新工科背景下功能材料類課程教學(xué)實(shí)踐探索

鐘向麗 宋宏甲 王金斌

[摘 要] 隨著“互聯(lián)網(wǎng)+教育”時(shí)代的到來(lái)，新工科建設(shè)逐漸被提上日程，這為高校課程建設(shè)和改革迎來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。探討新工科背景下將科研融入本科生功能材料類課程教學(xué)的重要意義，針對(duì)課前準(zhǔn)備，課堂演練和課后拓展三個(gè)階段提出了將科研融入功能材料課程教學(xué)實(shí)踐的具體做法，同時(shí)從建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論角度分析了將科研融入本科生功能材料課程教學(xué)的必要條件，以期加強(qiáng)新工科背景下人才創(chuàng)新能力、多學(xué)科融合視野以及實(shí)踐能力的培養(yǎng)，促進(jìn)新工科建設(shè)人才培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成。

[關(guān)鍵詞] 新工科;科研;功能材料類課程

[基金項(xiàng)目] 2017—2020年湖南省普通高等學(xué)校“十三五”專業(yè)綜合改革試點(diǎn)項(xiàng)目（22）;2019-2021年湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項(xiàng)目“獨(dú)立學(xué)院‘立體式創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)模式構(gòu)建研究”（1235）

[作者簡(jiǎn)介] 鐘向麗（1976—），女，陜西旬陽(yáng)人，博士，湘潭大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授（通信作者），主要從事鐵電薄膜及其存儲(chǔ)器研究;宋宏甲（1986—），男，湖南辰溪人，博士，湘潭大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授，主要從事氧化物薄膜的制備及其抗輻照特性研究;王金斌（1972—），男，湖南邵陽(yáng)人，博士，湘潭大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，主要從事鐵電材料與器件研究。

[中圖分類號(hào)] G642? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] B? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2021）24-0113-04? ?[收稿日期] 2021-02-20

一、引言

國(guó)內(nèi)外新經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)新型工科人才提出了越來(lái)越高的要求，高校、科研院所作為人才培養(yǎng)基地，擔(dān)負(fù)著更重的責(zé)任[1]。2017年教育部高等教育司發(fā)布了關(guān)于開(kāi)展新工科研究與實(shí)踐的通知，“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”以及“北京指南”相繼提出，我國(guó)新工科背景下的高等工程教育改革得到高度重視[2]。新工科具有引領(lǐng)性、交融性、創(chuàng)新性、跨界性和發(fā)展性等特征，人才培養(yǎng)是新工科服務(wù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心任務(wù)，對(duì)高等教育的人才培養(yǎng)方案改革、人才培養(yǎng)模式、人才培養(yǎng)質(zhì)量要求提出了新的挑戰(zhàn)。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力是對(duì)新工科培養(yǎng)人才的首要能力要求，高等教育人才培養(yǎng)需要將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)貫穿于人才培養(yǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)[3]。但是傳統(tǒng)功能材料類課程存在內(nèi)容多，涉及領(lǐng)域廣，課時(shí)有限等問(wèn)題。傳統(tǒng)工科教育逐漸無(wú)法滿足新產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)人才創(chuàng)新能力的需求。鑒于此，筆者依托多年的功能材料教學(xué)改革實(shí)踐，提出將相關(guān)科研成果、科研方法等融于功能材料類課程的方法、必要條件和意義，以期為功能材料類課程的教學(xué)、人才培養(yǎng)提供一些改進(jìn)思路，進(jìn)而達(dá)成功能材料類課程學(xué)而深思、探索科學(xué)、學(xué)以致用的教學(xué)目標(biāo)，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的工程科技人才提供基礎(chǔ)動(dòng)力，滿足行業(yè)和產(chǎn)業(yè)的當(dāng)前和未來(lái)發(fā)展需要[4]。

二、科研融入功能材料類課程教學(xué)實(shí)踐的方法與條件

（一）科研融入功能材料類課程教學(xué)實(shí)踐的方法

教育技術(shù)專家何克抗教授指出，教學(xué)是教師與學(xué)生充分互動(dòng)的過(guò)程，教師的教和學(xué)生的學(xué)，缺一不可，教學(xué)的中心是學(xué)生，教師主要起到輔助、指導(dǎo)的作用[5，6]。因此，在教學(xué)過(guò)程中要正確處理好教師主導(dǎo)，學(xué)生主體的關(guān)系。本文在上述思想的指導(dǎo)下從課前、課中、課后三個(gè)環(huán)節(jié)著手，構(gòu)建了將科研融入功能材料類課程教學(xué)實(shí)踐的方法，具體方法如下。

