本科課程“材料科學基礎(英)”的建設和教學探索

李生娟,朱鈺方,趙 斌,王 霞

(上海理工大學 材料科學與工程學院,上海 200093)

《上海市中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》中明確指出,“提升教育國際化水平,注重培養(yǎng)學生的國際視野和國際交流能力,增強上海教育的國際吸引力、影響力和競爭力”,凸顯了高等教育中專業(yè)課程英文授課的重要性[1]。教育部也在積極開展雙語教學活動,但雙語混合的授課環(huán)境在長期的教學實踐中逐步被全英文教學所取代,因為后者更能貫徹專業(yè)課程國際化教學目的,適應國際化合作辦學的需求[2-3]。“材料科學基礎(英)”作為上海理工大學材料科學與工程學院本科學生的第一門全英文專業(yè)基礎課,與“材料工程基礎(英)”“現(xiàn)代材料分析方法(英)”“材料結構與性能(英)”共同構成了英文專業(yè)平臺課程群,以體現(xiàn)材料科學與工程一級引導性專業(yè)的設置理念。在本課程的教學和課程建設過程中,要結合課程內(nèi)容的重點難點,還要與其他三門課程的教學團隊一起,充分注重課程之間的協(xié)調(diào),合理設置課程教學內(nèi)容,體現(xiàn)課程之間的內(nèi)在聯(lián)系。建立、完善既分別獨立,又相互關聯(lián)的材料科學與工程一級引導性專業(yè)基礎平臺課程群。

“材料科學基礎(英)”是材料科學與工程專業(yè)課程體系中最重要的專業(yè)基礎課程,在本學科的知識體系中起著“基石”的作用。其教學內(nèi)容不僅關系到材料科學與工程專業(yè)的學生材料學的基礎知識的掌握,還影響著后續(xù)的平臺課程的開展、實施和教學效果的體現(xiàn)?！安牧峡茖W基礎(英)”既要緊密聯(lián)系理論知識體系,又要為其他專業(yè)課程打下扎實的基礎,因此在全英文專業(yè)平臺中是專業(yè)基礎課和專業(yè)課程之間的重要橋梁。

一、課程的定位與培養(yǎng)目標

“材料科學基礎(英)”作為材料科學與工程專業(yè)的專業(yè)基礎課,努力構建 “傳授理論、注重實踐、培養(yǎng)能力”的多層次、科學合理的教學體系,注重知識廣度與深度的平衡,突出各章內(nèi)容的理論、應用及邏輯方面的銜接,強調(diào)運用案例教學實現(xiàn)理論知識的整合,并力求完美體現(xiàn)材料科學學科的化學-結構-性能-加工-應用的基本主線。本課程以金屬材料、陶瓷材料、高分子材料及復合材料為對象,從材料的電子、原子尺度入手,介紹了熱力學、動力學理論及納觀、微觀尺度組織、細觀尺度斷裂機制及宏觀性能。課程目的是介紹材料的成分、微觀結構、制備工藝及性能之間的關系,為材料性能測試和材料加工奠定基礎。通過課程建設有效提升本課程的教學質(zhì)量,對確立學生對材料學科的認知度和興趣,打好學習后續(xù)專業(yè)課程及研究生階段課程的基礎,培養(yǎng)學生工程實踐能力及專業(yè)英語運用能力,提升其就業(yè)競爭力,建立其國際視野都具有十分重要的意義。該課程的教學目標是培養(yǎng)具有國際視野和創(chuàng)新精神,并兼具較強實踐能力的工程應用型高素質(zhì)人才。

二、課程建設的主要特色

“材料科學基礎(英)”作為專業(yè)基礎課程,既要基于其理論基礎傳授課程的基本知識點,又要結合理論知識涉及的材料的基本結構、性能、加工方法融入工程應用的實踐體系。

(一)結合學科特點,基于全英文專業(yè)平臺精選課程教材

對于一門課程,教材的選用原則可以從適用、選優(yōu)、更新和集體選用幾個方面考慮。首先要考慮的是教材符合課程教學大綱的基本要求,具有科學性、思想性、先進性、啟發(fā)性和教學上的適用性;其次,盡量選用最新版本的優(yōu)秀教材。

