新工科背景下“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課的改革與實(shí)踐

王亞男 陳東旭 周艷文

摘要：“材料科學(xué)基礎(chǔ)”是材料科學(xué)與工程專業(yè)的必修課。根據(jù)“新工科”人才培養(yǎng)要求，力圖改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等方面實(shí)施一系列改革實(shí)踐。在提高教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)，也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)與提高。

關(guān)鍵詞：材料科學(xué)基礎(chǔ)；新工科；課程改革與實(shí)踐

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）31-0070-02

目前，我國推動(dòng)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，實(shí)施“一帶一路”、“中國制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等倡議和戰(zhàn)略，以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式和新產(chǎn)業(yè)為代表的新經(jīng)濟(jì)正在蓬勃發(fā)展，對工程科技人才提出更高的要求，迫切需要加快工程教育的改革與創(chuàng)新，培養(yǎng)一大批多元化、創(chuàng)新型的工程科技人才[1]。在此背景下，遼寧科技大學(xué)積極推動(dòng)轉(zhuǎn)型發(fā)展，在人才培養(yǎng)、產(chǎn)教結(jié)合和科研服務(wù)方面取得長足進(jìn)步。隨著新經(jīng)濟(jì)的興起和新產(chǎn)業(yè)革命的到來，傳統(tǒng)工程教育面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。更新人才培養(yǎng)理念，重建培養(yǎng)目標(biāo)和知識(shí)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變培養(yǎng)模式，是新工科人才培養(yǎng)模式的基本內(nèi)涵[2]。根據(jù)“新工科”人才培養(yǎng)要求，逐步提升傳統(tǒng)工科專業(yè)內(nèi)涵，逐步改進(jìn)人才培養(yǎng)模式，專業(yè)課的教學(xué)改革勢在必行。材料科學(xué)基礎(chǔ)是材料科學(xué)與工程專業(yè)的必修課，是培養(yǎng)方案中的核心課。一方面，課程內(nèi)容是構(gòu)建材料工程技術(shù)人員專業(yè)知識(shí)體系、科學(xué)思維方法及創(chuàng)新能力、運(yùn)用基礎(chǔ)理論解決實(shí)際問題能力等的基礎(chǔ)；另一方面，專業(yè)的拓寬，學(xué)生培養(yǎng)模式的變化，均涉及該課程，特別是隨著材料科學(xué)的發(fā)展，新材料、新技術(shù)、新工藝都反映在該課程中[3]。

一、教學(xué)內(nèi)容改革

在探索新工科建設(shè)模式和更新工程人才知識(shí)體系的基礎(chǔ)上，行業(yè)將在教學(xué)過程中引入人才培養(yǎng)最新要求。更新教學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)教師及時(shí)將研究成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容，向?qū)W生介紹科學(xué)研究的新進(jìn)展、新經(jīng)驗(yàn)。積極探索綜合性課程、問題導(dǎo)向課程和跨學(xué)科研究課程，增強(qiáng)課程興趣，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。材料科學(xué)基礎(chǔ)是材料科學(xué)與工程專業(yè)在基礎(chǔ)課程（高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、材料化學(xué)、物理化學(xué)、工程力學(xué)等）與專業(yè)課程（材料力學(xué)性能、材料物理性能、材料分析方法、熱處理原理與工藝等）之間開設(shè)的一門承前啟后的專業(yè)基礎(chǔ)課[4]。材料科學(xué)基礎(chǔ)課程主要包括晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、固體擴(kuò)散、金屬和合金的凝固、合金的相結(jié)構(gòu)和相圖、材料的變形和再結(jié)晶等[5，6]。課程的知識(shí)點(diǎn)既彼此獨(dú)立，又相互關(guān)聯(lián)，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)完整、邏輯嚴(yán)密的理論體系。

