探索“四結合”教學法提升學生創新實踐能力——以金屬材料工程專業為例

□ 盧向雨 田立輝 蘆 笙

一、引言

經濟的快速發展和一系列重大工程的推進，帶動了我國的材料工業的高速發展，尤其是在新型軌道交通材料、新能源材料、高強度結構材料、航空航天材料、海洋工程材料等方面取得了長足的進步。為持續推動我國材料產業發展，必須大力鼓勵材料領域創新，著重培養和提高材料專業技術人員的創新能力［1］。高等學校作為培養材料專業技術人員的主要基地，通過教學和實踐環節提高材料科學與工程專業學生的實踐能力、培養學生創新思維具有重要意義［2］。通過創新思維的訓練增強材料產業科技人員的創新能力，進而推動我國新材料產業突破性、創新性的發展，進一步提升我國材料產業的科技創新能力［3～4］。

當前我國有近300所高校設置材料類專業［5］，如何提高材料類學生質量，增強學生的競爭力是各高校面臨的重要課題。天津大學材料科學與工程學院教學改革小組［6］從用人單位的反饋中發現，當前材料科學與工程專業學生普遍存在動手能力不足、知識面窄、基礎知識薄弱等問題。這與材料科學與工程專業知識理論性和實踐性兼具、課程設置中理論與實際脫節、理論課程容易枯燥乏味、實踐課程條件艱苦等因素相關［7］。近年來，部分教育工作者［8～9］認為，通過專業理論知識與實踐環節相結合，在提高學生實踐能力的同時訓練學生的創新思維是提高材料科學與工程類學生核心競爭力的關鍵。

本文從江蘇科技大學金屬材料工程專業培養學生實踐和創新能力的實踐出發，提出在教學過程中結合國際前沿、結合區域發展、結合本校優勢學科建設、結合社會需求的“四結合”教學方針以提高金屬材料工程專業學生的實踐和創新能力。

二、教學與國際前沿結合，開拓學生視野

材料科學與工程領域一直是國際研究的熱點之一，教師將材料領域的研究熱點、最新研究成果適當引入教學過程中，用材料科學與工程領域的專業知識介紹該研究熱點的基本原理、關鍵問題;對比當前熱點問題的相關技術流派、各種學術流派的優缺點等。將國際前沿、研究熱點等引入教學中不僅可以豐富課程內容，提高學生應用專業知識的能力;還可以通過對熱點問題的剖析開闊學生視野，避免了專業基礎理論的枯燥乏味，通過熱點問題的剖析培養學生解決科學問題的興趣，激發學生的創新性思維。江蘇科技大學作為以船舶為特色的高等院校，在金屬材料工程專業學生的培養方案中也圍繞船舶相關行業進行了相應的課程設置，開設了《船舶與海洋工程概論》、《船舶高效焊接》、《涂裝工藝》、《特種焊接技術》等與船舶行業密切相關的課程。在講解腐蝕原理的基礎理論中結合船舶生物污損嚴重的特點，在介紹當前主要防止生物污損的涂裝防污涂料、電解海水、采用防污材料和臭氧法等常規方法外，可以結合國際前沿的仿生防污技術進行講解，從仿生防污技術的起源、原理、主要仿生防污技術、當前的研究進展等方面進行介紹。通過將仿生防污技術引入教學過程加強了學生對腐蝕原理相關知識的掌握，同時增強了學習過程的趣味性，激發了學生的發散和創新思維。因此，將材料科學與工程領域的科學研究、國際前沿動態引入教學中對拓展學生的視野、激發學生的科學研究興趣、培養其創新性思維具有重要意義。

三、教學與區域發展相結合，培養學生實踐能力

材料科學與工程學科旨在揭示材料成分、組織結構、加工工藝及其性能間相互關系［10］，其本身是一個對理論性和實踐性都有較高要求的學科。為了培養學生解決工程問題的能力，提升學生的實踐能力，開設一定數量的實踐類課程必不可少。為了提高實踐類課程的教學質量，結合區域發展特色設置相關教學實踐環節可增加學生的實習時間，提高工程實踐能力。同時，將材料學的專業知識與生產實際相結合，可以讓學生明確相關專業知識的應用背景以提高其學習積極性，同時也通過理論與生產實際的結合增強學生的實踐能力。江蘇科技大學位于經濟發達的江蘇省，該省除在高性能纖維及復合材料、高性能膜材料、高效能源材料等領域具有明顯的優勢外，隨著國家沿海開發、海洋經濟的發展其在海洋工程材料等領域也有了高速發展。學校在就近安排學生到泰州宇宙焊接材料有限公司、金港建設工程質量檢測有限公司、江蘇省城宇建設集團有限公司等企業認識實習和生產實習的基礎上，不定期邀請具有明顯區域優勢的材料企業的技術專家走進校園為學生作報告，通過一線工程人員和研發專家給學生講解相關行業需求，發展動態，市場前景等，加強金屬材料工程專業學生對材料產業的了解。通過了解區域材料產業發展與需求，讓學生針對性地提高自己實踐能力、訓練自己創新思維，全面提升自身綜合素質，進而提高學生的核心競爭力。

