新工科背景下“材料科學基礎”課的改革與實踐

王亞男 陳東旭 周艷文

摘要：“材料科學基礎”是材料科學與工程專業的必修課。根據“新工科”人才培養要求，力圖改變傳統教學模式，在教學內容、教學方法和考核方式等方面實施一系列改革實踐。在提高教學質量的同時，也激發了學生的學習興趣，有利于學生綜合素質的培養與提高。

關鍵詞：材料科學基礎；新工科；課程改革與實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）31-0070-02

目前，我國推動創新驅動發展，實施“一帶一路”、“中國制造2025”、“互聯網+”等倡議和戰略，以新技術、新業態、新模式和新產業為代表的新經濟正在蓬勃發展，對工程科技人才提出更高的要求，迫切需要加快工程教育的改革與創新，培養一大批多元化、創新型的工程科技人才[1]。在此背景下，遼寧科技大學積極推動轉型發展，在人才培養、產教結合和科研服務方面取得長足進步。隨著新經濟的興起和新產業革命的到來，傳統工程教育面臨嚴峻的挑戰。更新人才培養理念，重建培養目標和知識結構，轉變培養模式，是新工科人才培養模式的基本內涵[2]。根據“新工科”人才培養要求，逐步提升傳統工科專業內涵，逐步改進人才培養模式，專業課的教學改革勢在必行。材料科學基礎是材料科學與工程專業的必修課，是培養方案中的核心課。一方面，課程內容是構建材料工程技術人員專業知識體系、科學思維方法及創新能力、運用基礎理論解決實際問題能力等的基礎；另一方面，專業的拓寬，學生培養模式的變化，均涉及該課程，特別是隨著材料科學的發展，新材料、新技術、新工藝都反映在該課程中[3]。

一、教學內容改革

在探索新工科建設模式和更新工程人才知識體系的基礎上，行業將在教學過程中引入人才培養最新要求。更新教學內容，促進教師及時將研究成果轉化為教學內容，向學生介紹科學研究的新進展、新經驗。積極探索綜合性課程、問題導向課程和跨學科研究課程，增強課程興趣，促進學生全面發展。材料科學基礎是材料科學與工程專業在基礎課程（高等數學、大學物理、材料化學、物理化學、工程力學等）與專業課程（材料力學性能、材料物理性能、材料分析方法、熱處理原理與工藝等）之間開設的一門承前啟后的專業基礎課[4]。材料科學基礎課程主要包括晶體結構、晶體缺陷、固體擴散、金屬和合金的凝固、合金的相結構和相圖、材料的變形和再結晶等[5，6]。課程的知識點既彼此獨立，又相互關聯，形成一個結構完整、邏輯嚴密的理論體系。

二、教學方法改革

在“新工科”背景下，要以技術發展為導向更新教學內容，改革課程體系，建設一批內容新、方法新、手段新的特色課程。材料科學基礎課程內容豐富，知識點多，知識量大，知識結構既系統又基礎，對這門課程的教和學均有非常高的要求。由于該課程概念多，理論性和實踐性都很強，而且一些微觀結構是看不見、摸不到的，內容既抽象又枯燥，所以學生感到非常難學。作為課程的主講教師，為了解決這一問題，將理論教學與實踐、傳統教學與多媒體教學相結合，從而激發學生的學習興趣，提高教學效果。傳統的教學手段主要采取教師講解加課堂板書，這種教學手段存在信息量小、板書內容不易保存、內容抽象很難清楚講解、缺乏生動性和趣味性等問題。特別是隨著培養計劃的修訂，講課學時的減少，使用傳統教學方法很難完成教學任務。如今，隨著課堂信息量的不斷增加，傳統教學方法必須與先進的現代教學方法相結合，以更好地完成教學任務，提高教學質量，保證教學效果。與板書相比，多媒體教學將抽象事物直觀化，簡化復雜問題，并為教學的順利進行提供形象表達工具。因此，結合使用教師講解+課堂板書+多媒體課件，對一些抽象和難以理解的知識，使用模型或多媒體等教學方法，以動畫形式呈現給學生，更好地幫助學生理解相關知識，提高教學效果。例如，材料科學基礎的本質是結構決定性能，但材料內部的結構是抽象的，看不到，摸不著，很多內容難以理解。如各種位錯及位錯的運動，多媒體教學在這方面顯示出特殊的優勢。晶體結構、晶格間隙、晶體缺陷運動、結晶過程等以動畫形式展示，使學生有身臨其境之感，有效傳遞信息。在學習三元相圖的過程中，許多學生感覺太抽象，因為空間想象力不足難以弄清三元相圖是怎么形成的。學習興趣是學生認真聽講的動力，是提高課堂教學效果的關鍵。為此，我們在上課時介紹了生活中常接觸到的實物“汽車”，讓學生感受到材料科學如何影響人們的生產、生活和發展。比如，在材料科學基礎的課堂教學中，我們以“先進汽車用鋼的研究與應用現狀”為主題，設計一些問題，如汽車用鋼面臨的挑戰、汽車行業的發展，以及先進汽車用齒輪鋼、彈簧鋼、不銹鋼、面板鋼、大梁鋼等的研究和發展動向。首先，讓學生在課外閱讀文獻資料，撰寫小論文，制作PPT，然后組織學生在課堂上進行探討、研究，以學生發言為主，各抒己見，讓學生直接參與教學。在探究中，讓學生對材料科學中有關材料的微觀結構、組織性能及制備工藝等基礎理論有深入的認識。這種新的教育理念下的探究式教學，贏得學生的普遍認可，取得較好效果。