“材料科學基礎(英)”作為材料科學與工程專業(yè)的專業(yè)必修課,課程本身涉及的專業(yè)基礎知識內(nèi)容多,交叉性和綜合性都較強,學生在學習過程中總會感覺內(nèi)容多、知識點雜,重點難點難于梳理、難于串線式理解。尤其對于英文課程,內(nèi)容的難易程度、章節(jié)內(nèi)容的邏輯性、重點難點問題的清晰表述以及與后續(xù)課程的內(nèi)容銜接等更是比中文課程的教材有更多的要求。針對這些特點,并結合課程教學體系的特點、要求和目標,我們比較了課程目前的一些英文教材,如表1所示,精選了MaterialsScienceandEngineering一書作為本課程的主要英文教材,輔助采用TheScienceandEngineeringofMaterials等書作為參考教材;并向學生推薦經(jīng)典和最新的關于材料科學與工程的綜述文獻作為擴充英語資料[4-9]。

(二)基于全英文專業(yè)平臺開設全英文專業(yè)核心課程

國際視野是我校材料科學與工程專業(yè)人才培養(yǎng)的一個主要目標,在國內(nèi)高校開設全英語專業(yè)核心課程是一項創(chuàng)新性實踐。一般認為,國內(nèi)高校專業(yè)核心課程是不宜進行全英語教學的,因為專業(yè)核心課程擔負著構建學生知識體系的任務,而學生英語水平的參差不齊勢必對核心課程應有的深度帶來不利影響,學生用英語進行思考的能力的缺失必然帶來課堂教學效率的不足。如果教師對教學內(nèi)容執(zhí)行不力,教學方法不靈活,學生得到的僅是支離破碎的專業(yè)英語術語,核心課程成為專業(yè)英語課。

表1 “材料科學基礎(英)”教材舉例Tab.1 English teaching materials for “Fundamentals of Materials Science”

針對上述情況,本專業(yè)學生在低年級通識教育階段開展英語類選修課,加強英語基礎課的學習;在專業(yè)教育階段繼續(xù)強化專業(yè)外語交流能力的培養(yǎng)。兩年來,學院全英語專業(yè)核心課程的教學實踐表明,高水平的師資是全英語教學專業(yè)課程成功與否的關鍵。優(yōu)秀教師應懂得將自己的期望值明確地表達給學生,懂得如何將重要的知識點用適合中國學生習慣的英語傳達給學生;優(yōu)秀教師應不拘泥于或過分依賴英語課件,要重視黑板的作用;優(yōu)秀教師應懂得鼓勵學生,挖掘學生應對挑戰(zhàn)和自我學習的能力;優(yōu)秀教師應懂得課后作業(yè)是課堂交流互動的重要補充。

師資隊伍的建設是課程建設的重中之重。本專業(yè)78%的專任教師都具有海外留學經(jīng)歷,其中5名教師分別在英國劍橋大學、德國魯爾波鴻大學、英國布里斯托大學等獲得博士學位,16位教師曾經(jīng)分別在美國、英國、德國、韓國、日本等國家留學,教師普遍具有良好的專業(yè)素質(zhì)和外語能力、開闊的科學視野和全球意識。并且要求授課教師除了具備長期的英語國家留學背景,還需取得相應的語言資格證書,在正式上課前需要至少一年以上的助教經(jīng)歷,并通過試講才能取得上課資格。

