高校轉(zhuǎn)型發(fā)展背景下的材料科學(xué)與工程教學(xué)改革研究

董振偉　王云克　梁瑋　鈔春英　李品將

摘要：在高校轉(zhuǎn)型發(fā)展的背景下，材料科學(xué)與工程作為一門應(yīng)用性較強的工科專業(yè)也要向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的方向轉(zhuǎn)型，摒棄傳統(tǒng)教學(xué)的弊端，建立起材料專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的新型課程體系。本文以許昌學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)為例，提出了以課堂教學(xué)、綜合實驗、企業(yè)實習(xí)和創(chuàng)新平臺實踐課為一體的四位一體課程教學(xué)體系，突破了以往課程教學(xué)的局限，并探索出了一條針對服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需材料專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)道路。

關(guān)鍵詞：材料科學(xué)與工程；教學(xué)改革；轉(zhuǎn)型發(fā)展；應(yīng)用型人才培養(yǎng)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）26-0132-03

一、引言

近年來市場對應(yīng)用型人才的需求極為迫切，而高校的人才培養(yǎng)模式卻不能滿足市場需求，尤其是地方性院校盲目照搬學(xué)術(shù)型大學(xué)辦學(xué)的現(xiàn)象屢見不鮮。當(dāng)前正值國家號召高校以服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展為導(dǎo)向，而應(yīng)用型人才培養(yǎng)是衡量高校轉(zhuǎn)型發(fā)展成功與否的關(guān)鍵[1，2]。材料科學(xué)與工程作為應(yīng)用性很強的工科專業(yè)，在高校轉(zhuǎn)型發(fā)展背景下也應(yīng)該向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的方向轉(zhuǎn)型，不僅要摒棄傳統(tǒng)教學(xué)的弊端，還要建立起應(yīng)用型人才培養(yǎng)所需要的新型課程體系[3，4]。材料科學(xué)與工程包含了無機非金屬材料、金屬材料、高分子材料以及復(fù)合材料等專業(yè)基礎(chǔ)知識，以及材料設(shè)計、制備、加工等專業(yè)技能知識，要求學(xué)生在掌握材料基本原理的同時還要學(xué)會運用科學(xué)原理解決實際工程問題。由于材料科學(xué)與工程的理論知識多、概念和定義多、知識點多，且應(yīng)用性很強，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會感覺到抽象而枯燥，無法達(dá)到良好的教學(xué)效果。針對上述問題，許昌學(xué)院對材料科學(xué)與工程專業(yè)的教學(xué)方法進(jìn)行了改革：依托于新能源材料、超硬材料和特色功能陶瓷材料三大具有鮮明地方特色的方向，開設(shè)創(chuàng)新平臺實踐課、企業(yè)實習(xí)課、特色的專業(yè)理論課和材料科學(xué)綜合實驗等課程，使學(xué)生們能夠從縱向和橫向兩個方面深入課程，從理論走向?qū)嵺`，從實踐走向研發(fā)[5]。課程之間相互補充、相互反饋，形成了新型材料科學(xué)與工程專業(yè)課程教學(xué)體系，為培養(yǎng)出材料專業(yè)應(yīng)用型人才提供了寶貴的經(jīng)驗。

二、課程設(shè)計

專業(yè)理論課作為材料科學(xué)與工程的核心內(nèi)容，不能僅僅是單一的課堂理論教學(xué)，還需要配備相應(yīng)的實踐教育內(nèi)容[6]。因此，需要對學(xué)生進(jìn)行實踐教育，即在傳授學(xué)生理論知識的同時也為培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力打下了基礎(chǔ)。例如，第三至第四學(xué)期開設(shè)的材料科學(xué)基礎(chǔ)課使學(xué)生了解材料科學(xué)與工程的基本理論知識，與之相配的第三學(xué)期，學(xué)院組織學(xué)生進(jìn)入與材料相關(guān)的企業(yè)進(jìn)行實習(xí)，使學(xué)生可以詳細(xì)了解產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程，并在實踐的過程中加強對理論知識的理解，將所學(xué)到的實戰(zhàn)經(jīng)驗反饋到專業(yè)理論中；第四學(xué)期一方面開設(shè)了與專業(yè)理論課程相配的材料基礎(chǔ)實驗，可以使學(xué)生學(xué)習(xí)掌握金相分析儀、熱重分析儀、電子能譜分析儀、激光粒度儀等常規(guī)儀器的測試原理及使用方法，另一方面開設(shè)了與地方產(chǎn)業(yè)特色相結(jié)合的創(chuàng)新平臺實踐課，包括新能源材料、超硬材料和特色陶瓷材料三個方向，學(xué)生根據(jù)興趣愛好選擇不同的科研方向，并在導(dǎo)師的指導(dǎo)下開展科技研發(fā)，創(chuàng)新平臺實踐課不僅讓學(xué)生們學(xué)到了材料專業(yè)理論知識，還鍛煉了學(xué)生的工程實踐能力；第五至第六學(xué)期開設(shè)的特色材料綜合實驗課程，將理論知識和實戰(zhàn)經(jīng)驗有機結(jié)合起來，旨在把學(xué)生培養(yǎng)為具有一定科研能力的創(chuàng)新應(yīng)用型人才。整體上形成如圖1所示的課堂理論學(xué)習(xí)、材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗課、創(chuàng)新平臺實踐和企業(yè)實習(xí)四部分相互反饋、互相促進(jìn)、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的材料科學(xué)與工程課程教學(xué)體系。

