基于項目教學法的材料工程基礎課程改革實踐

徐照蕓，李 東，張 笑

（1.北方民族大學材料科學與工程學院，寧夏 銀川 750021；2.北方民族大學材料科學國家級實驗教學示范中心，寧夏 銀川 750021）

2021年寧夏回族自治區為全面提高教育質量，加快推進教育現代化，制定《寧夏回族自治區教育事業發展“十三五”規劃》，要求積極引導部分地方普通本科高校向應用型轉變，推動高校以應用技術類型人才培養為主要目標的整體或部分轉型發展，增強高校工科專業學生的科技創新能力。北方民族大學是國家民族事務委員會直屬六所民族高校之一，是培養造就服務支撐民族地區經濟社會發展應用型人才的重要基地，我院材料科學與工程專業是國家級特色專業，依托當地企業實際需求，培養了大量高質量復合型應用人才。材料工程基礎是材料科學與工程專業的核心基礎課，是提高學生創新能力、理論結合實踐能力及培養學生解決復雜工程問題的學習基礎，是培養高質量應用型和實踐型人才的重要途徑。

1 目前課程教學現狀

《材料工程基礎》作為材料科學與工程專業核心課，目前在材料科學與工程專業大二第一學期開設，周學時為4，總學時為54。主要包括動量傳遞、質量傳遞、熱量傳遞、物料干燥及燃燒計算等內容，作為一門專業基礎課，涉及較多的實踐性和實用性的專業知識，是本專業培養學生工程思維和實踐能力的重要基礎[1-2]。

1.1 學生個體學習基礎差異大

北方民族大學擔負著為少數民族和民族地區培養高質量復合型技術人才的重要任務[3]，大部分學生來自基礎教育比較落后的少數民族地區，學生個體在基礎知識及學習能力方面有較大差異。《材料工程基礎》具有非常強的綜合性和工程實踐性，導致教學內容的理解難度較大，對于接受能力較弱的學生很難在規定教學時間很好地完成學習任務，而作為培養學生如何解決材料領域復雜工程問題的關鍵環節，很大程度上影響學生今后在本專業的研究和如何科學地解決工作中實踐應用過程中遇到的問題的能力。

1.2 課程定位不明確，教學方法陳舊

《材料工程基礎》課程中主要學習內容從基礎的熱量傳遞、質量傳遞過程到物料干燥、燃燒計算等綜合工程問題的分析，在傳統的教學中，課程內容之間缺乏關聯，教師依次將內容進行講解，學生被動記憶，學生對于課程內容的理解停留在簡單的計算，缺乏有效的“教與學”之間的互動，學生參與度較低，對于無法理解的內容只能聽之任之，最終導致學生學習材料工程基礎的積極性下降。

2 項目教學法在材料工程基礎課程中的應用

項目教學法是以教師引導、學生為主體、項目為主線的教學模式，教師通過對教學內容的整合分析，將學習內容設置于與生產實踐相關的項目任務中，學生以小組協作的形式進行任務分解后共同解決問題，自主探索案例中的相關知識的工程實踐意義[4]。這為學生提供了主動參與教學過程、自主協作、探索創新的教學條件與環境，實現了以教師為中心向以項目為中心的轉變，促進學生創新能力的發展。

2.1 教學內容設計

（1）明確課程定位，整合課程內容。對照材料與工程專業培養方案及特點，明確本課程在學生培養體系中的定位，本課程為學生培養方案中的工程實踐類課程，主要目標為培養學生解決實際工程應用問題的方法及思維，因此，在講授課程內容的時候需要凝練出實際工程應用中常見重點知識，突出材料工程方面的技術要點。比如，干燥原理中通過干燥過程及特點等基礎內容的學習，著重強調干燥時間計算及干燥過程的強化控制途徑；燃燒計算中以燃料熱工特性為基礎，研究燃燒理論與過程，以解決怎樣通過燃燒計算解決工業窯爐實際應用問題并實現“雙碳”目標下燃料的燃燒過程控制與優化。結合項目任務對課程內容進行整合，利于突出課程重點內容，使學生能在短時間內掌握關鍵技術要點，培養學生在今后工作中對于實際問題解決的能力。

