高校轉型發展背景下的材料科學與工程教學改革研究

董振偉　王云克　梁瑋　鈔春英　李品將

摘要：在高校轉型發展的背景下，材料科學與工程作為一門應用性較強的工科專業也要向應用型人才培養的方向轉型，摒棄傳統教學的弊端，建立起材料專業應用型人才培養的新型課程體系。本文以許昌學院材料科學與工程專業為例，提出了以課堂教學、綜合實驗、企業實習和創新平臺實踐課為一體的四位一體課程教學體系，突破了以往課程教學的局限，并探索出了一條針對服務地方經濟發展所需材料專業應用型人才的培養道路。

關鍵詞：材料科學與工程；教學改革；轉型發展；應用型人才培養

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）26-0132-03

一、引言

近年來市場對應用型人才的需求極為迫切，而高校的人才培養模式卻不能滿足市場需求，尤其是地方性院校盲目照搬學術型大學辦學的現象屢見不鮮。當前正值國家號召高校以服務地方經濟發展為導向，而應用型人才培養是衡量高校轉型發展成功與否的關鍵[1，2]。材料科學與工程作為應用性很強的工科專業，在高校轉型發展背景下也應該向應用型人才培養的方向轉型，不僅要摒棄傳統教學的弊端，還要建立起應用型人才培養所需要的新型課程體系[3，4]。材料科學與工程包含了無機非金屬材料、金屬材料、高分子材料以及復合材料等專業基礎知識，以及材料設計、制備、加工等專業技能知識，要求學生在掌握材料基本原理的同時還要學會運用科學原理解決實際工程問題。由于材料科學與工程的理論知識多、概念和定義多、知識點多，且應用性很強，因此學生在學習過程中會感覺到抽象而枯燥，無法達到良好的教學效果。針對上述問題，許昌學院對材料科學與工程專業的教學方法進行了改革：依托于新能源材料、超硬材料和特色功能陶瓷材料三大具有鮮明地方特色的方向，開設創新平臺實踐課、企業實習課、特色的專業理論課和材料科學綜合實驗等課程，使學生們能夠從縱向和橫向兩個方面深入課程，從理論走向實踐，從實踐走向研發[5]。課程之間相互補充、相互反饋，形成了新型材料科學與工程專業課程教學體系，為培養出材料專業應用型人才提供了寶貴的經驗。

二、課程設計

專業理論課作為材料科學與工程的核心內容，不能僅僅是單一的課堂理論教學，還需要配備相應的實踐教育內容[6]。因此，需要對學生進行實踐教育，即在傳授學生理論知識的同時也為培養學生的應用能力打下了基礎。例如，第三至第四學期開設的材料科學基礎課使學生了解材料科學與工程的基本理論知識，與之相配的第三學期，學院組織學生進入與材料相關的企業進行實習，使學生可以詳細了解產品的生產工藝流程，并在實踐的過程中加強對理論知識的理解，將所學到的實戰經驗反饋到專業理論中；第四學期一方面開設了與專業理論課程相配的材料基礎實驗，可以使學生學習掌握金相分析儀、熱重分析儀、電子能譜分析儀、激光粒度儀等常規儀器的測試原理及使用方法，另一方面開設了與地方產業特色相結合的創新平臺實踐課，包括新能源材料、超硬材料和特色陶瓷材料三個方向，學生根據興趣愛好選擇不同的科研方向，并在導師的指導下開展科技研發，創新平臺實踐課不僅讓學生們學到了材料專業理論知識，還鍛煉了學生的工程實踐能力；第五至第六學期開設的特色材料綜合實驗課程，將理論知識和實戰經驗有機結合起來，旨在把學生培養為具有一定科研能力的創新應用型人才。整體上形成如圖1所示的課堂理論學習、材料科學基礎實驗課、創新平臺實踐和企業實習四部分相互反饋、互相促進、產學研相結合的材料科學與工程課程教學體系。