三、教學(xué)方法

1.理論教學(xué)。專業(yè)核心課程的理論知識是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的基礎(chǔ)，但僅僅依靠專業(yè)理論是無法培養(yǎng)出應(yīng)用型人才的，因此需要依托材料科學(xué)綜合實驗、創(chuàng)新平臺實踐和企業(yè)實習(xí)，將專業(yè)理論知識貫穿到整個教學(xué)活動中。在理論教學(xué)的過程中，形成傳統(tǒng)課堂與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的新式課堂。即通過老師課堂講授的知識，將所學(xué)到的理論靈活運用到創(chuàng)新實踐課和企業(yè)實習(xí)中，再將實踐中獲得的經(jīng)驗反饋到理論中，最后通過翻轉(zhuǎn)課堂的方式，對師生間的互動討論進(jìn)行答疑解惑，以使學(xué)生深入理解理論知識，形成由理論結(jié)合實踐，在實踐中反饋理論的教學(xué)模式。例如材料科學(xué)基礎(chǔ)中對晶體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗利用塑料球和塑料棒對晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，實際模擬的過程中可以發(fā)現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)的存在方式并不僅限于14種空間點陣[7]，而將這些發(fā)現(xiàn)反饋到課堂中，教師就可以給予解答，闡明多余的結(jié)構(gòu)實際上并不能真正的存在，同學(xué)們也就可以通過實驗更好地學(xué)習(xí)材料科學(xué)基礎(chǔ)。非晶態(tài)部分講解了玻璃形成機理和影響因素，通過參觀考察環(huán)宇玻璃有限公司，可以詳細(xì)了解玻璃的生產(chǎn)工藝流程，對于實際生產(chǎn)過程中遇到的問題可以通過翻轉(zhuǎn)課堂的方式直接反饋給教師，教師給予講解后學(xué)生會產(chǎn)生更深刻的理解。固態(tài)相變可以與創(chuàng)新平臺實踐課中的鋰離子電池磷酸鐵鋰材料的制備相結(jié)合，磷酸鐵鋰材料的制備工藝比較復(fù)雜，不僅要磷酸鐵和碳酸鋰等材料的化合反應(yīng)，還要在表面進(jìn)行碳包覆，通過碳包覆可以提高其導(dǎo)電性能，以上是課堂理論學(xué)習(xí)、材料綜合實驗、創(chuàng)新平臺實踐和企業(yè)實習(xí)相結(jié)合的課程體系在理論教學(xué)中的具體體現(xiàn)。學(xué)生可以用PPT展示的方式在課堂教學(xué)的過程中提出企業(yè)實習(xí)中所遇到的問題，請老師給予充分指導(dǎo)和解答，進(jìn)而實現(xiàn)師生互換的翻轉(zhuǎn)式教學(xué)。