（2）凝練課程內容，設計項目任務。材料工程基礎課程項目任務內容設計，主要是參照課程培養目標及教學大綱，基于學生對于課程基本知識記憶學習，教師對學生學情進行分析評估，規劃項目內容，確定課程內容學生可以掌握并通過項目任務式學習學生能夠靈活運用的章節進行項目任務內容設計。對于熱量傳遞及質量傳遞過程中，以基礎知識占比重較大，內容抽象繁雜，學生掌握程度不高，相比較在燃燒計算章節中學習內容更貼近生活及工程應用實際，學生能較好地掌握相關內容，可以作為項目內容進行合理設計，充分發揮學生自主創新意識，提高學生學習興趣。

2.2 教學方法設計

（1）分班教學，采用基于項目的小組學習模式。材料工程基礎中各章節內容在講授過程中都具有較強的理論性和系統性，推導過程較為復雜，計算過程中有較多的過程條件和制約因素，因此導致學生對于基礎知識概念不能很好地理解并熟練掌握，學生在面對枯燥的概念和復雜的推導過程缺乏學習動力，對基礎知識的學習感到乏味。除此之外，當前課程的教學偏重理論教學，忽視與工程實踐的聯系，課程教學過程中主要采用的是以教師講授為主的單向傳遞模式，學生對于相關理論知識因為理解不到位而缺乏學習興趣。項目教學法是以項目為主線，教師依據教學內容，為學生提供明確的目標及任務，學生依據教師提供的案例，以小組協作的形式共同解決問題，動手查找資料，經小組成員集體討論后，提出合適的解決方案，學生獨立思考后形成自己的看法，教師最后進行歸納。在項目教學過程中，學生不僅能夠建設性地投入到課程中，而且能夠參與到前期的課程計劃中去，為學生提供了主動參與教學過程、自主協作、探索創新的教學條件與環境，把學習設置于有工程實踐意義、有趣味性的項目任務中，提高教學效果（見圖1）。

圖1 項目教學法在教學過程中的應用

（2）結合科研實踐，提高學生興趣。材料工程基礎是一門與工程實踐緊密結合的課程，但在日常教學中仍然過多采用傳統的教學模式，在課堂上教師將課程內容進行講解，學生對課程內容機械地學習，不能做到舉一反三。本專業對畢業五年以上的畢業生進行反饋調研時，大部分學生都認為專業課程要加強與工程實踐的關聯性，提高學生學以致用的能力。因此，以源于科研實際工作的問題為依托，在教學過程中提倡提問和反思，通過小組討論和再學習得以深入思考，激發并提高學生的學習興趣，培養學生以科學的思維探索科學的方法，在實踐感知中提高學生的學習質量。例如，在熱量傳遞章節講授中，學生對于熱量的基礎知識僅限于溫度變化和能量守恒等淺顯內容，將本專業教師承擔相關科研課題中涉及的通過高溫燒結爐中熱場分布及模擬解決關鍵器件中氣泡產生及聚集的基本方法介紹給學生，通過此類科研實際案例的解決，可以讓學生對材料科學與工程專業體系有更清晰的認識，也可以充分的了解材料工程基礎知識在科研及工程實踐中的應用方法及手段，培養學生的工程素養。

