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摘要:新工科已成為改革話語(yǔ)中最為醒目的詞語(yǔ)。對(duì)于本科教育來(lái)說(shuō)，材料工程基礎(chǔ)在材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)中占有極其重要的地位。該文在新工科建設(shè)背景下，對(duì)目前材料工程基礎(chǔ)課堂面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行探討，并提出通過(guò)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法和評(píng)價(jià)方法等措施來(lái)提高教學(xué)質(zhì)量；通過(guò)激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、挖掘潛力、改革考核體制等措施提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性、創(chuàng)造性，培養(yǎng)出適用于材料行業(yè)發(fā)展的高素質(zhì)人才。

關(guān)鍵詞:新工科；材料工程基礎(chǔ)；課程改革

1前言

當(dāng)前，世界經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)格局正在經(jīng)歷大調(diào)整、大變革和大發(fā)展的新歷史時(shí)期。一方面，全球金融危機(jī)的影響導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)步伐緩慢，發(fā)展的不確定因素增多；另一方面，全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革醞釀新突破，特別是新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，加上新能源、新材料、生物技術(shù)等方面的突破，正在引發(fā)影響深遠(yuǎn)的產(chǎn)業(yè)變革。因此，各國(guó)都紛紛制定相關(guān)政策加以應(yīng)對(duì)。美國(guó)提出將互聯(lián)網(wǎng)、高級(jí)計(jì)算機(jī)等應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中；德國(guó)政府則提出充分利用物聯(lián)信息技術(shù)將工業(yè)化生產(chǎn)中的多個(gè)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行有效融合，從而達(dá)到快速、便捷的目標(biāo)；而中國(guó)政府提出“互聯(lián)網(wǎng)+”、“一帶一路”倡議等重要決策，預(yù)示著我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)將從低端人工化走向高端智能化、從依賴(lài)進(jìn)口到自主創(chuàng)新。面對(duì)全球產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)局面的變化和搶占未來(lái)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)的新挑戰(zhàn)，我們必須前瞻布局、主動(dòng)應(yīng)對(duì)，在新一輪全球競(jìng)爭(zhēng)格局中贏得主動(dòng)權(quán)。因此，在知識(shí)經(jīng)濟(jì)、新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命快速發(fā)展的局勢(shì)下，傳統(tǒng)的工科教育在很大程度上已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展需求，國(guó)家亟須建設(shè)新技術(shù)和發(fā)展新工科。為此，自2017年2月以來(lái)，教育部力推新工科建設(shè)，相繼促成“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”以及“北京指南”的問(wèn)世，構(gòu)成了新工科建設(shè)的“三部曲”，拉開(kāi)了人才培養(yǎng)改革的新篇章，促使全國(guó)高校在工程教育領(lǐng)域掀起了一場(chǎng)教學(xué)模式的改革風(fēng)暴。我國(guó)要想在世界高等工程教育中占據(jù)一席之地，就要始終堅(jiān)持走創(chuàng)新之路，在“空白區(qū)”勇往直前、開(kāi)拓創(chuàng)新，以技術(shù)創(chuàng)新及顛覆構(gòu)筑先發(fā)優(yōu)勢(shì)，切實(shí)提升我國(guó)新工科在國(guó)際中的影響力和學(xué)科競(jìng)爭(zhēng)力[1]。當(dāng)前，許多高校均存在一個(gè)顯著的共性問(wèn)題：辦學(xué)現(xiàn)狀與行業(yè)、產(chǎn)業(yè)需求不相適應(yīng)。具體表現(xiàn)為：首先，人才培養(yǎng)特色不明顯，許多進(jìn)入工程崗位的畢業(yè)生能力不足。其次，學(xué)科基礎(chǔ)過(guò)于薄弱，協(xié)同創(chuàng)新與服務(wù)社會(huì)能力不足。最后，課程體系與教學(xué)模式、知識(shí)體系建設(shè)不完善[2]。因此，新工科建設(shè)為高校的發(fā)展指明了方向，即要求高校以產(chǎn)業(yè)需要為導(dǎo)向，定位相應(yīng)的卓越工程人才培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建以成果為導(dǎo)向的本科教育新模式，這對(duì)工程教育質(zhì)量的提高、助推經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)、應(yīng)對(duì)未來(lái)新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，為把我國(guó)建設(shè)成為引領(lǐng)世界制造業(yè)發(fā)展的制造強(qiáng)國(guó)做出重大貢獻(xiàn)。

2新工科背景下材料工程基礎(chǔ)課程教學(xué)面臨的挑戰(zhàn)

