《現(xiàn)代材料研究方法》課程建設(shè)的新思路與新舉措

劉成龍+田中青+黃偉九+周志明

摘要：本文介紹了現(xiàn)代材料研究方法課程建設(shè)的新思路，以教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向、以教學(xué)內(nèi)容為載體、以教學(xué)組織為紐帶、以課程考核為手段，對(duì)課程建設(shè)的改革提出了切實(shí)可行的建議。

關(guān)鍵詞：新材料；研究方法；課程建設(shè)

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）38-0225-02

在國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)第三十三次會(huì)議上，國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)主任委員劉延?xùn)|對(duì)學(xué)位與研究生教育提出了要以立德樹人為根本、人才培養(yǎng)為核心，發(fā)揮好課堂教學(xué)主渠道作用。課程學(xué)習(xí)是保障研究生培養(yǎng)質(zhì)量的必備環(huán)節(jié)，在研究生培養(yǎng)過程中具有全面、綜合和基礎(chǔ)性作用。而要保障好課程學(xué)習(xí)效果，高質(zhì)量的課程建設(shè)是基礎(chǔ)，是激發(fā)研究生興趣、培育其獨(dú)立思考能力和批判性思維、全面提升其創(chuàng)新能力和發(fā)展能力的穩(wěn)固支撐[1]。新材料產(chǎn)業(yè)作為我國(guó)七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和“中國(guó)制造2025”重點(diǎn)發(fā)展的十大領(lǐng)域之一，2010年以來的年均增速保持在25%左右。隨著新材料研究逐漸趨向于納米化、智能化、復(fù)合化，材料研究人員對(duì)先進(jìn)測(cè)試技術(shù)的依賴越來越強(qiáng)。對(duì)新時(shí)期材料科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科的研究生層次人才而言，掌握現(xiàn)代材料研究方法的原理與應(yīng)用，對(duì)其創(chuàng)新與發(fā)展的能力的提升具有至關(guān)重要的作用。根據(jù)學(xué)生培養(yǎng)的新需求，我們針對(duì)材料科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科碩士點(diǎn)專業(yè)必修課《現(xiàn)代材料研究方法》進(jìn)行了系列改革。

一、課程存在的問題

1.學(xué)生水平層次不一致，授課難度大。學(xué)生基礎(chǔ)差別較大，增大了教師備課難度；部分學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性不夠。

2.教材內(nèi)容滯后，更新慢。應(yīng)新材料發(fā)展的需求，新的材料測(cè)試技術(shù)不斷涌現(xiàn)，而現(xiàn)有教材內(nèi)容不能很好地滿足教學(xué)需求，影響授課質(zhì)量。

3.授課教師單一化。材料測(cè)試技術(shù)的迅速發(fā)展需要授課教師具有高的科研能力和教學(xué)水平，單一化的授課教師設(shè)置模式不利于學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)。

二、改革舉措與建議

根據(jù)我校材料科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科研究生的培養(yǎng)目標(biāo)需求，我們從課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織及教學(xué)評(píng)價(jià)四個(gè)方面對(duì)《現(xiàn)代材料研究方法》專業(yè)必修課進(jìn)行了教學(xué)改革。

1.重構(gòu)課程的培養(yǎng)目標(biāo)。根據(jù)我校材料科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科碩士研究生的培養(yǎng)目標(biāo)，從《現(xiàn)代材料研究方法》這門課程的定位出發(fā)，將本門課程的培養(yǎng)目標(biāo)修訂為“通過本課程學(xué)習(xí)，深入理解現(xiàn)代材料分析方法的基礎(chǔ)理論、方法和分析測(cè)試技能，在微觀和納觀層次上系統(tǒng)掌握組織形貌、物相、成分價(jià)鍵及分子結(jié)構(gòu)等綜合分析技術(shù)及數(shù)據(jù)分析能力，從“成分/組織—制備工藝—性質(zhì)—使用性能”四大要素及其相互關(guān)系角度出發(fā)培養(yǎng)學(xué)生的綜合研究能力與素質(zhì)，為學(xué)生開展新材料研究開發(fā)、先進(jìn)材料工藝研發(fā)與應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持，最終使學(xué)生能夠獨(dú)立地進(jìn)行材料的分析和研究工作。”新的教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)更加具體、細(xì)化、明確，可更好地指導(dǎo)教學(xué)內(nèi)容的制定、教學(xué)活動(dòng)的組織及教學(xué)評(píng)價(jià)的實(shí)施。

2.關(guān)注教學(xué)內(nèi)容的適用性與前沿性。針對(duì)新材料的發(fā)展要求，以有利于研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo)，注重材料學(xué)科先進(jìn)的，有突破性的前沿知識(shí)及學(xué)科交叉，重點(diǎn)對(duì)本門課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改革。根據(jù)“立足研究，夯實(shí)基礎(chǔ)、培養(yǎng)能力、強(qiáng)化創(chuàng)新”基本思路，圍繞“知識(shí)—能力—素質(zhì)—?jiǎng)?chuàng)新”這一主線，重點(diǎn)針對(duì)研究生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，在課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)上突顯學(xué)術(shù)學(xué)位或?qū)I(yè)學(xué)位碩士研究生培養(yǎng)中的科教結(jié)合，以及研究生培養(yǎng)中的職業(yè)發(fā)展能力形成。由“以儀器為中心”轉(zhuǎn)化到“以分析為中心”，由“技術(shù)培訓(xùn)”轉(zhuǎn)化到“綜合能力培養(yǎng)”。

