《材料工程基礎》課程教學的思考

楊建校 肖漢寧 陳石林 歐陽婷

摘要：本文以湖南大學材料科學與工程學院開設的《材料工程基礎》課程為例，針對該課程的特點、教學現狀、存在的問題以及我們開設該課程的構想與成效，總結和闡述了相應的教學策略和教學思考，以便進一步提升該課程的教學質量、提高學生培養的素質。

關鍵詞：材料工程基礎;課程教學;教學質量;學生培養

中圖分類號：G423.07 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2019）21-0209-03

人才培養是大學的主題和根本，一流的教學應當始終圍繞人才的培養目標來進行。在新時代背景下，當前教育改革的主要目標是培養和造就一批高素質的創新人才。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》提出的“提高高等教育人才培養質量”，是對當今高校人才培養的要求與責任。《材料工程基礎》作為教育部21世紀高等本科教育教學改革項目“材料科學與工程專業人才培養方案及教學內容體系的改革研究”中的主干專業基礎課程。長期以來，一直備受材料相關專業各高校和學院的重視，他們都在著力構建與新時代材料專業人才培養方案及教學體系相適應的教學內容，并發掘出高效的教學方法。基于此，湖南大學材料科學與工程學院的《材料工程基礎》課程教學團隊也一直在進行不斷的探索與創新，并取得了相應的成效。

一、《材料工程基礎》的課程特點

《材料工程基礎》是材料科學與工程相關專業本科生由基礎課向專業課轉變的一門重要的專業基礎課程，是材料類基礎課程系列中重要的先導課。與其相對的姐妹篇課程《材料科學基礎》側重于闡述材料結構、組織與性能之間的關系，表征和發現材料的基本結構和性能屬性，是一種發現規律的知識點學習;而《材料工程基礎》側重于研究材料（金屬、非金屬、高分子和復合材料）的合成、制備、加工與失效分析的基本方法和技術，進行材料的剪裁和設計，是一種關于技術創新的知識點學習。因此，通過《材料工程基礎》課程的學習，可以使學生對材料工程的概念和內涵有一個比較清晰的認識，對材料工程涉及的材料制備原理和傳質傳熱原理等有一個較系統的了解。同時，通過該課程的教學互動，將有助于進一步鞏固《材料科學基礎》的知識，培養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，為學生進一步學習材料專業課程打下良好的基礎。

二、《材料工程基礎》的課程現狀

（一）課程教材內容迥異

目前，全國大多數高校的材料科學與工程專業均開設了《材料工程基礎》或類似名稱的課程，且均作為各學院的專業基礎課程或核心課程。然而，當前《材料工程基礎》的課程教材內容迥異，不同編著者所編寫的教材內容存在很大的差異性。例如：徐德龍主編、武漢理工大學出版的《材料工程基礎》整合了以動量、能量和質量傳遞的基本規律為主線，以物料的燃燒和干燥過程的綜合應用為單元的內容體系;謝希文主編、北京航空航天大學出版的《材料工程基礎》全書圍繞金屬、陶瓷、高分子三大材料成材過程的技術原理、工藝和方法，論述了材料制備合成、材料加工成形、材料改性與表面加工以及材料復合過程中的基本科學原理和技能;谷臣清主編、機械工業出版的《材料工程基礎》一書主要以粉體材料的加工，有機高分子材料的變形，無機非金屬材料的生產、制備，金屬材料的冶金、成形加工及熱處理為主線，詳盡地討論了各工程領域所涉及的基本專業技術知識與工程技術基本原理;師昌緒主編、化學工業出版的《材料工程基礎要覽》主要涉及各類材料及其產品設計選材、制造加工成形以及失效分析等方面的基礎，涵蓋材料科學與工程概論、材料成形的基礎理論、數值模擬和優化設計方法、材料的強度設計以及材料的失效分析等方面的內容。因此，對于不同高校所開設的《材料工程基礎》課程，其所選的教材來源不同，教學內容也就千差萬別。

