學科大類招生背景下的《材料科學基礎》課程的教學改革思考

張騫 王春香 王智祥 歐平

摘要：在學科大類招生的背景下，材料科學基礎的教學必須適應大類學科的教學要求。文章針對江西理工大學大材料招生的培養(yǎng)方案，從該課程的教學內(nèi)容優(yōu)化、教學方法改進、教學手段多樣化和教學團隊建設等多方面進行改革，來提升材料科學基礎課程的教學質(zhì)量和效果，以滿足大類招生下“寬口徑、厚基礎、強能力”的培養(yǎng)要求。

關鍵詞：材料科學基礎;大類招生;教學改革;材料專業(yè)

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）49-0069-03

2001年5月，北京大學啟動了“元培計劃”，以“加強基礎，淡化專業(yè)，因材施教，分流培養(yǎng)”的十六字教學改革方針，制訂了相應的教學計劃和方案，并于當年9月份正式開設實驗班，開啟了我國高等教育大類招生的先河[1]。隨后，復旦大學、北京師范大學、南京大學、浙江大學等重點大學，依據(jù)各自學校的辦學定位和學科專業(yè)特點，也先后制訂了學科大類培養(yǎng)方案，加入了學科大類招生行列。

“元培計劃”實施了18年，積累了豐富的教學改革實踐經(jīng)驗。在大類招生背景下，高考學生對專業(yè)方向的選擇可以在進入大學后對專業(yè)方向進行了解后再選擇定位，這樣可以平衡學校“冷門專業(yè)”和“熱門專業(yè)”之間的生源質(zhì)量差距。在學生培養(yǎng)方面，更加注重學生的專業(yè)基礎理論的培養(yǎng)，使學生對學科融合的理解更加全面。在這種模式下造就了一大批適應時代發(fā)展需要、具有國際競爭能力的高素質(zhì)創(chuàng)造性人才。當前發(fā)展趨勢下，越來越多的高校開始探索學科大類招生培養(yǎng)方案。面對諸多優(yōu)點，學科大類培養(yǎng)模式也在各大高校應用推廣，2018年江西理工大學（以下簡稱“我校”）也開始探索實施學科大類招生培養(yǎng)方案。

材料是生產(chǎn)制造的基礎，是現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根基，對人類社會的進步起到了非常重要的作用。一直以來，材料的發(fā)明創(chuàng)造都帶動了工業(yè)革命的大發(fā)展，某種意義上講，材料的發(fā)展是人類社會文明進步的象征，社會的前進發(fā)展依賴于新材料的發(fā)展與創(chuàng)新。材料科學與工程學科也就應運而生，重點研究材料的組成成分、不同原子堆積形成的多樣結構、由這些各異的結構帶來的性能上的差異以及得到這些結構的工藝條件和要求、最終得到材料的使用效能，以及組成-結構-工藝-性能之間的相互關系。材料科學與工程涉及材料物理學、材料化學、冶金學等多學科，是一門綜合性較強的工程應用學科，是現(xiàn)代科學技術三大支柱之一。高等院校的材料學科承擔著為國民經(jīng)濟建設培養(yǎng)高級專業(yè)技術人才的重任。江西理工大學材料科學與工程學院承擔著材料科學與工程類學科的本科教學任務，學院設有金屬材料工程、無機非金屬材料工程、材料化學、材料物理、材料成型與控制5個本科專業(yè)，其中金屬材料工程是學校的傳統(tǒng)優(yōu)勢學科，江西省“九五”、“十五”、“十一五”重點學科，材料科學與工程為江西省“十二五”重點學科，金屬材料工程和無機非金屬材料工程為江西省品牌專業(yè)。

2018年我校試點實施學科大類招生，材料科學與工程專業(yè)是首批試點專業(yè)。積極打造厚基礎、綜合型、研究型培養(yǎng)模式，培養(yǎng)具有國際視野的行業(yè)領軍人才，為此，我們必須對材料行業(yè)的人才培養(yǎng)模式進行積極的探索與改革，使之適應大類招生下專業(yè)人才的培養(yǎng)。