三、考核方式改革

閉卷考試是一種傳統的以考試為導向的教學評價方法，能夠反映學生學習情況，但對于培養學生的綜合能力存在一定的弊端。單一的閉卷考試將不可避免地導致學生使用死記硬背的方式來應對，完成試卷的情況不能完全客觀地評價學生的學習[12]。因此，我們改變了這種考核方式，學生的最終成績不完全由期末考試成績決定，改變期末考試成績的比例，以更好地反映學生學習效果。

1.閉卷考試成績為60%，考試題型主要是簡答題、綜合題、繪圖題和計算題，并盡可能少地設置選擇題和名詞解釋題。由于選擇題的偶然性較大，學生即使不會做，隨便蒙一個，也有可能是正確的，不能客觀反映學生的實際學習水平。名詞解釋只是記憶能力的一種考核，并不能反映學生對所學知識的綜合運用能力。相反，簡答題、綜合題、作圖題和計算題可以更好地檢驗學生運用知識、分析問題和解決問題的能力。

2.平時成績占20%，主要體現在學生的出勤率、作業質量、課堂測試、課堂聽講和回答問題方面，這是對學生綜合素質更具體的檢驗。

3.主題討論及小論文占20%，在材料科學基礎課程的學習中，安排一次主題活動，討論汽車用鋼面臨的挑戰，汽車行業的發展以及先進汽車用齒輪鋼、彈簧鋼、不銹鋼、面板鋼、大梁鋼等的研究和發展動向，不僅有利于提高學生學習興趣，培養探索精神，而且有利于培養團隊協作精神。這主要是對學生自主學習和團隊協作能力的考查。

四、結語

根據“新工科”建設要求，結合材料科學基礎課程特點，在教學內容、教學方法、考核方式等方面進行改革，取得了一定成果。在提高教學質量的同時，學生的學習興趣也得到顯著提高。今后，我們還要在改革路上繼續前行，圍繞新工科理念，提出人才培養新模式、學科發展新結構，為培養高素質人才做出努力。

參考文獻：

[1]曹婷，曹原.“新工科”背景下通信原理的課程優化[J].價值工程，2018，（3）：258-259.

[2]姜曉坤，朱泓，李志義.新工科人才培養新模式[J].高教發展與評估，2018，34（2）：17-24.

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

[4]劉寶勝，張敏剛，房大慶等.材料科學基礎課程應用型教學方法初探[J].中國現代教育裝備，2018，（5）：68-69，89.

[5]王亞男，陳樹江，張峻巍，等.材料科學基礎教程[M].北京：冶金工業出版社，2011.

[6]張代東，房大慶，宮長偉，等.材料科學基礎精品資源共享課建設探討[J].中國現代教育裝備，2016，（1）：64-66.