材料類專業(yè)中科研融入教學(xué)法的應(yīng)用探索

舒龍龍 周耐根 王雨 徐建寧

摘要：針對(duì)材料類專業(yè)多學(xué)科交叉、知識(shí)更新速度快等特點(diǎn)，本文提出利用科研融入材料專業(yè)的教學(xué)中，具體教改舉措為：（1）利用教師掌握的科研內(nèi)容更新教學(xué)內(nèi)容；（2）利用學(xué)生課外調(diào)研文獻(xiàn)擴(kuò)充授課范圍；（3）借助網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)推送科研信息，豐富教學(xué)形式；（4）建立青年教師指導(dǎo)本科生科研訓(xùn)練制度。通過教改，材料專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和教師授課質(zhì)量均有大幅提升，這種模式的推廣可為培養(yǎng)與國(guó)際接軌的高水平材料人才隊(duì)伍提供借鑒。

關(guān)鍵詞：材料專業(yè)；科研融入教學(xué)；教學(xué)內(nèi)容更新；青年教師

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）02-0189-03

一、引言

材料科學(xué)是我國(guó)“十三五”規(guī)劃中重點(diǎn)支持和發(fā)展的方向，是以基礎(chǔ)科學(xué)、應(yīng)用科學(xué)以及工程學(xué)為背景的交叉學(xué)科[1]。這種多元化交叉學(xué)科的特點(diǎn)對(duì)材料類專業(yè)的教學(xué)提出了很高的要求，因此材料類專業(yè)課程體系設(shè)置時(shí)必須兼顧物理、數(shù)學(xué)、化學(xué)、工程學(xué)乃至經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，才能培養(yǎng)出能夠快速投身材料事業(yè)建設(shè)的現(xiàn)代材料人[2，3]。

社會(huì)的發(fā)展離不開材料科學(xué)的發(fā)展，在過去的十年中，材料科學(xué)取得了飛速發(fā)展，尤其是在“新材料”和“材料新性能”領(lǐng)域，以“形狀記憶合金”、“功能高分子材料”、“二維材料”等為代表的新型材料、材料新性能正在逐漸突破傳統(tǒng)材料性能的瓶頸，不斷刷新人們對(duì)于材料的新認(rèn)識(shí)。這種發(fā)展形勢(shì)下對(duì)現(xiàn)代材料人提出了巨大的挑戰(zhàn)，如何培養(yǎng)基礎(chǔ)理論知識(shí)面廣、創(chuàng)新能力強(qiáng)，同時(shí)又與時(shí)俱進(jìn)緊跟材料發(fā)展脈搏的新型復(fù)合材料人才成為了當(dāng)代材料專業(yè)人才培養(yǎng)的首要目標(biāo)。

然而研究表明，我國(guó)的材料專業(yè)實(shí)踐教學(xué)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到新型復(fù)合材料人才的培養(yǎng)要求[4，5]，這主要是由以下三個(gè)方面的原因?qū)е拢海?）材料課程體系存在較多的教學(xué)內(nèi)容重疊現(xiàn)象，這也正是由于材料科學(xué)交叉學(xué)科特點(diǎn)導(dǎo)致。比如材料的晶體結(jié)構(gòu)這一內(nèi)容，在材料科學(xué)基礎(chǔ)、固體物理、無機(jī)化學(xué)等課程中都會(huì)有較多篇幅的講授，使得學(xué)生在該類相關(guān)課程的學(xué)習(xí)上興趣不高，學(xué)生所學(xué)知識(shí)覆蓋面不夠?qū)挿?，進(jìn)而導(dǎo)致在數(shù)學(xué)、物理、材料、化學(xué)等方面的知識(shí)儲(chǔ)備不夠。（2）材料科學(xué)發(fā)展的步伐日新月異，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的更新速度。以普通高校為例，一般教學(xué)大綱的更新周期為2—4年，然而當(dāng)前對(duì)于新型材料的研究非常熱門，社會(huì)各界對(duì)于材料研究的投入很大，使得材料研發(fā)周期往往普遍較短。以材料領(lǐng)域?qū)I(yè)主干課程“先進(jìn)材料制備技術(shù)與加工工藝”為例，該課程所介紹的稱之為“先進(jìn)”的材料制備技術(shù)和方法大都為五年以前的水平，而近年來在薄膜、晶體、聚合物材料領(lǐng)域衍生出的一系列高端材料制備技術(shù)均未曾提及，導(dǎo)致學(xué)生所學(xué)知識(shí)較為陳舊，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低，對(duì)于畢業(yè)后快速投身材料事業(yè)的幫助甚少。（3）教師隊(duì)伍重科研、輕教學(xué)現(xiàn)象較為普遍，以年輕教師為代表的部分教師在實(shí)際授課時(shí)效果較差。過去5—10年時(shí)間內(nèi)，幾乎絕大部分高校均把科研作為高校職稱評(píng)定的重要標(biāo)準(zhǔn)，甚至是實(shí)際上的唯一標(biāo)準(zhǔn)。較大部分的青年教師在入校后并未重視學(xué)校組織的崗前培訓(xùn)，也并未把培養(yǎng)材料領(lǐng)域的后繼人才視為未來工作的重心。這種情況導(dǎo)致那些能接觸到最新科研進(jìn)展的年輕教師們忽視了本科教學(xué)的重要性，自然也不會(huì)花較多心思在更新教學(xué)內(nèi)容、培養(yǎng)材料人才上。相反，那些具有在一線材料企業(yè)工作和研究經(jīng)歷的老教師們由于歷史原因，并未接觸到太多的最新材料科學(xué)進(jìn)展，導(dǎo)致教師隊(duì)伍對(duì)于培養(yǎng)新型復(fù)合材料人才在整體素質(zhì)上稍顯不足。