《材料科學基礎》課程是材料科學與工程學科人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)中的一門重要的基礎課程，是一門承上啟下的紐帶課程，是一門將物理、化學、材料熱力學、材料合成動力學等基礎理論知識在材料領域延伸的課程，集原子的結合與晶體結構、晶體結構缺陷對材料性能的影響、材料在升溫過程中相的轉變及熔融狀態(tài)下原子狀態(tài)、擴散、固相反應、粉體材料的燒結等基礎理論于一體的專業(yè)基礎課程，是學生了解材料、合成材料、研究材料的重要理論入門課程，在材料學科體系中占據(jù)重要的地位。因此，《材料科學基礎》教學對學生理解材料科學基礎理論、從事材料領域的研究以及研究過程中對材料設計、加工等基礎理論的運用有著密切的關系，對學生材料專業(yè)領域興趣的培養(yǎng)和后續(xù)課程的深入學習有著持續(xù)的作用。由此看來，對培養(yǎng)材料專業(yè)人才而言，探討《材料科學基礎》課程教學內(nèi)容、教學模式、教學方法的改革具有重要意義，尤其在學科大類招生培養(yǎng)的背景下，需要著重整理總結該課程的教學內(nèi)容、教學方法和教學團隊的建設目標，以期適應大類招生的學生培養(yǎng)要求。

一、精練教學內(nèi)容，突出主干內(nèi)容

《材料科學基礎》課程設計內(nèi)容廣、交叉性以及綜合性強，在以往的教學中，學生很容易因為知識點雜、內(nèi)容多而找不到主線，抓不住重點，對課程的學習理解帶來一定的困難[2]。為避免這樣的情況發(fā)生，在以往的教學過程中，不同二級專業(yè)所講授的《材料科學基礎》課程內(nèi)容存在一定的側重。例如，我校金屬材料專業(yè)的《材料科學基礎》側重金屬材料，該門課程闡述了材料特別是金屬材料的成分、結構、制備與性能之間的關系，重點介紹合金相圖、熱處理、凝固、擴散及再結晶等內(nèi)容;而無機非金屬材料專業(yè)則側重玻璃和無機材料，以非晶態(tài)、硅酸鹽相圖、燒結、固相反應為主要內(nèi)容，材料化學專業(yè)則側重高分子材料，以高分子材料結構、固溶體及結構缺陷、聚合物理論、固相反應等內(nèi)容為主。而在學科大類招生的背景下，這些內(nèi)容必須進行適當?shù)恼稀?/p>

隨著現(xiàn)代分析測試技術的發(fā)展，對材料體系研究的深入，材料性能與結構之間的關系更加明晰，金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料之間盡管化學鍵和分子結合狀態(tài)不盡相同，但是材料性能與結構之間依然存在著相互依存、相互影響的關系，存在著共性的規(guī)律。而且，隨著納米材料、復合材料等新材料的發(fā)展，金屬材料、無機非金屬材料和高分子材料都已經(jīng)不再是孤立存在的學科，材料之間相互滲透的領域越來越多，這使得原來可以比較容易區(qū)分的材料屬性變得更加模糊。不同材料間的相互關聯(lián)更加緊密，材料的宏觀性能、微觀結構、結合狀態(tài)和制備工藝技術等均表現(xiàn)出相互關聯(lián)、交叉和滲透的趨勢[3]，這就從客觀上對材料學科專業(yè)的人才培養(yǎng)提出了更高的要求，需要從更加全局的角度思考材料的內(nèi)涵，對材料建立更為科學的認識，建立材料微觀機制，研究和開發(fā)新材料。因此，在大類招生的背景下，《材料科學基礎》課程的教學方案，必須突出材料的共性化教學內(nèi)容，注重基本概念和基礎理論，以材料科學規(guī)律，滿足綜合性大學材料專業(yè)人才培養(yǎng)的要求。

