基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的“材料工程基礎”課程教學改革研究*

蔣正權，張偉敏，金業(yè)銘，蔣愛云，郝用興，仝玉萍，楊中正，陳 希

(1 華北水利水電大學材料學院，河南 鄭州 450045；2 華北水利水電大學法學院，河南 鄭州 450045；3 黃河科技學院工學部，河南 鄭州 450063)

科技是世界發(fā)展的基石，而材料是支撐科技發(fā)展的根基，二者的重要性均不言而喻?！丁笆奈濉痹牧瞎I(yè)發(fā)展規(guī)劃》聚焦“新材料創(chuàng)新發(fā)展、低碳制造試點、數(shù)字化賦能、戰(zhàn)略資源安全保障、補鏈強鏈工程”等五大領域，規(guī)劃建設全球重要原材料研發(fā)、生產(chǎn)、應用高地，全面提升新材料產(chǎn)業(yè)競爭力，實現(xiàn)全球領先的綠色低碳發(fā)展[1]。材料是現(xiàn)代高科技與經(jīng)濟的重要組成部分，也是高新技術的突破口。材料的發(fā)展關乎國計民生，先進新材料的戰(zhàn)略意義日益凸顯[2]；而人才是國家發(fā)展的原動力，我國材料學科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)亟待加強。

《材料工程基礎》是一門工程實用性很強的核心專業(yè)課程，其理論來源于生產(chǎn)實踐，又服務于生產(chǎn)實踐的各個過程。隨著我國多種戰(zhàn)略性新材料的高速發(fā)展，相較于傳統(tǒng)課程而言該課程的培養(yǎng)目標無疑要求更高。因此，《材料工程基礎》課程教學模式改革刻不容緩[3]。本文立足于“以學生為本”[4]，聚焦國家發(fā)展大計，基于材料專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)教學中存在的問題，深入剖析其原因，深化《材料工程基礎》課程教學模式和教學策略改革，并提出有效、可行的解決方案。

1 材料工程基礎課程及其教學現(xiàn)狀

1.1 課程介紹

《材料工程基礎》課程闡述了材料科學與工程的理論基礎及其在材料加工工程中的應用，介紹了材料的成分、加工工藝、組織結構和性能之間的關系以及熱量傳遞和物質遷移等過程。通過對本課程的學習，可以使學生對材料工程的概念和內涵形成比較清晰的認識，較系統(tǒng)地了解材料工程涉及的材料制備原理等，有助于培養(yǎng)學生良好的邏輯思維和正確分析、解決材料工程實際問題的能力，為進一步學習材料學科其他專業(yè)課程打下良好的基礎。

1.2 教學現(xiàn)狀及問題分析

《材料工程基礎》是材料科學與工程相關專業(yè)本科生由專業(yè)基礎課向專業(yè)核心課轉變的一門重要的專業(yè)基礎課程。該課程概念繁雜，新概念晦澀難懂，內容抽象，公式復雜；學生在該課程學習過程中普遍反映學習難度大、內容枯燥乏味。相關具體問題分析如下：

1.2.1 教學內容滯后科技進步

材料的發(fā)展日新月異，而相關教材的更新相對滯后[5]。隨著材料科學的發(fā)展，主流材料企業(yè)逐步淘汰傳統(tǒng)工藝，新興技術發(fā)展勢如破竹。但目前《材料工程基礎》課程所使用的教材大多較為老舊，教學內容陳舊，難以適應材料科學與技術的發(fā)展。這就迫切需要本課程將材料工程領域的最新發(fā)展、最先進理論如材料類高新技術企業(yè)最新流程工藝融入課堂教學。

1.2.2 社會不良風氣的影響

材料科學、生物學、化學及環(huán)境科學四個專業(yè)的人才培養(yǎng)需要較長的時間周期以及較高的人力、財力、物力投入；這在社會上造成了一定程度的誤解，甚至戲稱其為“四大天坑”專業(yè)。其中的材料專業(yè)口碑堪憂，考生的第一印象也往往不佳。這使得眾多考生對材料專業(yè)敬而遠之甚至避之不及；即使部分考生因為各種原因選擇該專業(yè)，多半也是被動調劑所致。

1.2.3 學生缺乏學習積極性

據(jù)統(tǒng)計，我校材料專業(yè)的大部分學生來源于專業(yè)調劑，對本專業(yè)的學習缺乏信心與熱情。由于對專業(yè)的了解不足，部分學生對材料專業(yè)的學習產(chǎn)生抵觸心理，出現(xiàn)學習障礙。與此同時，由于缺乏約束，部分學生沉迷于電子游戲，課堂狀態(tài)不佳，無法有效吸收課堂教學知識，更兼課后無法主動抽時間復習，疲于考前突擊應付，結果形成惡性循環(huán)，學習效果欠佳。