2.實戰(zhàn)教學(xué)。除了構(gòu)建良好的理論教學(xué)模型之外，實戰(zhàn)教學(xué)也是培養(yǎng)應(yīng)用型人才不可或缺的一部分。在實戰(zhàn)教學(xué)中，企業(yè)實習(xí)、綜合實驗與創(chuàng)新實踐三者密不可分，綜合實驗課程通常是創(chuàng)新實踐課程內(nèi)容的基礎(chǔ)，創(chuàng)新實踐課程是企業(yè)實習(xí)課程的深入研究。以黃河旋風(fēng)集團(tuán)為例，實驗課中配有金剛石晶體結(jié)構(gòu)的模擬實驗和粒度測試實驗，實習(xí)課可以參觀學(xué)習(xí)企業(yè)的工藝流程，實踐課中可以通過一些表征制備手段優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)工藝或金剛石的性能，以此加深了對專業(yè)理論的理解，借助三者互相結(jié)合反饋，從而將利用理論知識解決實際生產(chǎn)中的問題變?yōu)楝F(xiàn)實。許昌學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)依托于表面微納米材料研究所，開展了具有地方特色的產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的教學(xué)模式?！爱a(chǎn)”代表了校企合作，即與黃河旋風(fēng)股份有限公司、河南大宋官窯股份有限公司、河南環(huán)宇玻璃科技股份有限公司等地方企業(yè)簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，合作開展專業(yè)建設(shè)，共建實踐教學(xué)基地，這將進(jìn)一步推進(jìn)學(xué)校辦學(xué)模式、人才培養(yǎng)模式的改革，增強學(xué)校服務(wù)許昌經(jīng)濟(jì)建設(shè)的能力?！把小眲t代表了創(chuàng)新平臺實踐課，即學(xué)生根據(jù)不同的興趣愛好和就業(yè)意向選擇不同方向的導(dǎo)師開展相應(yīng)的課題研究，師生合作幫助地方企業(yè)解決生產(chǎn)過程中所遇到的問題?！皩W(xué)”包括實驗教學(xué)和課堂教學(xué)，所謂實驗教學(xué)分為三部分，第一部分屬于常規(guī)儀器的操作，在學(xué)校條件允許的前提下使學(xué)生掌握實驗儀器的基本使用方法；第二部分屬于匹配課程的實驗，也就是將專業(yè)理論課程中的重點知識通過實驗的手段，驗證課程中講授的模型或定理，增強學(xué)生對理論知識的深入理解，訓(xùn)練學(xué)生的知識轉(zhuǎn)化能力；第三部分屬于拓展實驗，即從整體上結(jié)合課堂教學(xué)理論知識、創(chuàng)新平臺實踐課和企業(yè)實習(xí)，在老師的指導(dǎo)下設(shè)計出一套擬解決企業(yè)生產(chǎn)中所遇問題的實驗方案。通過以上產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的教學(xué)模式，使學(xué)生普遍具有良好的綜合工程實踐與科研創(chuàng)新能力，滿足學(xué)生進(jìn)一步深造或直接就業(yè)的需求。

四、結(jié)語

地方本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)型是高等教育結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要戰(zhàn)略部署，堅持立足地方辦學(xué)，在服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中實現(xiàn)轉(zhuǎn)型，已成為地方本科高校的共識。本文以許昌學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)在轉(zhuǎn)型發(fā)展過程中的課程改革為例，對高校轉(zhuǎn)型發(fā)展背景下的材料科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)改革進(jìn)行了探討，突破了以往課程教學(xué)的局限，提出了傳統(tǒng)專業(yè)理論課、創(chuàng)新平臺實踐課、材料綜合實驗課、校企合作實習(xí)課四位一體化的課程設(shè)計，深層次地闡述了理論教學(xué)和實踐教學(xué)相結(jié)合的材料科學(xué)與工程課程教學(xué)體系，探索出了一條針對服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需材料專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)道路。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾冬梅，陳飛，馮文然，等.材料科學(xué)與工程專業(yè)核心課程群建設(shè)探究[J].教育教學(xué)論壇，2016，（4）：185-186.

[2]劉彥軍.地方本科高校轉(zhuǎn)型發(fā)展模式研究[J].中國高教研究，2015，（10）：18-22.

[3]任京成，周燕.基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的材料類專業(yè)建設(shè)的幾點思考[J].教育教學(xué)論壇，2016，（36）：240-241.

[4]雷源源，張曉燕，田琴，等.《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)方法的改革[J].新課程研究：高等教育，2012，（6）：117-118.

[5]鐘偉平，寧智沛.轉(zhuǎn)型發(fā)展中的許昌學(xué)院人[J].河南教育：高教，2016，（5）：50-52.

[6]王香，佟運祥，周惠敏，等.“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化和教學(xué)方法的探討[J].教育教學(xué)論壇，2016，（38）：172-173.

[7]張聯(lián)盟，黃學(xué)輝，宋曉嵐.材料科學(xué)基礎(chǔ)[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2008.