為適應國際型專業(yè)人才培養(yǎng)目標的要求,本專業(yè)所開設的專業(yè)基礎課和專業(yè)課一半以上都采用全英文授課模式,為學生開設全英語的專業(yè)基礎課和專業(yè)課程14門,學生必須修讀的全英語教學課程學分超過20學分,在課程教學中注重學生的英語聽說表達能力,培養(yǎng)專業(yè)外語交流能力。本校材料科學與工程專業(yè)在2013年被上海市教委批準為上海市全英語課程教學建設專業(yè),目前共有11門課程立項為上海市示范性全英語教學課程。除了全英語教學課程外,學院也聘請國外大學知名教授為本科生開設專業(yè)課程,邀請國外知名專家為本科生做高水平的學術報告,與國外多所知名高校建立合作關系,推薦學生到國外進行為期1學年的交換學習并認定修讀學分等,以拓寬學生在專業(yè)領域的國際視野,同時鍛煉學生用外語學習和表達專業(yè)思想的能力。例如,聘請了以色列Gazit博士開設“聚合物材料結構與性能”課程;每年聘請6～8名國外教授為學生開設材料創(chuàng)新講壇。目前,與德國拜羅伊特大學、美國佛羅里達州立大學等都簽訂了本科互換交流生協(xié)議,并且已有幾屆學生都實施了本科交流生計劃。

(三)小班化授課,提升教學質(zhì)量

“材料科學基礎(英)”的授課以小班化教學為主,采用歐美高校的原版教材,專設大量的課外答疑輔導及強調(diào)課前的預習等措施,是保證全英語教學核心課程教學質(zhì)量的必要手段。從課前的預習開始,授課內(nèi)容已經(jīng)開始融入,結合英語專業(yè)詞匯的難點,課前打印本單元的專業(yè)詞匯,讓學生人手一份,讓他們更多地接觸這些詞匯,先將英語專業(yè)詞匯這只攔路虎擊敗,讓他們能夠輕松地投入專業(yè)知識的學習中。

本課程的每一課時幾乎都是由學生用英語復述、總結上一堂課的內(nèi)容開始的。這是課堂教學效果的快速、有效的檢驗方法,教師可依此靈活地調(diào)節(jié)教學節(jié)奏。本課程切實關注“學生學到了什么”,教學過程中充分實踐了啟發(fā)式教學、案例教學、項目設計、讀書報告、問答教學、學生講課等教學手段,課堂氣氛熱烈,學生學習效果總體令人滿意。此外,結合材料在我們身邊無處不在的特點,要讓學生將課本中抽象的化學方程式、晶體結構圖、測試性能的高精尖測試儀器與身邊的衣食住行方面的相關材料聯(lián)系起來,在微觀與宏觀間建立聯(lián)系,在理論與實踐之間找到切合點。

三、課程教學中注重綜合能力的培養(yǎng)

(一)課堂內(nèi)外開放式項目對綜合能力的培養(yǎng)

研究表明,積極的學習態(tài)度會顯著提高教學效果[10],因此,激發(fā)學生對專業(yè)知識的學習熱情和興趣是促進全英語教學效果事半功倍的“好幫手”。本課程通過開放式、多種限制因素的設計類習題來培養(yǎng)學生的綜合思考能力和全面的工程觀念。開放式設計是國外高校職業(yè)工程師培養(yǎng)的重要手段,與國內(nèi)常見的 “標準”答案式的本科課程設計相比具有先進性。由于課題自身的開放性質(zhì),不再是條件充分、結論唯一,決定了學生不可能按照既定的模式機械地去從事解題活動,而必須主動地、積極地去進行探索,有利于學生自我意識和獨立人格的形成,是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力的一個切入口。課程提供若干微型課題項目(Mini-project),由學生組隊自愿接受挑戰(zhàn),完成后,向全班演示結果并接受教師及學生的提問。例如,Mini-project“飛機發(fā)動機部件材料的奧秘”:從飛機發(fā)動機的不同部件,外殼、燃燒室、壓縮腔等入手,讓學生自由組隊,選擇其中一個部件,從該部件的應用場合、使用條件出發(fā),查找文獻資料,選擇不同類型的材料,根據(jù)材料的結構特點,分析材料的性能,然后對號入座確定在此部件中使用的要求。整個小組分工合作,形成一個項目報告,并以英語presentation的方式向同學們介紹,從而理解材料的結構、性能和應用之間的關系。完成此開放式項目,學生需要掌握材料的基本結構、性能,學會通過不同場合的應用特點選擇合適的材料,明確根據(jù)應用需求選擇合適材料性質(zhì)的方向,同時需要綜合考慮經(jīng)濟、環(huán)保、行業(yè)標準等多方面的因素。在此過程中,學生完成“教”與“學”的有機結合。