3.注重教學(xué)模式的改革創(chuàng)新。材料科學(xué)與工程作為一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)高素質(zhì)人才的重要一環(huán)。目前，為了更好地應(yīng)對(duì)新材料、新技術(shù)、新工藝的發(fā)展趨勢(shì)，安全、綠色、可視的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)在各高校廣泛開展。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)依托虛擬現(xiàn)實(shí)、多媒體、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，構(gòu)建高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，學(xué)生在虛擬環(huán)境中開展實(shí)驗(yàn)，達(dá)到教學(xué)大綱所要求的教學(xué)目的。通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可更好地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代材料研究方法的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)[2，3]。例如：清華大學(xué)重點(diǎn)針對(duì)高危實(shí)驗(yàn)（如放射性環(huán)境下材料服役性能與行為的研究）、高能耗與高成本的重復(fù)性實(shí)驗(yàn)（如三維晶體結(jié)構(gòu)）、極端條件下的材料特征與行為實(shí)驗(yàn)（如高分子自組裝過程實(shí)驗(yàn)）開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)；上海交通大學(xué)則針對(duì)金屬材料鑄造過程、塑性成形、焊接成型、材料淬火等開展了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)；西南石油大學(xué)開展了大型鍛壓件高壓成型、電弧焊接、塑性加工等方面的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)。綜上所述，目前各高校廣泛開展的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)偏重利用現(xiàn)有材料研究軟件，比如JSCAST鑄造成型軟件、Materials Studio、Deform、Ansys等商業(yè)軟件。雖然通過該平臺(tái)，學(xué)生可以在模擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中完成實(shí)驗(yàn)過程，獲得直觀的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生自我訓(xùn)練與創(chuàng)新意識(shí)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)中虛實(shí)結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力是大有裨益的。但是對(duì)單門課程而言，該平臺(tái)的投入較大，且需要專門教師維護(hù)，人力與物質(zhì)成本較高?！冬F(xiàn)代材料研究方法》這門課是對(duì)理論與實(shí)踐要求較高，要求學(xué)生學(xué)會(huì)選擇測(cè)試技術(shù)與分析測(cè)試結(jié)果。

在我校《現(xiàn)代材料研究方法》的教學(xué)改革中，利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)技術(shù)（Computer Aided Instruction，簡(jiǎn)稱CAI），通過材料測(cè)試技術(shù)原理的虛擬化、材料測(cè)試過程的虛擬化、數(shù)據(jù)分析過程的虛擬化，以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的案例化，更好地實(shí)現(xiàn)“學(xué)生為主、教師為輔、因材施教”的課堂教學(xué)效果。

4.強(qiáng)化課程組織的靈活性。針對(duì)研究生創(chuàng)新精神和能力的培養(yǎng)需求，課程教學(xué)改革著重在于培養(yǎng)研究生知識(shí)和能力的轉(zhuǎn)化與提高[4，5]。在教學(xué)方式改善上，改變以往課程網(wǎng)站建設(shè)的傳統(tǒng)模式，積極建設(shè)在線課程，將測(cè)試技術(shù)設(shè)備原理、操作等內(nèi)容虛擬化；將授課內(nèi)容碎片化，建成微課程[4]；將課堂教學(xué)翻轉(zhuǎn)化。在教學(xué)方法改革上，更多采用案例教學(xué)、講座或研討等方式。比如，課程組曾提出某企業(yè)中實(shí)際遇到粉末冶金件的表面氮化層去除難題，企業(yè)迫切需要獲得該氮化層產(chǎn)生原因、性質(zhì)、去除方法。但針對(duì)這一問題，學(xué)生有廣泛的參與度，所提出的樣品表征方案不盡全面，但達(dá)到了很好的教學(xué)效果。同時(shí)，作為課后作業(yè)，將實(shí)際樣品交給學(xué)生，讓學(xué)生制定一套方案來檢測(cè)樣品的結(jié)構(gòu)、形貌、成分以及物理性質(zhì)，提出解決方案，并最終給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在授課教師組織上，實(shí)施了主講教師負(fù)責(zé)制，組建了三位具有博士學(xué)位的高級(jí)職稱教師的授課團(tuán)隊(duì)。通過以上改革，課程教學(xué)組織的靈活性大大提高，教學(xué)過程更加開放、多元，學(xué)生參與教學(xué)的積極性與參與度大大提升。

最后，建立科學(xué)的課程考核方式。改變了本課程原有的閉卷考試單一考核模式，建立了新的課程考核方式，更加注重考察學(xué)生的創(chuàng)新能力與科研能力，注重過程性的評(píng)價(jià)。課程的考核方式由筆試、課堂報(bào)告、討論、作業(yè)等四部分組成。筆試試卷采取了60分有標(biāo)準(zhǔn)答案的和40分無標(biāo)準(zhǔn)答案（或無唯一答案）的試題，前者主要是考查學(xué)生對(duì)基本理論、方法和工藝知識(shí)的掌握；后者則結(jié)合綜合實(shí)驗(yàn)考查學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，側(cè)重材料知識(shí)綜合運(yùn)用，沒有明顯對(duì)錯(cuò)，只有好與不好、合理與不合理的區(qū)別，避免了題型的教材化、概念化、孤立化等。

三、總結(jié)

針對(duì)我?！冬F(xiàn)代材料研究方法》專業(yè)必修課程的改革，課程組正確處理好課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織及課程考核四大要素之間的關(guān)系，以教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向、以教學(xué)內(nèi)容為載體、以教學(xué)組織為紐帶、以課程考核為手段，使得本門課程的建設(shè)真正實(shí)現(xiàn)有利于對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

致謝：本文是重慶市研究生教育優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)項(xiàng)目、重慶市研究生教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（yjg141003，yjgl133089）及重慶市高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目（132039）的研究成果。

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