三、教學方法

1.理論教學。專業核心課程的理論知識是培養應用型人才的基礎，但僅僅依靠專業理論是無法培養出應用型人才的，因此需要依托材料科學綜合實驗、創新平臺實踐和企業實習，將專業理論知識貫穿到整個教學活動中。在理論教學的過程中，形成傳統課堂與翻轉課堂相結合的新式課堂。即通過老師課堂講授的知識，將所學到的理論靈活運用到創新實踐課和企業實習中，再將實踐中獲得的經驗反饋到理論中，最后通過翻轉課堂的方式，對師生間的互動討論進行答疑解惑，以使學生深入理解理論知識，形成由理論結合實踐，在實踐中反饋理論的教學模式。例如材料科學基礎中對晶體結構的認識，材料科學基礎實驗利用塑料球和塑料棒對晶體結構進行模擬，實際模擬的過程中可以發現晶體結構的存在方式并不僅限于14種空間點陣[7]，而將這些發現反饋到課堂中，教師就可以給予解答，闡明多余的結構實際上并不能真正的存在，同學們也就可以通過實驗更好地學習材料科學基礎。非晶態部分講解了玻璃形成機理和影響因素，通過參觀考察環宇玻璃有限公司，可以詳細了解玻璃的生產工藝流程，對于實際生產過程中遇到的問題可以通過翻轉課堂的方式直接反饋給教師，教師給予講解后學生會產生更深刻的理解。固態相變可以與創新平臺實踐課中的鋰離子電池磷酸鐵鋰材料的制備相結合，磷酸鐵鋰材料的制備工藝比較復雜，不僅要磷酸鐵和碳酸鋰等材料的化合反應，還要在表面進行碳包覆，通過碳包覆可以提高其導電性能，以上是課堂理論學習、材料綜合實驗、創新平臺實踐和企業實習相結合的課程體系在理論教學中的具體體現。學生可以用PPT展示的方式在課堂教學的過程中提出企業實習中所遇到的問題，請老師給予充分指導和解答，進而實現師生互換的翻轉式教學。

2.實戰教學。除了構建良好的理論教學模型之外，實戰教學也是培養應用型人才不可或缺的一部分。在實戰教學中，企業實習、綜合實驗與創新實踐三者密不可分，綜合實驗課程通常是創新實踐課程內容的基礎，創新實踐課程是企業實習課程的深入研究。以黃河旋風集團為例，實驗課中配有金剛石晶體結構的模擬實驗和粒度測試實驗，實習課可以參觀學習企業的工藝流程，實踐課中可以通過一些表征制備手段優化企業生產工藝或金剛石的性能，以此加深了對專業理論的理解，借助三者互相結合反饋，從而將利用理論知識解決實際生產中的問題變為現實。許昌學院材料科學與工程專業依托于表面微納米材料研究所，開展了具有地方特色的產學研相結合的教學模式。“產”代表了校企合作，即與黃河旋風股份有限公司、河南大宋官窯股份有限公司、河南環宇玻璃科技股份有限公司等地方企業簽訂戰略合作協議，合作開展專業建設，共建實踐教學基地，這將進一步推進學校辦學模式、人才培養模式的改革，增強學校服務許昌經濟建設的能力。“研”則代表了創新平臺實踐課，即學生根據不同的興趣愛好和就業意向選擇不同方向的導師開展相應的課題研究，師生合作幫助地方企業解決生產過程中所遇到的問題。“學”包括實驗教學和課堂教學，所謂實驗教學分為三部分，第一部分屬于常規儀器的操作，在學校條件允許的前提下使學生掌握實驗儀器的基本使用方法；第二部分屬于匹配課程的實驗，也就是將專業理論課程中的重點知識通過實驗的手段，驗證課程中講授的模型或定理，增強學生對理論知識的深入理解，訓練學生的知識轉化能力；第三部分屬于拓展實驗，即從整體上結合課堂教學理論知識、創新平臺實踐課和企業實習，在老師的指導下設計出一套擬解決企業生產中所遇問題的實驗方案。通過以上產學研相結合的教學模式，使學生普遍具有良好的綜合工程實踐與科研創新能力，滿足學生進一步深造或直接就業的需求。

四、結語

地方本科高校向應用型轉型是高等教育結構調整的重要戰略部署，堅持立足地方辦學，在服務地方經濟社會發展中實現轉型，已成為地方本科高校的共識。本文以許昌學院材料科學與工程專業在轉型發展過程中的課程改革為例，對高校轉型發展背景下的材料科學與工程專業教學改革進行了探討，突破了以往課程教學的局限，提出了傳統專業理論課、創新平臺實踐課、材料綜合實驗課、校企合作實習課四位一體化的課程設計，深層次地闡述了理論教學和實踐教學相結合的材料科學與工程課程教學體系，探索出了一條針對服務地方經濟發展所需材料專業應用型人才的培養道路。

參考文獻：

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[3]任京成，周燕.基于應用型人才培養的材料類專業建設的幾點思考[J].教育教學論壇，2016，（36）：240-241.

[4]雷源源，張曉燕，田琴，等.《材料科學基礎》教學方法的改革[J].新課程研究：高等教育，2012，（6）：117-118.

[5]鐘偉平，寧智沛.轉型發展中的許昌學院人[J].河南教育：高教，2016，（5）：50-52.

[6]王香，佟運祥，周惠敏，等.“材料科學基礎”課程教學內容優化和教學方法的探討[J].教育教學論壇，2016，（38）：172-173.

[7]張聯盟，黃學輝，宋曉嵐.材料科學基礎[M].武漢：武漢理工大學出版社，2008.