二、摒棄灌輸教學，實踐理論并重

在《材料科學基礎》的教學上，傳統(tǒng)教學模式上往往采用“講—聽—讀—記—練”的模式，教師針對基本理論進行講授，學生在聽講的過程中，對基本理論加以理解和記憶，再通過課外練習加以鞏固。雖然，隨著多媒體教學手段的引入，《材料科學基礎》MOOC課程建設能夠加強課程的講授過程[4]，在講述的過程中，能夠展示一些材料的合成過程及性能分析過程，但是改變不了這類教學模式的知識灌輸屬性。材料學科是一門應用性很強的學科，而且涉及的材料種類繁多，單純從紙面上的教學，不能加深學生對材料基本理論的理解，限制了學生的材料設計思維。另外，在大類招生的背景下，對所有材料知識都進行系統(tǒng)的講述會受到教學學時的限制，難以讓學生對材料科學基礎建立起清晰的認識。

因此，在教學模式上，還是要注重實踐與理論并重的教學模式。教師應充分認識到《材料科學基礎》是一門基礎理論與工程實踐結合得非常緊密的學科，重視實踐教學，有針對性地開設綜合性實驗教學，在實踐教學過程中，教師通過指導學生設計材料，研究材料結構和性能，引導學生獨立思考，充分利用實驗教學，在學生頭腦中建立起材料組成-工藝-結構-性能之間的關系，以此培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，并建立起創(chuàng)新思維。這種模式能夠幫助學生鞏固和加深課堂所學的理論知識，做到理論聯(lián)系實際，舉一反三，觸類旁通，通過學生自己動手設計材料，分析材料結構、性能、工藝之間的關系，理解材料的內(nèi)涵和基本理論。這對以后學生在材料設計及材料生產(chǎn)、加工等過程中的理論體系的認知具有舉足輕重的作用。

三、更新教學理念，建立移動課堂

隨著社會的進步，在教學手段上從傳統(tǒng)的黑板粉筆教學到借用投影儀、多媒體教學以及現(xiàn)在的在線視頻教學等都在不斷地推進教與學的改革。材料科學基礎的知識點雜，內(nèi)容多，僅僅依賴于課堂教學，很難達到理想的效果，尤其是在大類學科招生的背景下，既要要求知識面寬，又要要求基礎扎實，這對課程的教學提出了更高的要求。我們身處移動互聯(lián)網(wǎng)時代，智能手機給予了我們極大的創(chuàng)造力。盡管學生在課堂上玩手機，利用手機發(fā)短信、發(fā)微信、聊QQ、玩游戲這些嚴重影響課堂教學，但是手機小巧靈活，攜帶方便，如果我們適當引導，則可以做到隨時隨地進行碎片化學習，這可以極大地補充課堂教學帶來的不足[5，6]。

基于綜合考慮，我們利用超星學習通、微信等軟件，建立了移動課堂，充分利用智能手機的便捷性、移動性、快速性、靈活性等特點，建立移動課堂，通過這種教學理念，增加了學生的創(chuàng)新精神，增強了他們濃烈的學習興趣，調(diào)動了他們的主觀能動性。在超星學習通軟件平臺，把教學中所用到的教學資料、教學筆記、參考資料、實時視頻、最新研究進展等內(nèi)容上傳至云存儲空間，并在系統(tǒng)中定期布置作業(yè)和測評，針對某一知識點的學習與運用開展線上或線下討論。利用微信公眾號推送各類最新研究成果，將所學知識在實際生產(chǎn)研究中的應用推送給學生，讓學生對所學知識點的理解更加透徹。

四、注重團隊建設，提升教師素質(zhì)

在學科大類招生背景下，材料科學涉及大材料的所有基礎課程，其教學內(nèi)容涵蓋到金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料等三大材料領域的內(nèi)容，而在此之前，按照二級學科進行教學，教學內(nèi)容有所側重，造成任課教師對其他二級學科的內(nèi)容不專注，而存在教學短板。而這一短板在短時間內(nèi)還不能完全消除。