材料工程基礎(chǔ)是材料學(xué)科的一個(gè)重要組成部分，主要介紹了各種材料的共性規(guī)律及金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料和有機(jī)高分子材料的個(gè)性特點(diǎn)和多種組分復(fù)合體系的基本特征[3]。隨著新材料和新技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的研究不斷深入，加之測(cè)試表征技術(shù)的迅猛發(fā)展，科研工作者對(duì)材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系也有了更深層次的了解。材料工程基礎(chǔ)著重研究以物質(zhì)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，闡述原子結(jié)構(gòu)、原子間相互作用和結(jié)合的方式，與材料內(nèi)部和表面原子的空間排列狀態(tài)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)及變化規(guī)律之間的相互關(guān)系，闡明了在應(yīng)力、熱、電、光、磁、化學(xué)介質(zhì)、氧等外界因素的作用下，各類(lèi)材料所表現(xiàn)出來(lái)的宏觀性質(zhì)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。此外，還學(xué)習(xí)材料的制備原理和主要方法。因此，在材料類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)中，材料工程基礎(chǔ)作為一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，越來(lái)越受到大家的重視。該課程可以提升學(xué)生的理論水平和分析問(wèn)題的能力。因此，材料工程基礎(chǔ)課程建設(shè)對(duì)材料學(xué)科發(fā)展具有重要的作用。蘇州科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院是新成立的學(xué)院，學(xué)院瞄準(zhǔn)材料科學(xué)與工程前沿，緊密結(jié)合國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，注重學(xué)科交叉，致力于培養(yǎng)具有廣闊視野、堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)、較強(qiáng)創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。因此，為響應(yīng)國(guó)家新工科政策的號(hào)召，為國(guó)家培養(yǎng)高素質(zhì)人才，對(duì)材料工程基礎(chǔ)進(jìn)行課程改革刻不容緩。

2.1教學(xué)內(nèi)容亟待改革

材料工程基礎(chǔ)是材料專(zhuān)業(yè)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，起著聯(lián)系材料基礎(chǔ)類(lèi)課程與材料設(shè)計(jì)和應(yīng)用類(lèi)課程的紐帶作用，在培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)和工程實(shí)踐能力方面占有重要地位。該課程主要以材料組成與物質(zhì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)在聯(lián)系為基礎(chǔ)，還包括各類(lèi)材料的加工行為和主要加工方法。單獨(dú)來(lái)看，材料工程基礎(chǔ)存在“內(nèi)容多，難度大，學(xué)時(shí)少”的現(xiàn)狀，如何保質(zhì)保量地完成教學(xué)大綱要求，是任課教師必須面對(duì)的問(wèn)題。然而，材料工程基礎(chǔ)的部分內(nèi)容與材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料物理性能等課程的部分章節(jié)存在交叉，因此，難免會(huì)出現(xiàn)重復(fù)講授的現(xiàn)象。例如，這三門(mén)課程均涉及晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷方面的內(nèi)容。教學(xué)內(nèi)容的交叉反映了這幾門(mén)課程在基礎(chǔ)知識(shí)和理論方面存在較大關(guān)聯(lián)，但重復(fù)教學(xué)一方面會(huì)造成課時(shí)浪費(fèi)，另一方面會(huì)使得學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。此外，該課程部分章節(jié)內(nèi)容比較難理解，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生喪失學(xué)習(xí)興趣，大大降低教學(xué)質(zhì)量。因此，必須對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革。

2.2教學(xué)方法改革

傳統(tǒng)的理論教學(xué)主要還是以板書(shū)、多媒體課件為主，其優(yōu)點(diǎn)是便于學(xué)生理解理論公式的推導(dǎo)過(guò)程。然而，對(duì)于一些抽象晶體結(jié)構(gòu)模型的講解則顯得較為困難。此外，在課堂上往往是“教師講、學(xué)生聽(tīng)”的教學(xué)模式，教師對(duì)學(xué)生的知識(shí)掌握程度無(wú)法做到實(shí)時(shí)監(jiān)督，無(wú)法給出客觀正確的評(píng)價(jià)。現(xiàn)代教學(xué)并不是一個(gè)“教師教、學(xué)生學(xué)”的單一過(guò)程，而是以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)，師生共同參與的過(guò)程。同時(shí)，材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)是實(shí)踐性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)，理論教學(xué)的同時(shí)往往與實(shí)踐相脫離，根本無(wú)法達(dá)到開(kāi)設(shè)該門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課的目的。在這樣的教學(xué)模式下，學(xué)生把主要精力都集中在專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)上，通過(guò)死記硬背知識(shí)點(diǎn)來(lái)應(yīng)對(duì)課程的考試，從而忽視了對(duì)實(shí)踐應(yīng)用技能的鍛煉，導(dǎo)致不會(huì)靈活運(yùn)用理論知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，這與新工科背景下的培養(yǎng)目標(biāo)并不一致。因此，為了響應(yīng)新工科政策的號(hào)召，我們須對(duì)“講授式”教學(xué)模式進(jìn)行必要的改革[4]。