1.課前準(zhǔn)備。教師方面，將科研融入功能材料課程教學(xué)，需要任課教師具有較強(qiáng)的科研素養(yǎng)，能夠結(jié)合功能材料的教學(xué)大綱，靈活運(yùn)用科研成果素材。一方面，需要篩選契合課堂主題的科研素材，既能與課堂聯(lián)系，又能升華課堂內(nèi)容。另一方面，任課教師需要提煉科研成果中的創(chuàng)新思路，涉及的學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)及應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)將課堂涉及的科研成果提前下發(fā)給學(xué)生，提出一些能啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思考的問(wèn)題。學(xué)生方面，研讀教師下發(fā)的科研成果，并回答問(wèn)題，在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生對(duì)不懂的問(wèn)題可以上網(wǎng)查閱資料尋求解決方案，如果仍有疑惑可以記錄下來(lái)，到課上找教師解決。

2.課堂演練。由于教學(xué)周期比較短，功能材料課程是學(xué)生實(shí)踐材料科學(xué)思維很好的訓(xùn)練場(chǎng)，因此合理安排并利用好課上時(shí)間是很重要的一環(huán)。在課上，教師可以收集學(xué)生課前閱讀存在的問(wèn)題，答疑解惑;同時(shí)教師可以以最新科研成果為素材，啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)材料學(xué)科的組成、結(jié)構(gòu)、物理性能和使用效能之間的關(guān)聯(lián)規(guī)律，分析科研成果。通過(guò)對(duì)科研文獻(xiàn)的剖析，有利于啟發(fā)學(xué)生“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題”“分析問(wèn)題”到“解決問(wèn)題”，達(dá)到思維訓(xùn)練的目的。

3.課后拓展。通過(guò)課前自學(xué)，課堂答疑，科研成果調(diào)研和分析等環(huán)節(jié)后，學(xué)生對(duì)新知識(shí)有了一定的認(rèn)識(shí)和了解，形成了自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生可以進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)并運(yùn)用新學(xué)知識(shí)。首先，學(xué)生可以通過(guò)專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)、互聯(lián)網(wǎng)等獲得關(guān)于課堂討論功能材料的最新科研成果，追蹤前沿，通過(guò)制作海報(bào)、PPT等方式展示科研成果。其次，借助教師提供的功能材料方面的科研平臺(tái)，深入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)踐。再次，學(xué)生可以參加學(xué)生類創(chuàng)新項(xiàng)目，或者參與教師科研項(xiàng)目，通過(guò)科研思路提出、科研成果調(diào)研、科研實(shí)驗(yàn)實(shí)施以及科研成果總結(jié)和輸出的鍛煉，深入思考和理解材料科學(xué)的思維，同時(shí)提升創(chuàng)新能力。

（二）科研融入功能材料課程教學(xué)的必要條件

新工科背景下的教學(xué)理念和教學(xué)模式對(duì)參與教育教學(xué)的師生以及軟硬件科研平臺(tái)提出了新的要求，下面將從學(xué)生、教師和科研平臺(tái)等維度分別闡述。

1.有準(zhǔn)備的學(xué)生。克林伯格指出，“教與學(xué)是統(tǒng)一的，但不是同一的，教師的某一活動(dòng)未必能使學(xué)生必然地產(chǎn)生相應(yīng)的活動(dòng)，即所期待的學(xué)生的反應(yīng)。學(xué)習(xí)不是教授的簡(jiǎn)單的反射?！苯?gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)生作為知識(shí)的建構(gòu)者，其已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)備和思維方式等對(duì)新知識(shí)、新資料的加工和建構(gòu)都有非常重要的影響[7]。功能材料課程一般開(kāi)設(shè)在大學(xué)四年級(jí)的第一學(xué)期，該階段的學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)“材料科學(xué)基礎(chǔ)”“材料工程基礎(chǔ)”“材料物理性能”和“材料分析測(cè)試方法”等材料學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課程，以及“大學(xué)物理”“基礎(chǔ)化學(xué)”和“物理化學(xué)”等公共基礎(chǔ)課程，掌握了理解和分析功能材料課程中科研的基礎(chǔ)知識(shí)。因此，在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，教師需要詳細(xì)了解學(xué)生對(duì)上述基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況，才能把握將科研融入功能材料教學(xué)的范圍、深度以及難度，更好地開(kāi)展將科研融入功能材料課程教學(xué)。學(xué)生作為學(xué)習(xí)的中心主體。只有充分調(diào)動(dòng)其積極性，才能使得將科研融入功能材料課程教學(xué)得以順利進(jìn)行。筆者在將科研融入功能材料課程的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，采用分組方式完成課題調(diào)研、PPT匯報(bào)和相互點(diǎn)評(píng)，小組內(nèi)學(xué)生的分工和協(xié)調(diào)，一方面增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力，更重要的是小組內(nèi)學(xué)生之間可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，從而降低某些學(xué)生因基礎(chǔ)儲(chǔ)備不足引起的學(xué)習(xí)難度增加，提升興趣和積極性。通過(guò)學(xué)生點(diǎn)評(píng)，能更深入了解學(xué)生的現(xiàn)有知識(shí)水平，利于教師更好地組織課堂，建立學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)和課堂新知識(shí)的聯(lián)結(jié)。