二、材料專業(yè)教改探索

綜上所述，探求材料類專業(yè)教學(xué)改革勢(shì)在必行，本文中我們提出以科研融入材料科學(xué)教學(xué)的新方法作為材料類專業(yè)教改的重點(diǎn)。這不僅是因?yàn)榭蒲信c教學(xué)相互結(jié)合的新型教學(xué)模式是近幾年來我國(guó)高等教育的發(fā)展趨勢(shì)[6]，也是因?yàn)榭蒲信c教學(xué)的有機(jī)統(tǒng)一，是高校提升自身競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑，也是教師提升教學(xué)質(zhì)量同時(shí)兼顧科研成果的有力保障[7]。因此，將授課教師的科研經(jīng)歷以及科研思路作為對(duì)教學(xué)內(nèi)容的補(bǔ)充與修正，對(duì)于培養(yǎng)新時(shí)期的材料人具有重要的指導(dǎo)意義。這是因?yàn)橐郧嗄杲處煘榇淼慕處焸兪腔钴S在科研最前線的科技工作者，他們的研究方向以及對(duì)本領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)大都緊跟材料發(fā)展步伐，把最新的科研帶入材料科學(xué)的教學(xué)中對(duì)材料專業(yè)的學(xué)科建設(shè)將起到積極的促進(jìn)作用?；谝陨纤悸?，我們對(duì)材料科學(xué)教改提出了如下探討。

1.以最新科研內(nèi)容為輔助更新教材內(nèi)容的改革研究。在維持學(xué)科基礎(chǔ)課程與專業(yè)選修課程整體穩(wěn)定的框架下，及時(shí)更正和修改材料科學(xué)專業(yè)教學(xué)大綱，增設(shè)緊跟科技前沿的交叉學(xué)科內(nèi)容，使得教學(xué)內(nèi)容與國(guó)際接軌。以我院重點(diǎn)教改的“先進(jìn)材料制備技術(shù)與加工工藝”一課為例，在發(fā)現(xiàn)教材內(nèi)容陳舊的問題后，授課教師較大程度地壓縮原課程教學(xué)內(nèi)容，對(duì)于學(xué)生較為熟悉的章節(jié)，如陶瓷、晶體等材料的制備技術(shù)進(jìn)行兩個(gè)學(xué)時(shí)的綜合匯總講授，增設(shè)近三年內(nèi)熱門材料的制備方法和技術(shù)，如二維材料、3D打印技術(shù)等。在課堂內(nèi)通過一些直觀的新材料圖片、教師個(gè)人的材料研究經(jīng)歷充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的視覺興趣，從而更加有效地使學(xué)生掌握可以稱之為“先進(jìn)”的材料制備技術(shù)與加工工藝。另外，采用創(chuàng)新課堂的方式進(jìn)行教學(xué)，改變傳統(tǒng)的以考試為導(dǎo)向的評(píng)分評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，通過在考試中增加各類與科研直接關(guān)聯(lián)的書本以外的問題增強(qiáng)學(xué)生對(duì)材料知識(shí)的運(yùn)用能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)生與材料科學(xué)的最新技術(shù)的緊密結(jié)合。