（二）章節知識點關聯薄弱

根據兩院院士師昌緒先生的定義：材料是人類制造生活和生產用的物品、器件、構件、機器或其他產品的物質。材料除了具有重要性和普遍性以外，還具有多樣性。例如：從物理化學屬性來分，可分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和不同類型材料所組成的復合材料;從行業來分，可分為電子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等;從應用來分，又可分為結構材料與功能材料等。因此，由于材料的多樣性，各種材料的制備、加工方法千差萬別，材料工程問題就顯得更為錯綜復雜，很難從這多種多樣的工程問題中提煉出涉及各種材料制備與加工的共同基礎問題，導致《材料工程基礎》這門課的教學內容的知識點綜合性太強、跨學科知識點太多、章節之間沒有很強的關聯性和邏輯性。基于此，關于《材料工程基礎》的課程教學，很難由一個教師獨立承擔并完成好這門課程的教學，因此需要不斷梳理材料工程基礎的知識體系，并組建課程的教學團隊，才能更好地完成教學任務。

三、湖南大學《材料工程基礎》的課程教學

《材料工程基礎》一直是湖南大學材料科學與工程學院的核心類課程，在課程負責教師肖漢寧教授的帶領下，針對《材料工程基礎》的課程特點與教學現狀，一直在不斷摸索，以優化其教學質量。

（一）優化教學內容、凝練教學重點

基于湖南大學材料科學與工程學院開設的專業特點，以及根據專業培養計劃和目標的要求，《材料工程基礎》課程教學團隊經過充分的調研與分析得出現今的出版書籍并不適合單獨作為《材料工程基礎》的教學教材。因此，為了使教學內容更為豐富，知識體系更為完善，決定選用了北京航空航天大學出版社1999年出版的《材料工程基礎》和武漢理工大學出版社2008年出版的《材料工程基礎》作為輔導教材。在此基礎上，為了實現新時代本科高等教育的人才培養目標，為了符合學院的人才培養計劃，課程教學團隊編寫了適合學院專業特點和符合專業設置要求的教材講義與教學大綱。該課程分為材料制備原理和傳輸原理兩大部分。第一部分：材料制備原理，共36學時。首先講述材料工程的概念與內涵，在此基礎上分別講述氣態、液態、可塑態和固態制備金屬、無機非金屬、高分子和復合材料的原理，主要包括材料的氣態生長原理、凝固原理、流變學理論、固相反應和燒結理論等，最后介紹材料的強度設計和失效分析。第二部分：傳輸原理，共26學時，包括流體力學基礎、兩相運動現象、傳熱學基礎、質量傳遞基礎、物料干燥、燃料及燃燒等內容。總復習答疑：2學時。另外，針對每一章節的教學內容，編寫了相應的習題和思考題，進行資料補充。從而形成了自身特色的《材料工程基礎》課程教學內容與課程設計。同時，課程教學團隊計劃在近兩年努力編寫、出版自己教學體系的教學教材。

（二）組建教學團隊、更新教學知識點

《材料工程基礎》的課程內容涵蓋了四大類材料的加工和制備的相關知識點，各章節之間關聯性較差，而且知識點跨度較大，很難由一位老師獨立完成其課程教學以及把各章節的內容講得深入、清晰。因此，本著“最合適的教師講授最合適的課程”的理念，組建了具有較合理的年齡梯隊和科研背景的課程教學團隊。根據課程設置、大綱內容要求，由具有金屬材料、陶瓷材料、高分子材料、復合材料四個方面知識結構和科研背景的老師，分別講授相關方面的基礎理論知識。同時，老一輩的教授們可以結合多年的科研經驗，特別是工業實踐經驗，將與各部分內容相關的工業實踐案例與經驗講授給學生。另一方面，由于現代科學技術的不斷發展，材料的相應制備技術也在不斷地拓展與更新，為了讓學生了解最新的材料制備進展、發展趨勢等知識，課程教學團隊吸納了具有海外留學背景的年輕教師融入教學團隊，從而形成了這門課程的講授內容，除了書本上的基礎理論知識以外，同時可以不斷地更新各相關領域的新發現、新技術以及科學思維方法等知識點，并傳授給學生。