四、教學與優勢學科相結合，增強學生分析解決問題能力

材料科學與工程學科研究對象中的材料具有較強的基礎性，因此材料學科與其他學科具有很強的交叉性，如材料學科與機械、土木、海洋、水利、生物醫學等學科研究內容都具有廣泛的交集［11～12］。在專業性較強的工科院校中，多數院校擁有自身的特色專業和優勢學科，通過優勢學科、特色專業帶動其他專業有利于學校的長遠發展。因此，對于工科院校中的金屬材料工程專業，在教學過程中將本專業與學校的優勢學科、傳統特色專業相結合，以特色專業帶動材料學科的發展具有重要的意義，同時也可通過兩者的結合提高學生分析問題和解決問題的能力。江蘇科技大學是一所以船舶、海洋為特色的工科院校，在學校發展過程中依托船舶、海洋等特色學科大力發展材料等相關學科。在金屬材料工程的專業教學過程中，緊密圍繞船舶、海洋等特色專業開展教學實踐，在開設的焊接相關課程中，結合海洋工程建設、艦船應急搶修等可以著重講解水下焊接技術，從水下焊接的應用領域、水下焊接的分類、不同水下焊接的原理、水下焊接的特點及不足等方面進行講解，結合船舶應急搶修等實際需求講解相關知識。讓學生在將專業知識與優勢學科、工程實際相結合的過程中，增強實踐能力和創新思維能力。因此在金屬材料工程的專業教育中，緊密圍繞特色專業發展開展相關材料類的工程實踐課程對提高學生實踐能力、增強學生創新思維具有重要的推動作用。

五、教學與社會需求相結合，增強學生持續創新能力

結合市場需求針對性地調整金屬材料工程學科教學過程的課程體系，提高學生的持續創新能力。因其基礎性、應用性、交叉性等特征，科技進步和社會需求的變化推動著材料產業一直處于高速發展狀態。材料科學與工程專業教學過程中需注重社會需求的變化，及時更新課程體系和實踐環節，讓學生了解當前和今后一段時間內材料學領域的重大需求，在豐富學生知識體系的同時，為學生的創新發展做好一定的知識貯備，從而增強學生的持續創新能力。在2012年工信部發布的《新材料產業“十二五”發展規劃》中，明確將高性能結構材料、電子信息材料、高性能膜材料、稀土及稀有金屬材料等作為“十二五”期間的發展重點。通過學術報告、講座等形式加強學生對相關領域的了解，幫助學生了解社會需求。同時在具備相關師資力量的條件下可增設相關專業選修課程，以便學生系統掌握相關專業知識從而為學生的持續創新做好知識儲備。

同時還應結合區域發展動態和學校自身定位做好金屬材料工程專業課程體系設置。近年來隨著江蘇省沿海開發的推進，海洋工程用關鍵材料、海洋結構防腐蝕技術［13］等市場需求較為強勁。江蘇科技大學作為省屬重點建設高校，積極推動相關產業發展以服務江蘇省經濟建設。學校在發展船舶、海洋等特色學科的同時，積極開展海洋工程材料研制、結構耐久性等方面的科學研究。金屬材料工程的專業課程設置中，適當增設了腐蝕原理、防腐蝕技術等相關內容，并在大學生創新訓練設置材料耐久性方面的課題以幫助學生掌握相關知識，通過創新計劃的培養激發其創新思維，增強其創新能力。因此，在教學過程中結合材料產業的社會需求，適當調整材料學專業課程、結合實踐訓練以增強學生的持續創新能力。

六、結語

材料科學與工程專業具有很強的基礎型和實踐性，同時與機械、土木、海洋、水利、生物醫學等學科存在廣泛的交叉，因此其研究內容、研究對象更新速率較快。為了增強材料科學與工程專業學生的實踐和創新能力，在教學過程中圍繞結合國際前沿、結合區域產業特色、結合學校優勢學科發展、結合社會對需求的演變等，依據“四結合”加強材料科學與工程專業課程體系建設。同時，通過學術報告、工程實踐等加強學生對學科發展動態、社會需求的了解，以幫助學生針對性地掌握相關知識和技能，以增強其實踐能力和創新思維。

［1］付坤，王金國．材料科學與工程專業本科生實踐創新能力培養的思考與實踐［J］．實驗室研究與探索，2014，33(4):203～206

［2］張為軍，白書欣，吳文健等．材料科學與工程人才培養方案的改革研究［J］．高等教育研究學報，2011，34(3):18～20

［3］王金淑，李洪義，劉偉等．材料科學與工程實踐教學體系的建立與實施［J］．中國大學教學，2008，7:85～86

［4］黎陽．材料科學與工程專業學生工程意識與工程素質培養探討［J］．科技創新導報，2014，11(5):113、115

［5］開設材料科學與工程專業的院校［DB/OL］．http://gaokao．xdf．cn/college/m_zkc_85，2014 －11 －18

［6］天津大學材料科學與工程學院教學改革小組．面向新世紀材料科學與工程專業建設與人才培養的綜合改革與實踐項目研究報告［J］．高等工程教育研究，2005，1:10～21

［7］鄢文，魏耀武，顧華志等．課堂模式培養材料學專業應用型人才面對的問題與對策探討［J］．教育教學論壇，2012，26:134～136

［8］鐘世云．麻省理工學院材料科學與工程專業本科培養計劃的分析［J］．中國大學教學，2013，3:85:89 ～95

［9］何勇，于廣華．占領新材料科學人才培養的制高點——北京科技大學材料科學與工程特色專業建設紀實［J］．北京教育(高教版)，2010，1:57 ～59

［10］王迎軍，項聰，余其俊，曾幸榮，劉粵惠．材料科學與工程專業學生實踐創新能力的培養［J］．高等工程教育研究，2012，5:127 ～131

［11］張雯，張華，朱芳民．基于學科交叉的生物醫學材料學課程設置探討［J］．廣州化工，2012，19:162 ～163

［12］張鈞林．材料科學與工程的學科發展、現狀及人才培養［J］．甘肅科技，2008，24(15):165 ～168

［13］江蘇省推進戰略性新興產業發展工作領導小組．江蘇省十二五新材料產業推進方案［R］．2012