通過教改，該門課程取得了很好的授課效果，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣濃厚，相比以往出勤率不高、低頭玩手機(jī)等現(xiàn)象有了顯著改善，學(xué)生期末成績(jī)也有了較大幅度的提高。由此可見，科研內(nèi)容不僅不會(huì)與教學(xué)內(nèi)容形成抵觸，在某些特定課程上反而可以相輔相成，極大程度地促進(jìn)本科教學(xué)。

2.以學(xué)生科研調(diào)研為主的教學(xué)內(nèi)容改革研究。充分依托高校現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)資源，借鑒國(guó)內(nèi)外知名高校的科研平臺(tái)和合作企業(yè)平臺(tái)，開展以學(xué)生為主體的科研融入教學(xué)活動(dòng)。以我院開設(shè)的“功能材料”一課為例，該課程信息量大，講述的材料種類繁多，但功能卻不盡相同，實(shí)際授課時(shí)容易引起學(xué)生的視覺疲勞，學(xué)習(xí)興趣普遍不高。通過教改，該課程轉(zhuǎn)變教學(xué)思路，除了正常教學(xué)環(huán)節(jié)以外，采用由教師總體指導(dǎo)、學(xué)生分組參與的形式獲取針對(duì)某一種功能材料分類方式下的國(guó)內(nèi)外綜述資料，并要求學(xué)生在課外自學(xué)調(diào)研內(nèi)容，然后組織學(xué)生采用學(xué)術(shù)報(bào)告、展板展示等多樣化的形式在課堂上進(jìn)行學(xué)習(xí)交流，并由授課教師進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)評(píng)，適當(dāng)?shù)那闆r下可以學(xué)習(xí)翻轉(zhuǎn)課堂模式，由學(xué)生講授其調(diào)研的功能材料內(nèi)容，幫助學(xué)生和教師共同了解行業(yè)最新動(dòng)態(tài)，掌握功能材料的發(fā)展脈搏。

通過教改，該課程取得了很好的授課效果，學(xué)生普遍參與度高，考試成績(jī)有了大幅提高。這種方法在該類課程的推廣可以鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、搜索文獻(xiàn)能力，還可以幫助授課教師豐富教學(xué)內(nèi)容，為后續(xù)教學(xué)提供素材。

3.借助網(wǎng)絡(luò)媒介豐富教學(xué)形式。由于材料專業(yè)交叉學(xué)科的特色，材料課程普遍存在課程前期基礎(chǔ)連貫性較弱的特點(diǎn)。以材料專業(yè)所學(xué)的“計(jì)算材料學(xué)”一課為例，該課程公式繁多、理論性極強(qiáng)，又需要大量的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、計(jì)算機(jī)語言知識(shí)。然而在實(shí)際授課時(shí)，因課堂教學(xué)課時(shí)限制，無法逐一涵蓋上述知識(shí)，使得材料類學(xué)生在學(xué)習(xí)該類課程時(shí)常常感覺力不從心，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣較差，授課效果不佳，因此掛科率高是該類課程的普遍特點(diǎn)。針對(duì)該類課程，我院利用網(wǎng)絡(luò)媒體作為對(duì)教學(xué)方法的補(bǔ)充，改革為以班級(jí)為單位建立微信群、QQ群或者微信公眾號(hào)等，定期給學(xué)生在課前以及課后推送與課程相關(guān)的科研方面的最新進(jìn)展和重要成果。此外，授課教師以網(wǎng)絡(luò)在線答疑的方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行課外知識(shí)的科普，使得學(xué)生在該類課程的學(xué)習(xí)時(shí)可以具有較好的知識(shí)連續(xù)性。除了課堂教學(xué)以外，授課教師將材料計(jì)算領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)表的難度較低的科研論文（最好是授課教師自己發(fā)表的論文）推送給本科生作為課外練習(xí)的素材，使得學(xué)生在較為枯燥的數(shù)學(xué)理論以及軟件學(xué)習(xí)時(shí)，能更好地體驗(yàn)材料計(jì)算方法在實(shí)際問題上的應(yīng)用。