為了滿足學科大類招生背景下的教學要求，必須對師資力量進行優(yōu)化配置，為此，我們專門成立了課程教學團隊，充分發(fā)揮課程組成員研究專長，相互之間進行專業(yè)互補。課程教學團隊由高分子材料、無機非金屬材料、材料物理、材料化學等領域的專家老師一同備課，分時授課，優(yōu)勢互補。并且注重教學團隊健康發(fā)展，采用教授帶領副教授，青年教師助課助教，相互搭配的原則，同時考慮教師團隊的職稱結構、學緣結構、知識結構等的合理配置。課程組成員定期進行教學研討，及時發(fā)現(xiàn)和解決教學中出現(xiàn)的問題。注重培養(yǎng)后備力量，對新加入教學團隊的青年教師，要求全程參與備課、聽課和教學研討，確保教師優(yōu)良的教學素養(yǎng)。

五、改革考核方式，建立評價體系

江西理工大學在《材料科學基礎》的教學考核中，以往的考核方式都是采用平時成績+實驗成績+考試成績來評定學生對該課程學習的好壞，其中考試分數(shù)占比超過60%，學生通過死記硬背就能夠獲得及格的成績。這種方式無法判斷學生對學科大類的了解是否達到了寬口徑、厚基礎的要求。為此，在考核方式上，我們提出進行必要的改革，建立更加科學的評價體系。在考試命題上，突出綜合分析型和設計型知識，考核學生對所學知識的綜合運用能力，同時在每一章節(jié)中，增設平時測評考核內(nèi)容，讓學生依據(jù)每章所學的課堂知識，查找資料，撰寫相關論文。例如，在講晶體結構時，可以讓學生根據(jù)課堂上所學的鈣鈦礦結構，查找與鈣鈦礦結構相關的功能材料研究進展資料，寫一篇“鈣鈦礦結構與應用”小論文。在講燒結內(nèi)容的時候，可以通過課程學習和資料查找，完成“溫度對材料燒結性能的影響”的小論文等。這些小論文的成績在期末總評成績中也占有一定比例，以此促進學生對知識的綜合應用并加深理解。

在課程實驗設計上，也加入一些設計性的實驗[7]，比如設計合金元素對銅的結構、性能的影響，通過加入合金元素，測試合金元素對銅組織結構、強度、延展性、導電性能等的影響，并分析組成-結構-性能之間的關系，以此來串聯(lián)所學知識與實際應用，并將實驗成績作為總評成績的一部分。

六、結語

材料科學基礎課程是材料學科必備的一門基礎學科，在學科大類招生背景下，教學內(nèi)容、教學方法必須依據(jù)教學大綱和學科特點進行調(diào)整，以滿足學科發(fā)展的要求，推動教學改革、課程教學團隊的建設，是學科大類招生背景下順應學科發(fā)展的必然要求。我們必須重視學生的培養(yǎng)，充分履行學校要求的學生優(yōu)先原則，充分調(diào)動學生學習的積極性和主動性，推動教學改革，充實和完善自身素養(yǎng)，強化教學過程，不斷提升教學質(zhì)量，培養(yǎng)出具有“寬口徑、厚基礎、強能力”的創(chuàng)新型人才。

參考文獻：

[1]北京大學元培學院官網(wǎng)http：//yuanpei.pku.edu.cn/gyxy/lsyg/index.htm.

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[3]許晨陽，李國華，陳華輝.雙創(chuàng)教育背景下的材料科學基礎教學改革實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2018，（03）：91-93.

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[5]張英，徐冬梅，王偉群，等.微課模式在《材料科學與工程基礎》課程中的探索與實踐[J].教育教學論壇，2018，（17）：158-159.

[6]梁瑋，牛亮峰，董振偉.“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的《材料科學基礎》課程教學[J].山東化工，2017，（19）：141-142.

[7]劉敬肖，史非，姜淑文，等.基于創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的材料專業(yè)基礎實驗教學改革探討[J].教育教學論壇，2017，（20）：278-280.