二、教學(xué)方法改革

在“新工科”背景下，要以技術(shù)發(fā)展為導(dǎo)向更新教學(xué)內(nèi)容，改革課程體系，建設(shè)一批內(nèi)容新、方法新、手段新的特色課程。材料科學(xué)基礎(chǔ)課程內(nèi)容豐富，知識(shí)點(diǎn)多，知識(shí)量大，知識(shí)結(jié)構(gòu)既系統(tǒng)又基礎(chǔ)，對這門課程的教和學(xué)均有非常高的要求。由于該課程概念多，理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，而且一些微觀結(jié)構(gòu)是看不見、摸不到的，內(nèi)容既抽象又枯燥，所以學(xué)生感到非常難學(xué)。作為課程的主講教師，為了解決這一問題，將理論教學(xué)與實(shí)踐、傳統(tǒng)教學(xué)與多媒體教學(xué)相結(jié)合，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。傳統(tǒng)的教學(xué)手段主要采取教師講解加課堂板書，這種教學(xué)手段存在信息量小、板書內(nèi)容不易保存、內(nèi)容抽象很難清楚講解、缺乏生動(dòng)性和趣味性等問題。特別是隨著培養(yǎng)計(jì)劃的修訂，講課學(xué)時(shí)的減少，使用傳統(tǒng)教學(xué)方法很難完成教學(xué)任務(wù)。如今，隨著課堂信息量的不斷增加，傳統(tǒng)教學(xué)方法必須與先進(jìn)的現(xiàn)代教學(xué)方法相結(jié)合，以更好地完成教學(xué)任務(wù)，提高教學(xué)質(zhì)量，保證教學(xué)效果。與板書相比，多媒體教學(xué)將抽象事物直觀化，簡化復(fù)雜問題，并為教學(xué)的順利進(jìn)行提供形象表達(dá)工具。因此，結(jié)合使用教師講解+課堂板書+多媒體課件，對一些抽象和難以理解的知識(shí)，使用模型或多媒體等教學(xué)方法，以動(dòng)畫形式呈現(xiàn)給學(xué)生，更好地幫助學(xué)生理解相關(guān)知識(shí)，提高教學(xué)效果。例如，材料科學(xué)基礎(chǔ)的本質(zhì)是結(jié)構(gòu)決定性能，但材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)是抽象的，看不到，摸不著，很多內(nèi)容難以理解。如各種位錯(cuò)及位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，多媒體教學(xué)在這方面顯示出特殊的優(yōu)勢。晶體結(jié)構(gòu)、晶格間隙、晶體缺陷運(yùn)動(dòng)、結(jié)晶過程等以動(dòng)畫形式展示，使學(xué)生有身臨其境之感，有效傳遞信息。在學(xué)習(xí)三元相圖的過程中，許多學(xué)生感覺太抽象，因?yàn)榭臻g想象力不足難以弄清三元相圖是怎么形成的。學(xué)習(xí)興趣是學(xué)生認(rèn)真聽講的動(dòng)力，是提高課堂教學(xué)效果的關(guān)鍵。為此，我們在上課時(shí)介紹了生活中常接觸到的實(shí)物“汽車”，讓學(xué)生感受到材料科學(xué)如何影響人們的生產(chǎn)、生活和發(fā)展。比如，在材料科學(xué)基礎(chǔ)的課堂教學(xué)中，我們以“先進(jìn)汽車用鋼的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀”為主題，設(shè)計(jì)一些問題，如汽車用鋼面臨的挑戰(zhàn)、汽車行業(yè)的發(fā)展，以及先進(jìn)汽車用齒輪鋼、彈簧鋼、不銹鋼、面板鋼、大梁鋼等的研究和發(fā)展動(dòng)向。首先，讓學(xué)生在課外閱讀文獻(xiàn)資料，撰寫小論文，制作PPT，然后組織學(xué)生在課堂上進(jìn)行探討、研究，以學(xué)生發(fā)言為主，各抒己見，讓學(xué)生直接參與教學(xué)。在探究中，讓學(xué)生對材料科學(xué)中有關(guān)材料的微觀結(jié)構(gòu)、組織性能及制備工藝等基礎(chǔ)理論有深入的認(rèn)識(shí)。這種新的教育理念下的探究式教學(xué)，贏得學(xué)生的普遍認(rèn)可，取得較好效果。

三、考核方式改革

閉卷考試是一種傳統(tǒng)的以考試為導(dǎo)向的教學(xué)評價(jià)方法，能夠反映學(xué)生學(xué)習(xí)情況，但對于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力存在一定的弊端。單一的閉卷考試將不可避免地導(dǎo)致學(xué)生使用死記硬背的方式來應(yīng)對，完成試卷的情況不能完全客觀地評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)[12]。因此，我們改變了這種考核方式，學(xué)生的最終成績不完全由期末考試成績決定，改變期末考試成績的比例，以更好地反映學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

1.閉卷考試成績?yōu)?0%，考試題型主要是簡答題、綜合題、繪圖題和計(jì)算題，并盡可能少地設(shè)置選擇題和名詞解釋題。由于選擇題的偶然性較大，學(xué)生即使不會(huì)做，隨便蒙一個(gè)，也有可能是正確的，不能客觀反映學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)水平。名詞解釋只是記憶能力的一種考核，并不能反映學(xué)生對所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。相反，簡答題、綜合題、作圖題和計(jì)算題可以更好地檢驗(yàn)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)、分析問題和解決問題的能力。

2.平時(shí)成績占20%，主要體現(xiàn)在學(xué)生的出勤率、作業(yè)質(zhì)量、課堂測試、課堂聽講和回答問題方面，這是對學(xué)生綜合素質(zhì)更具體的檢驗(yàn)。

3.主題討論及小論文占20%，在材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)中，安排一次主題活動(dòng)，討論汽車用鋼面臨的挑戰(zhàn)，汽車行業(yè)的發(fā)展以及先進(jìn)汽車用齒輪鋼、彈簧鋼、不銹鋼、面板鋼、大梁鋼等的研究和發(fā)展動(dòng)向，不僅有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)探索精神，而且有利于培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。這主要是對學(xué)生自主學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的考查。

四、結(jié)語

根據(jù)“新工科”建設(shè)要求，結(jié)合材料科學(xué)基礎(chǔ)課程特點(diǎn)，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等方面進(jìn)行改革，取得了一定成果。在提高教學(xué)質(zhì)量的同時(shí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣也得到顯著提高。今后，我們還要在改革路上繼續(xù)前行，圍繞新工科理念，提出人才培養(yǎng)新模式、學(xué)科發(fā)展新結(jié)構(gòu)，為培養(yǎng)高素質(zhì)人才做出努力。

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