通過教改，該課程授課質(zhì)量有了顯著提高，學(xué)生的成績(jī)大幅提升。該類方法的推廣，可以很大程度地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)也拉近了學(xué)生與授課教師之間的距離，使得學(xué)生可以在本科學(xué)習(xí)的同時(shí)感受到科研的樂趣。

4.建立青年教師指導(dǎo)本科生開展科研訓(xùn)練的培養(yǎng)機(jī)制。鑒于高?？蒲辛α康纳姟嗄杲處熎毡榇嬖谝蚵毞Q低而無法指導(dǎo)碩士生，又因?yàn)榭蒲袎毫χ?、無法花費(fèi)較多的時(shí)間參與課堂教學(xué)的情況，我院對(duì)近期入職的青年教師進(jìn)行“一對(duì)一”的科研規(guī)劃，建立了一套新型的青年教師指導(dǎo)本科生開展科研訓(xùn)練的人才培養(yǎng)模式，實(shí)現(xiàn)青年教師科研與教學(xué)的雙贏局面。在學(xué)校的大力支持下，我院對(duì)每一位新入職的青年教師制定科研訓(xùn)練任務(wù)，在課堂以外由青年教師指導(dǎo)本專業(yè)本科生進(jìn)行材料相關(guān)研究的科研計(jì)劃，教師以學(xué)生為科研助手，利用課余時(shí)間開展本領(lǐng)域科學(xué)研究工作，讓學(xué)生提前接受到較為系統(tǒng)的科研訓(xùn)練，一方面有利于本科生擴(kuò)充專業(yè)知識(shí)的覆蓋面、提高動(dòng)手能力以及加深對(duì)課堂所學(xué)材料知識(shí)的理解，另一方面可以極大程度地提高青年教師的科研效率，實(shí)現(xiàn)在科研的同時(shí)又可以指導(dǎo)本科生進(jìn)行課外教學(xué)，并騰出更多的時(shí)間投入課題教學(xué)。

通過改革，我院的青年教師在維持較高科研水平的前提下，在教學(xué)上也取得了飛速進(jìn)步，不少青年教師通過2—3年的積累，在教學(xué)上頗有心得和經(jīng)驗(yàn)，這種方法的推廣，可以促進(jìn)教師和學(xué)生之間師生情誼的培養(yǎng)，也可以較大程度地讓學(xué)生掌握來自于一線的材料科研人員的行業(yè)信息。

三、結(jié)語

通過我院的教改證明，以科研融入教學(xué)的改革思路可以使教師尤其是青年教師在一線的教學(xué)工作中發(fā)揮更加出色的作用，具體表現(xiàn)為：以科研內(nèi)容為主的教學(xué)環(huán)節(jié)可以顯著加強(qiáng)師生課堂交流的互動(dòng)性，拉近教師與學(xué)生的距離，從而更好的在課堂上啟迪學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，加強(qiáng)學(xué)生的思考能力，提升課程教學(xué)質(zhì)量和課堂效果。以青年教師為代表的教師的一線科研經(jīng)驗(yàn)有利于拓展和補(bǔ)充材料專業(yè)課程內(nèi)容，完善和更新學(xué)生的知識(shí)體系，加快學(xué)科課程建設(shè)的步伐。提高學(xué)生的國(guó)際視野和交流水平，促成學(xué)生與國(guó)內(nèi)外知名高校的合作機(jī)會(huì)，將工程化的科研經(jīng)驗(yàn)用于教學(xué)還可以促進(jìn)學(xué)生“產(chǎn)學(xué)研”的密切結(jié)合，進(jìn)而提高高層次材料人才培養(yǎng)質(zhì)量與綜合素質(zhì)。

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Abstract：In view of the characterization of multidisciplinary cross and rapid update speed of materials major，this paper proposed the teaching reform by merging scientific research into the teaching of materials major.The specific methods can be listed as：（1） the teachers use the content of scientific research to update the teaching content；（2） the students utilize extracurricular paper studies to expand the teaching content；（3） use network platform to push scientific research information to the student in order to diversify teaching form；（4） establish a system for young teachers who guides undergraduate research training program.After this teaching reform，the students of materials major were interested in learning and the quality of teachers' teaching were greatly improved.The promotion of this model can provide guideline for cultivating high level material talents with international standards.

Key words：materials major；scientific research merging into the teaching；update teaching materials；young teacher