（三）豐富教學方式、激發學習效率

由于不同年代的學生存在著不同的學習特點，所以除了在教學內容上的知識需要不斷更新之外，其教學方式也需要不斷豐富。調動學生的學習積極性，改進教學方法和教學手段，一直是眾多教學改革的關鍵點和切入點。本課程在豐富與梳理教學內容，組建與完善教學團隊的同時，努力創新了教學方法與教學手段，以便激發學生的學習主動性、提升學生的學習效率。充分利用現代的教學手段是提高教學效果的有效途徑之一。因此，課程教學團隊制作和完善了與課程配套的電子教學大綱、教案、習題、課件、動畫和視頻文件等教學資料。課堂以多媒體教學為主、以板書為輔，同時在課件中穿插大量的相關案例、圖片、動畫、視頻資料等，具有信息量大、條理清楚、圖文并茂等特點。從而使得教學內容更加豐富，更能吸引同學們的注意力，增加了學生的學習興趣，加深了學生對講授內容的理解。課后適當地布置了相應的習題與思考題，以督促學生主動參與到學習中來，培養學生的自學能力以及運用知識思考、解決問題的能力。在此基礎上，利用現今的網絡資源，不斷推送一些相關的精彩博文以及工業、科教的相關視頻，擴展和加深學生對相關知識點的掌握和理解，引導學生去理解不同材料的制備原理、特點和應用領域。同時，注重采用啟發式、討論式的教學方式，建立良好的師生互動，從而幫助學生鞏固所學的理論知識，引導學生學會從不同的角度去思考、分析和解決問題。

（四）融入創新實驗、理論聯系實踐

為了促進學生基本知識的領悟，激發學生創新意識的建立，使學生充分將從課堂上所學的相關知識運用到實踐當中，進一步加深對這門課程的理解。課程教學團隊積極引導和鼓勵學生參與到相關導師的科研活動中、開展創新實驗。例如：SIT項目、互聯網+、挑戰杯等一系列創新創業實驗項目。從而使學生更深入地掌握各部分的理論知識，更好地培養學生的自學能力、科研意識和綜合素質。課程知識點與實驗操作技能的相互結合，更好地突出了理論聯系實踐的課程教學特點。在此基礎上，不斷充實學科前沿內容，將學科發展中新的學術思想、研究方法和實驗技術等融入到教學中，有利于培養學生的自學和動手能力，有利于提升學生思考與解決實際問題的能力。同時，鼓勵學生撰寫課程小論文，培養了學生掌握學科最新發展動態和開拓知識的能力，鍛煉了學生快速有效地獲取與分析材料信息資源、綜合運用材料知識撰寫科技論文的能力。從而全面激發了學生的學習主動性和積極性，全面提升了學生的能力和素質。

（五）完善考核細則、反饋教學效果

課程的考核對學生起著非常重要的引領和督促作用。通過課程考核不僅能對學生所掌握的知識和分析解決實際問題的能力進行評價，且能引導學生的學習態度向最佳方向發展。同時，課程考核也是對教學效果的及時反饋，有利于促進教學工作的進一步改善。因此，該課程的考核采取由筆試和平時成績兩部分組成的方式。總評成績=平時成績1（考勤、課程表現）+平時成績2（課后作業及期中考試）+期末考試成績，其中平時成績1占15%，平時成績2占35%，期末考試成績占50%。本課程每章設計有思考題，分別以課堂提問和課后作業的方式完成，以檢查學生的學習效果。考試方案為半開卷考試（限帶2張手寫的A4紙，與試卷一同一交，以檢查學生整理課程知識點的能力）。考試題型分為名詞解釋（20分）、簡答題（30分）、計算題（15分）和綜合分析題（35分）。主要考查學生對材料工程基本概念的了解、材料制備原理及技術的掌握程度和綜合運用的能力。總之，形成了較完善的考核細則與較全面的教學反饋體系，從而可以不斷掌握學生對于本課程的學習情況與教師的教學效果，以不斷改進本課程的教學質量。

四、結束語

課程建設與改革是一項科學性強、涉及面廣、任務艱巨、影響深遠的系統工程。《材料工程基礎》課程需要在課程標準、教材建設、教學方法和考核方式等方面進行不斷的探索與實踐，才能通過該課程的教學互動使學生掌握材料工程的基本知識和學科的最新發展動態，從而實現培養和造就一批高素質創新人才的目標。我們已初步構建了“反映前沿、交叉綜合”的教學內容，形成了“科研促教學”的教學模式。我們下一步的工作是結合當下學生的特點，重點建設網絡教學平臺、優化課程內容，進一步提高該課程的教學質量。

參考文獻：

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