2.3 教學手段設計

（1）引入現場式教學。為實現以課堂為中心向以獲取實際經驗為中心的轉變，在材料工程基礎課程授課過程中，除了采用傳統教學中的板書及多媒體手段外，結合專業特點，利用實驗室及科研平臺，適當引入現場教學。例如，在講授物料干燥章節，結合項目學習內容，組織學生自己動手做濕物料泥坯，通過實驗室簡單的儀器操作及泥坯干燥過程中學生自己觀察并記錄干燥過程，獲得誤差范圍內的物料干燥曲線，并通過數據進行分析討論；在講授燃燒時間計算章節時，可以組織學生自行尋找各種燃料，在實驗室里帶領學生觀察各自提供燃料的燃燒速率、燃燒狀態，由此來簡單判斷各種燃料性質及燃燒性能。通過現場教學中高效的參與，提供給學生由基礎知識到現場應用實踐的機會，極大地增加學生對課堂內容的興趣，取得良好的教學效果。

（2）線上線下多平臺互補。學校為加強課堂多功能建設，引入智慧教室為師生提供了一站式學習與教學環境，在疫情期間，智慧教室與學習通平臺均成為學生們非常熟悉的學習手段，因此可以將線下作為授課主體，其他平臺為補充建立多平臺互補的教學方式[5]，學生只要有電腦或手機，就可以方便地進入學習。同時，在授課過程中可以依托智慧教室對課堂情況進行錄制，課后教師可以將錄制視頻下載后整合至學習通平臺，學生可以隨時觀看回放并下載，可有效幫助學生自行復習，提高學習效率。為了提高教學效率，配合項目式學習任務的進行，還可以在線上平臺中創建學習小組，所有組別可以一直保留在班級中，可以教學進程中隨時使用。項目小組在完成任務過程中在平臺中提交項目方案設計思路，提交項目方案，教師與學生進行線上實時交互活動，提高教學活動和交互性。各小組在完成項目任務學習后，可分別在平臺上傳各小組學習資料、討論進程及學習報告，為教學考核和過程性學習提供有效的參考。

（3）增加開放式學習內容。為了彌補材料工程基礎理論課缺乏相應的工業實習實踐基地的現狀，在質量傳遞等章節應用虛擬仿真實驗可以對理論課程內容進行補充，將抽象的概念、定律和影響因素轉化為具體、直觀的動態現象，進一步加深學生對于相關理論知識的理解。對于燃燒計算章節，可以引導學生自行對目前我國采用的主要燃料及工業燃燒過程中存在的效率低、排放高的現狀進行調研并組織小組匯報，邀請相關企業相關技術骨干參與評價學生調研結果并進行專業知識的講授，將相關工程問題與課本知識相結合，使之緊密聯系實踐應用，深度了解實際生產現狀，將前沿知識搬進課堂，開拓學生的視野，加強學生對本專業的認知，為培養應用型和實踐型的高級專業人才服務。

2.4 評價方式改革

在傳統的教學模式下，試卷是對教學質量考核的最主要評價手段，分數是衡量學生認真與否的標準，忽視了學生的主觀能動和教學過程的評價。材料工程基礎是一門與工程實踐緊密相關的課程，是提高本專業學生實際能力和工業實踐素養的關鍵環節，因此，在課程評價方法中著重評估學生的創新意識、實踐能力和工程素養[6]。筆者在教學實踐改革過程中將項目學習完成情況、課前課后自主學習補充到評價體系中，加大項目任務、課堂表現所占總成績的比例，形成基礎知識與工程實踐能力綜合考核的有機整體，提高學生學習的主觀能動性，培養學生查閱分析信息資料、收集分析數據和撰寫科技報告的能力，鍛煉學生對所學理論知識的綜合運用能力，提高學生綜合素質、促進學生創新意識和工程能力的培養。

3 結語

本文針對民族高校材料科學與工程專業中材料工程基礎課程的教學現狀，把項目教學法融入課程教學過程中，系統地對課程教學內容、教學方法、教學手段和評價方式進行改革，積極引導學生自主學習，提升學生的探索能力和創造力，加強學生工程實踐能力的培養，促進學生在材料及化工領域的就業率和就業質量，是課堂教學和工程實踐整合的有效積極地教學方式，對相關課程改革具有一定的借鑒意義。