1.2.4 學生缺乏鉆研創(chuàng)新精神

傳統(tǒng)教學模式下，老師傳授知識，學生被動接收；大部分學生的學習局限于老師課堂講授內容，缺乏探索和鉆研精神，難以做到知其然、更知其所以然，以及舉一反三、融會貫通。遇到疑難困惑，部分學生不是主動深入探究，而是直接向老師尋求答案，存在較強的依賴性。且由于目前普遍采用的考核方式為卷面考試，學生為了“評優(yōu)”、“評先”而過于看重分數(shù)的高低，忽視了鉆研精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，難以全身心融入科研訓練、生產(chǎn)實踐之中，獨立思考和解決問題的能力不足，創(chuàng)新意識缺乏。

2 教學模式研究與構建

強化課前、課間、課后“三課計劃”[6]。課前預習常規(guī)化：引導和鼓勵學生充分利用課余時間，提前了解課程內容，減輕課堂教學壓力；課間學習主動化：充分調動學生課堂學習的主動性和積極性，深化思政融入，活躍課堂氣氛；課后時間復盤化：督促學生課后進行知識再鞏固，思想再融入，改善學生學習成效。

2.1 課前階段

課程教學團隊提前公布教學計劃(教學目標、內容、方式和安排等)，針對教學大綱中章節(jié)內容和學習目標，明確本節(jié)課程學習任務，制作簡明扼要的學習指導。利用學習通等線上教學平臺，上傳對應的學習視頻和課件，開辟專題討論區(qū)并設置引導性問題。學生從學習任務與學習指導中獲取學習線索，觀看教學視頻，預習教學課件，并完成課前評價性測驗。本階段主要是學生的自主學習，教師設置好情境和引導問題，由學生自主完成。課程教學團隊積極評價學生對引導性問題的討論和回答，并根據(jù)評價結果有針對性地加強薄弱環(huán)節(jié)的指導。以《材料工程基礎》課程中非晶態(tài)與半晶態(tài)材料章節(jié)為例，該章節(jié)是本課程一大重難點，要求學生掌握非晶態(tài)的特征、粘性變形及玻璃轉變溫度等內容。課程組教學團隊首先在學習通創(chuàng)建并發(fā)布章節(jié)學習任務，由晶體材料作為引入，通過晶體材料與非晶體材料的對比，帶領學生快速了解非晶態(tài)的結構特征。然后在討論區(qū)設置問題：晶體材料與非晶體材料的異同，引導學生對知識加以梳理。最后，針對預習內容設置簡單測驗，檢查、分析學生預習成效，為課堂學習做好鋪墊。

2.2 課間階段

充分利用學生課前自主學習成果，根據(jù)課程具體內容特點，靈活選用集中講解和小組討論等教學方式。給予學生更多表現(xiàn)機會，積極評價和鼓勵學生，激發(fā)學生學習興趣，使學生充分參與到課堂學習中。為進一步檢查學生的學習效果，針對特定內容學習目標實施隨堂檢測，并根據(jù)實時結果反饋，對學生掌握程度較薄弱的環(huán)節(jié)即時進行強化講解。與此同時，在課堂上引入與網(wǎng)絡熱議話題相關的材料工程問題，結合課程教學團隊科學研究進展和高精尖領域科技發(fā)展，適時融入相關思政案例[7]，激發(fā)學生愛國熱情與學習熱情，培養(yǎng)學生大國工匠精神。

2.3 課后階段

課后學習同樣是學習環(huán)節(jié)中的重點。根據(jù)課堂教學內容布置課后作業(yè)，強化知識運用，并可適時布置課后自測，進一步強化學生對所學知識的掌握。本課程采取以宿舍為單位劃分學習小組的方式，在完成某一知識點的課堂教學后，組織小組成員之間、小組與小組之間互相答疑，共同參與課程重點和難點的討論。在完成各章節(jié)內容課堂教學后，布置思維導圖作業(yè)，引導學生自行構建材料工程基礎知識體系的各個分支，為最終拼接匯成完整知識體系奠定基礎。在此基礎上，根據(jù)課堂學習和作業(yè)完成情況，以小組為單位進行學習評比，更好地激發(fā)大家的學習興趣。

3 教學策略改革與探索

3.1 深化“我來出考題”教學環(huán)節(jié)

傳統(tǒng)的教學方法以教師講授為主，學生往往處于被動接受知識的地位[8]?！恫牧瞎こ袒A》作為核心專業(yè)課，必須注重培養(yǎng)學生獨立思考和解決實際生產(chǎn)實踐問題的能力。目前，學生對課程學習重、難點的把握過于依賴教師“劃重點”環(huán)節(jié)，考前突擊司空見慣。為消除此不良現(xiàn)象，在教學過程中引入“我來出考題”環(huán)節(jié)，由學生對各類試題進行剖析并嘗試自主設計期中、期末試題，供課程教學團隊審核選用。該環(huán)節(jié)將學生理論知識學習與教學進程緊密關聯(lián)、共同促進，有助于強化學生對相關理論知識的理解吸收、融合貫通。同時知識的學習不再局限于教科書中死板的理論，學生通過跳出課本進行換位思考，可更好地養(yǎng)成主動學習態(tài)度，激發(fā)獨立思考和創(chuàng)新意識，培養(yǎng)創(chuàng)新能力[9]，增強對材料專業(yè)的成就感和認同感，從而升華教學效果。