2.3考核方式改革

在課程考核方面，依然延續(xù)著傳統(tǒng)的閉卷考試模式，學(xué)生的課程成績(jī)主要由期末考試卷面成績(jī)和平時(shí)成績(jī)按一定比例組成，考試只是對(duì)該課程所學(xué)的總結(jié)，無(wú)法客觀評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)和對(duì)課程的實(shí)際掌握情況，而平時(shí)成績(jī)與教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置和課堂教學(xué)情況有關(guān)，難以給出合理的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。此外，期末考試往往只側(cè)重于對(duì)學(xué)生的理論水平進(jìn)行考核，而忽略了學(xué)生獨(dú)立思考問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題以及應(yīng)用知識(shí)的能力。

3材料工程基礎(chǔ)教學(xué)改革的著力點(diǎn)

3.1優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量

內(nèi)容相近、知識(shí)點(diǎn)有交叉的幾門(mén)課程的授課教師可組成教學(xué)團(tuán)隊(duì)，各教師針對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行研究、交流和探討。例如材料物理性能、材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料工程基礎(chǔ)這三門(mén)課程中均涉及晶體學(xué)知識(shí)，但不同專(zhuān)業(yè)背景的教師對(duì)晶體的理解與表述存在較大差別，材料科學(xué)基礎(chǔ)可注重晶體的點(diǎn)陣類(lèi)型、晶面、晶向指數(shù)的表示方法，材料物理性能可重點(diǎn)講述在應(yīng)力、熱、電、光、磁、化學(xué)介質(zhì)、氧等外界因素的作用下，各類(lèi)材料所表現(xiàn)出來(lái)的宏觀性質(zhì)，而具有材料工程基礎(chǔ)背景的教師則可側(cè)重于講述材料組成與物質(zhì)結(jié)構(gòu)性能特征、材料的制備原理和主要方法，使學(xué)生建立材料制備—加工—結(jié)構(gòu)—性能關(guān)系的整體概念。這樣不僅可以加強(qiáng)各門(mén)課程之間的交叉，還有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的多角度理解。此外，很多新技術(shù)、新材料的發(fā)現(xiàn)都離不開(kāi)材料工程基礎(chǔ)。因此，在教學(xué)內(nèi)容中還可以結(jié)合教師的科研工作，融入一些前沿科學(xué)及研究熱點(diǎn)課題，例如超導(dǎo)材料YBa2Cu3O7、教改教法Bi2Si2Ca2Cu3O10、Ti2Ba2Ca2Cu3O10和、HgBa2Ca2Cu2O8，原子團(tuán)簇C60、C70和富勒烯，碳納米管和石墨烯等。一方面可以讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到課程內(nèi)容的重要性和實(shí)用性，另一方面可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.2改善教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生熱情

近年來(lái)，微課[5]、慕課（MOOC）[6]、翻轉(zhuǎn)課堂等新興教學(xué)模式逐漸興起，這些教學(xué)模式也逐步成為國(guó)內(nèi)外教育工作者研究和實(shí)踐的熱點(diǎn)。其中，翻轉(zhuǎn)課堂是將知識(shí)傳授與知識(shí)內(nèi)化的過(guò)程進(jìn)行顛倒，顛覆了傳統(tǒng)課堂的教學(xué)結(jié)構(gòu)，即學(xué)生課前通過(guò)觀看教學(xué)視頻學(xué)習(xí)新知識(shí)，在課堂上則是以做作業(yè)、交流、討論、做項(xiàng)目或?qū)嶒?yàn)為主的一種教學(xué)形態(tài)。在該模式下，教師與學(xué)生之間的交流討論等過(guò)程增多，極大地增加了課堂中的互動(dòng)，逐步形成以學(xué)生為中心的課堂，將“教師講、學(xué)生聽(tīng)”轉(zhuǎn)化為“學(xué)生講，教師聽(tīng)”的模式。此外，還可將學(xué)生進(jìn)行分組，將部分知識(shí)點(diǎn)留給學(xué)生課后查找相關(guān)文獻(xiàn)和資料，自行做課件，歸納重點(diǎn)，下節(jié)課在課堂上進(jìn)行輪流講課。然后，讓其他學(xué)生進(jìn)行提問(wèn)討論，最后由教師進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)重點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行講解。例如，在學(xué)習(xí)“納米材料”這一知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可以讓學(xué)生分組，列舉納米材料與塊狀材料由于尺寸不同導(dǎo)致的聲、光、電、磁、熱力學(xué)等物性不同的現(xiàn)象，例如金屬的納米粒子會(huì)在空氣中燃燒、光吸收峰藍(lán)移現(xiàn)象、催化活性增強(qiáng)、磁有序向磁無(wú)序轉(zhuǎn)變、聲子譜發(fā)生改變等，以及產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因（小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)）。同時(shí)，介紹納米材料的表征手段，例如X射線衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM），比表面分析儀（BET）、原子力顯微鏡（AFM）、掃描隧道顯微鏡（STM）等。最后，列舉納米材料在信息、能源、環(huán)境、生物、醫(yī)藥和軍事領(lǐng)域的應(yīng)用。這樣不僅能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，還能激發(fā)學(xué)生的潛力，讓他們對(duì)知識(shí)點(diǎn)有著更加深刻的認(rèn)識(shí)，還鍛煉了學(xué)生查閱資料、語(yǔ)言表達(dá)以及組織協(xié)調(diào)的能力。此外，教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置多元化，除了理論教學(xué)環(huán)節(jié)，開(kāi)設(shè)合理的綜合實(shí)驗(yàn)或者課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)有助于反哺教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力[7]，切實(shí)讓學(xué)生體會(huì)學(xué)以致用，充分鍛煉學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用技能，為他們今后的工作打下基礎(chǔ)。