Mini-project只是課堂授課的體驗,材料科學與工程學院更是采取多種培養(yǎng)方式實現(xiàn)了理論學習、科學研究、工程實踐的綜合能力的培養(yǎng)。我院的學生從入學伊始,就在六位一體的“學士導師制”中完成學業(yè),包括導學與成才引導、科技創(chuàng)新、科研助理、畢業(yè)設計、就業(yè)指導與推薦、研究生生源培育六個層次。導師制覆蓋全院所有學生,每一個學生都在導師的引領下進入科研小組,一方面參與導師的科研項目,一方面組隊申請學校的、上海市的、全國的大學生創(chuàng)新項目,每年累計參加人數(shù)達六七十人,平均每人都有一個項目參與,并在此基礎上參加各種國家級、省市級的科技競賽,如全國大學生挑戰(zhàn)杯科技競賽、上海市先進材料創(chuàng)新創(chuàng)意大賽等,真正實現(xiàn)了“科研反哺教學、創(chuàng)新教育滲透課堂教學”。本課程在課堂授課中將創(chuàng)新教育滲透到課堂教學中,以材料學科“結構—性能—應用”之間的關系研究作為主線,在每一部分基礎理論、材料結構性能的學習中都引入創(chuàng)新項目的實例來幫助學生更腳踏實地鞏固知識與應用知識。

(二)通過課程評價體系提升課程質(zhì)量

本課程轉變了課堂教學評價的基本思路,從“以教論學”到“以學論教”。關注學生在課堂教學中的表現(xiàn)已成為課堂教學評價的主要內(nèi)容,除了關注他們的知識技能目標的達成以外,還特別關注他們在課堂上師生互動、自主學習、同伴合作中的行為表現(xiàn)、參與熱情、情感體驗和探究、思考的過程,即關注學生是怎么學的。通過了解學生在課堂上如何討論、如何交流、如何合作、如何思考、如何獲得結論及其過程等行為表現(xiàn),評價課堂教學的成敗。本課程教師平等對待學生,積極引導學生進步。由于課程的特殊性(半學期完成48學時全英語教學、專業(yè)基礎課),許多同學感到學習壓力很大。教師經(jīng)常主動與學生課下交流,和英語水平欠缺的同學一起閱讀教材中的經(jīng)典敘述,讓他們意識到國外教材往往比國內(nèi)教材敘述更準確更到位,使他們從閱讀中享受學習的過程,從而幫助他們樹立自信。并就所學的知識點幫助學生利用文獻檢索工具,查閱相關的英文文獻,拓寬知識面,并提升專業(yè)英語的水平。本課程教學還充分注重學生之間相互學習的重要性,案例教學及課堂討論環(huán)節(jié)都會有學生互評機制,既是相互學習也是促進與競爭的環(huán)節(jié)。

授課期間的教學監(jiān)督機制也在進一步保證全英語授課的教學質(zhì)量。學校、學院兩級教學質(zhì)量評估和教學獎勵的評定部門,負責監(jiān)督和檢查各學院各專業(yè)教學計劃執(zhí)行情況。通過聽課、與教師交流、與學生座談等多種形式,及時了解和掌握本科教學情況和學生學習狀態(tài),收集相關數(shù)據(jù),對教師的教學工作狀況與質(zhì)量進行檢查、評價與反饋,對教師教學業(yè)務能力的提高給予具體指導。

四、結束語

上海理工大學材料科學與工程學院將具有“工程型、創(chuàng)新性、國際化”的材料行業(yè)高級工程技術和管理人才設定為專業(yè)培養(yǎng)目標?！安牧峡茖W基礎(英)”課程通過優(yōu)秀的國外教材的選擇,具有國外背景的專業(yè)教師隊伍的建設和教與學的有機融合、相輔相成實現(xiàn)全英文課程的建設。通過課程建設，將實踐教學項目與創(chuàng)新訓練項目的實施融入知識體系的傳授過程，實現(xiàn)了在全英文授課平臺上對學生國際視野和外語應用能力、自主學習能力、創(chuàng)新意識和專業(yè)能力的培養(yǎng)。