3.2 推廣實施后排“加分座位”政策

在線下教學實施環(huán)節(jié)中，學生搶占后排座位現(xiàn)象普遍。因后排座位距離教師和講臺較遠，教師的注意力在講授過程中難以有效覆蓋，后排座位便成為部分不主動參與課堂學習學生的“天堂”。從學習狀態(tài)和學習效果來看，搶座前排與搶座后排學生的差距明顯。為杜絕這一現(xiàn)象，使更多學生主動融入課堂教學狀態(tài)，推廣實施后排“加分座位”政策。有針對性地對后排同學進行特別關照，加大提問力度，提高后排座位同學的存在感和課堂參與度，促使這部分學生“主動”搶座前排、積極融入課堂教學環(huán)節(jié)，激發(fā)其學習熱情。

3.3 加強實施“一人卡殼，全寢幫忙”的問答模式

宿舍作為學生學習生活的重要載體，也是構成本課程學習討論小組的單元，而單元成員的配合狀態(tài)顯著影響其課堂參與度和學習效果。為調動學生學習的積極性，在課堂提問環(huán)節(jié)以宿舍為單位，實施“一人卡殼，全寢幫忙”的問答模式，被提問者回答問題不明確、不清楚，發(fā)動宿舍成員幫忙回答。這樣既有利于培養(yǎng)學生的團隊意識，又可增強學生的專業(yè)素養(yǎng)，形成宿舍成員相互督促學習的良好循環(huán)。

4 實踐教學環(huán)節(jié)的引入與實現(xiàn)

作為重要的核心專業(yè)課程，《材料工程基礎》的實踐性較強。作為教學的重要環(huán)節(jié)，在實踐教學中要積極探尋豐富多彩的實踐形式，實現(xiàn)理論與實踐的有機結合[10]，不斷優(yōu)化教學效果，提高學生表述問題、分析問題、解決問題的綜合能力，以適應材料類創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需要。

4.1 課堂實驗方案優(yōu)化升級

課堂實驗教學對培養(yǎng)大學生創(chuàng)新精神和實踐能力尤為關鍵，可激發(fā)學生對高新科技發(fā)展的關注。但現(xiàn)行實驗教學方案更新緩慢、內容老舊，嚴重滯后于科技發(fā)展。因此，以完成實驗教學培養(yǎng)方案為基礎，結合課程教學團隊科研項目研究進展和高精尖領域科技發(fā)展，將驗證性實驗和開放式實驗相互結合，及時更新實驗教學內容與實驗設備。在本學期《材料工程基礎》實驗課程中，課程組教學團隊將納米潤滑材料引入實驗教學，增設摩擦磨損實驗和靜電紡絲實驗，加強專業(yè)理論教學與專業(yè)實驗教學的銜接。同時持續(xù)改進課程實驗教學體系，引導學生思考并設計材料工程基礎實驗[11]，以推動具備卓越綜合能力的材料專業(yè)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

4.2 校外實踐項目深化三端協(xié)作

在本課程校外實踐階段，引入高新技術企業(yè)一線專家實施項目端創(chuàng)新教學，深化“三維聯(lián)動”培養(yǎng)體系。課程教學團隊與企業(yè)專家建立了華北水利水電大學-河南黃河旋風股份有限公司大學生校外實踐教育基地，并聯(lián)合相關企業(yè)立項創(chuàng)新科研課題，課題源于企業(yè)“卡脖子”難題，引導學生全方位、全過程參與課題相關科研工作，研究成果最終貢獻于企業(yè)發(fā)展。通過需求端、供給端、服務端“三端”協(xié)同發(fā)力，有效打破高校和企業(yè)間的技術壁壘，拓展形成材料類創(chuàng)新型人才培養(yǎng)和供給新路徑。同時組織學生深入企業(yè)生產(chǎn)一線進行頂崗實習，在企業(yè)專家的指導下，感受材料專業(yè)的魅力，培養(yǎng)和增強學生的專業(yè)認同感及專業(yè)自信心。

5 課程改革總結與展望

為了適應材料專業(yè)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)需要，《材料工程基礎》教學改革勢在必行。教學內容更新迎合時代發(fā)展潮流，引領學生跟蹤相關前沿高新科技的發(fā)展動態(tài)；教學模式建設合理規(guī)劃學習過程，提高學習效率，改善學習效果；教學策略探索豐富教學方式，充分調動學生學習積極性；實踐教學引入拉近學生與科學研究的距離，啟蒙學生的科研創(chuàng)新精神。課程的建設與改革內容深遠、綜合性強；本文基于《材料工程基礎》教學模式與教學策略的改革與探索，強調引導學生主動沉浸于材料專業(yè)知識學習，將個人理想與專業(yè)發(fā)展緊密結合，以助力材料專業(yè)創(chuàng)新型復合人才的教育培養(yǎng)。