3.3鼓勵(lì)自主學(xué)習(xí)，挖掘?qū)W生潛力

在信息化時(shí)代，利用網(wǎng)絡(luò)資源有助于促進(jìn)對(duì)材料工程基礎(chǔ)知識(shí)的掌握。在平時(shí)的教學(xué)中，筆者經(jīng)常鼓勵(lì)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源去檢索一些相關(guān)資料，如：CNKI、萬(wàn)方、百度學(xué)術(shù)等中文資源以及ACS、RSC、Wiley、Elesvier等英文數(shù)據(jù)庫(kù)。學(xué)生不僅可以學(xué)會(huì)各類(lèi)文獻(xiàn)的檢索方法，還可大大拓展自己的知識(shí)面，并且對(duì)自己課堂所學(xué)的理論知識(shí)在實(shí)際中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行深入了解。例如，在講述材料的結(jié)構(gòu)和制備相關(guān)章節(jié)時(shí)，可以舉例從結(jié)構(gòu)上看，玻璃不像晶體一樣在空間做遠(yuǎn)程有序排列，而屬于近程有序而遠(yuǎn)程無(wú)序的結(jié)構(gòu)，玻璃向熔體的轉(zhuǎn)變是在一定溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行，沒(méi)有固定的熔點(diǎn)[3]。聯(lián)系到玻璃的制備過(guò)程中，需要將配合料加熱到高溫使其熔融，進(jìn)一步加熱以降低其黏度，同時(shí)加入澄清劑消除玻璃中的氣泡、使玻璃液澄清，最后降低溫度使玻璃液達(dá)到一定黏度，倒入錫槽后在熔融金屬錫的表面上攤開(kāi)，通過(guò)浮法獲得具有一定厚度的平板玻璃。課后給學(xué)生布置任務(wù)，讓他們通過(guò)電子資源去查閱其他無(wú)機(jī)非金屬材料的制備方法。這樣不僅能讓學(xué)生開(kāi)闊眼界，還培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

3.4建立多元評(píng)價(jià)體系

建立科學(xué)有效的評(píng)價(jià)體系，是實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)的重要保證，也是促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的重要機(jī)制。傳統(tǒng)的閉卷考試方式往往導(dǎo)致學(xué)生考前臨時(shí)抱佛腳、死記硬背，考后遺忘知識(shí)點(diǎn)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。針對(duì)此問(wèn)題，我們可采取學(xué)習(xí)過(guò)程中的討論、課堂表現(xiàn)、實(shí)踐情況、文獻(xiàn)調(diào)研以及期末小論文和考試成績(jī)等方式，對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。此種評(píng)價(jià)方式所涉及的知識(shí)面和信息量遠(yuǎn)大于考試，可真正達(dá)到對(duì)學(xué)生進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)的目的。此外，在期末考試中，可考慮設(shè)置開(kāi)放性試題以考查學(xué)生對(duì)于學(xué)科知識(shí)的理解，考查學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)的能力。通過(guò)考核方式的多元變化，引導(dǎo)學(xué)生改變不良的學(xué)習(xí)習(xí)慣，使其積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)。

4結(jié)語(yǔ)

材料工程基礎(chǔ)課程的改革與實(shí)踐是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。隨著新工科建設(shè)的開(kāi)展，教學(xué)工作也應(yīng)順應(yīng)專(zhuān)業(yè)發(fā)展的需求，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，尋找更有效的教學(xué)方法，選擇更高效的授課形式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛能，這樣才能讓學(xué)生真正學(xué)好材料工程基礎(chǔ)課程，為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)及今后的工作打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

作者:陳婷 郭春顯 谷雨 張春媚 陳博 謝志翔 單位:蘇州科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 蘇州科技大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院