教师引导，激励学生结合所学知识点思考与探索，激发学生创新思维。

本课程在每次课开始之前上传视频，该视频经过教师挑选属于本堂课程中知识点在工程中应用，帮助学生预习知识，同时激发学生兴趣。在课程中间，为了避免学生陷入课程无聊、知识点无用的做法，教师会抛出问题，并提供1～2分钟的短视频帮助学生理解知识点，并针对该问题在实际中应用进行了讨论。通常教师都会在前一次课上给出下次课的任务，让学生事先查找相关资料，认真预习，这样课堂上教学效果会更好。

为了提高学生创新思维，紧密跟随前沿研究。在创新思维培养环节，以学生为中心，以问题为驱动引入翻转课堂，教师提供丰富的前沿论文资源，根据学生水平给予不同难度的论文，引导学生课外查阅资料、理解论文含义和分析论文中采用的技术手段、未来的探索方向。课上，学生对整个论文内容进行介绍，并分析该论文采用的技术与自己的思考，同时其他同学可以进行提问。最后，教师根据不同学生的汇报情况进行归纳总结，进一步补充学生没有考虑到的考核知识点以及实验注意事项。翻转课堂将传统的“以教导学”转变为“以学定教”，让学生根据自身情况自主规划学习内容，将课内与课外相结合，激发了学生的学习兴趣，充分发挥学生的主观能动性。

（三）工程问题引导的实验教学

高等学校是工程教育的主阵地，应面向工业界培养实践能力强、社会适应能力强的工程技术人才，应增强学生的工程意识、提高其工程素质。实践教学是高校培养工程技术人才的必要手段，是提高学生工程实践能力的重要途径，学生应在实践过程中学习观察问题、发现问题并解决问题的能力。首先，教师带领学生复习相关理论知识，并在期间通过提问引导学生积极思考，掌握有关知识点。然后，教师根据学生不同水平提出不同难度的实验任务。在课外实验环节设置了ECR碳膜制备演示实验及材料摩擦磨损实，帮助学生理解课堂知识点，掌握纳米表面制备工艺及材料磨损测试。实验过程中，教师讲解、学生实践与现场讨论结合，充分调动学生积极性，促使学生掌握、理解等离子体技术、薄膜制备及摩擦学特性测试等相关知识。

ECR等离子体系统用于表面加工及薄膜沉积工艺。ECR等离子体系统主要由微波系统、ECR磁场、等离子体室、气路系统和真空系统五大部分组成。通过演示实验让学生切实感受等离子体产生的原面工程中的相关知识。

摩擦磨损实验采用摩擦磨损试验机评价材料在干摩擦时的摩擦磨损性能。试验机的基本工作原理为：通过加载机构施加试验所需载荷，电机驱动试样台上的试样旋转，使其与对偶件（如氮化硅球）进行滑动摩擦造成悬臂梁发生变形，粘贴在悬臂梁上的应变片产生电信号，计算机实时采集摩擦过程中的应变片信号，对信号进行处理从而得到摩擦过程中的摩擦系数。通过本实验使得学生了解摩擦测试的基本方法及碳基薄膜的摩擦学特性。

结语

经过8年探索与实践，“纳米表面工程与摩擦学”教学形成了以工程案例为启发，问题驱动的教学模式，获得留学生广泛好评。在2020年疫情期间，该教学方法克服了疫情对课堂教学的一定影响，学生评分超过91分，学生评价“老师向我们提供了一些研究新技术的研究论文，我发现这很有趣，我认为这是获得新知识的最佳方法”“实际上，老师的教学方法受到高度赞赏，不仅因为他的英语也很棒”。

本文总结了“纳米表面工程与摩擦学”全英文教学的方法和实践经验，针对课程的难点经过深入研究、精心设计、亲身实践，制定了教学体系，并采取了有效的教学方法和手段，获得了学生的高度评价，为推进教育国际化进程和深化教育改革提供参考与借鉴。

参考文献

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[11]王永泉，胡改玲，段玉崗，等.产出导向的课程教学：设计、实施与评价[J].高等工程教育研究，2019（3）：62-68+75.

Design and Practice of Teaching System for the All-English Course of Nano-surface Engineering and Tribology

YANG Leia，b， QIN Li-guoa，b， LI Mingb， LI Jingb， XU Mu-xunb

（a. Key Laboratory of Ministry of Education for Modern Design and Rotor-Bearing System， b. School of Mechanical Engineering， Xi’an Jiaotong University， Xi’an， Shaanxi 710049， China）

Abstract： In order to meet the needs of international education， the School of Mechanical Engineering of Xi’an Jiaotong University has continued to offer the all-English course of Nano-surface Engineering and Tribology for 8 years. There are several difficulties in the course teaching such as the differences between the international students’knowledge systems， the multiple subjects involved in the course content， and the wide and deep scope of the course. The online teaching tools such as Siyuan Learning Space is used to carry out online and offline mixed teaching， providing problem-based learning in class and engineering case videos for inspiration after class. Experiment teaching is introduced in the course to help students understand tribology， forming the teaching characteristics of engineering problem guidance， online and offline integration， and problem-driven teaching， which provides reference for an international teaching.

Key words： international education； all-English teaching； Nano-surface Engineering and Tribology