“工程材料”課程在新工科背景下的教學改革

徐 怡，王 琳，趙素晶，韓 林

（河海大學 力學與材料學院，江蘇 南京 211100）

引言

2016年，新工科概念提出后，教育部高教司經過反復研討、調研和論證，于2017年正式推出“新工科”計劃，并先后形成了“復旦共識”“天大行動”“北京指南”的新工科建設“三部曲”［1］。按照教育部的部署，工科優勢高校組、綜合性高校組和地方高校組都積極響應與啟動新工科建設戰略［2-4］。在此背景下，高等教育迎來新的機遇與挑戰，課程教學改革勢在必行。

河海大學“工程材料”課程是自1952年學校創辦建筑材料教研室以來，面向全校水利工程、土木工程、水務工程、農田水利工程、港口航道工程、交通工程、給排水工程、力學、材料以及工程管理等多學科專業方向學生開設的學科平臺課。課程在建設過程中，強化學生的價值塑造，全面推進課程思政建設；在理論教學中，緊密結合行業發展前沿，不斷改進教學方法，更新教學內容，完善新工科人才培養知識體系；在實踐教學中，突破傳統實驗教學模式，按層次遞進，依托科教融合實踐平臺和創新創業平臺，強化學生創新能力的培養。2021年，課程獲批江蘇省首批一流線下課程。

一、新工科背景下“工程材料”課程教學改革目標

河海大學是以水利為特色、工科為主、多學科協調發展的教育部直屬全國重點大學，我們的課程結合學校“中國靈魂、國際視野、河海特質”人才定位，以“厚基礎、強實踐、重創新、能創業、河海特質”的人才培養為目標。以“工程材料”課程為例，具體如下。

1.知識目標。掌握工程中涉及的常用工程材料的類型、技術性質和工程應用，掌握材料的成分、構造、生產過程等對其性能的影響，掌握各項性能間的有機聯系等專業知識與技能。

2.能力目標。以知識、能力、素質兼備為目標，結合工程實際案例分析和科技前沿探討，重點提升學生的自主學習能力、獨立思考能力和挑戰創新能力；通過分組討論與團隊實踐等教學環節實施，培養學生的實踐動手能力和溝通交流表達能力，培養團隊協作精神。

3.價值目標。秉持致高、致用、致遠的教育理念，以服務水利、土木等行業為目標，展現我國基礎設施建設的巨大成就以及工程材料技術的飛速發展，使學生樹立獻身祖國工程建設的愛國主義情懷和促進科技發展的遠大理想，培養學生勤奮刻苦、精益求精、實踐創新的工匠精神。

二、課程教學改革要解決的問題

傳統課程以基本知識點講授為主，未滿足“兩性一度”的“金課”要求，課程與教學改革要以工程實際為背景，以工程技術為主線，以科技前沿為驅動，調整知識結構和教學目標，培養適應社會經濟發展需求、有國際視野、有探索精神、有創新意識和實踐能力的新工科專業人才。

目前，課程與教學改革要將課程思政教育深度融入課程教學的各方面，潤物無聲，以立德樹人的核心目標，重視價值引導，培養學生強烈的社會責任感、求真務實、吃苦耐勞、追求卓越的優秀品質。

應科學處理線上授課與傳統授課的銜接融合，要推進線上線下混合式教學的常態化應用，完善線上線下教育融合機制，靈活構建混合式教學的有效模式，重組教學結構、優化教學流程、增強教學互動。依托在線教育教學平臺，從危機中找機遇，突破傳統教學瓶頸，使傳統教學與網絡教學形成優勢互補，創建集課堂教學與線上互動于一體的新教學模式，開拓新工科工程教育改革路徑［5］。

此外，課程要契合工程和生產實際［6］，全面規劃、統籌課程教學和實驗教學資源建設，促使學生完成角色轉化，發揮學習的主觀能動性，提升學生的自主實踐動手能力，培養學生的團隊合作精神和終身學習能力。

三、課程教學改革實施情況

“工程材料”課程應在內容與資源建設中不斷加強學生的責任意識教育，培養學生的社會責任感。通過介紹重大基礎設施，讓學生感受祖國的繁榮昌盛，增強學生的愛國主義情懷和民族自豪感。

結合本校課程實際情況，課程先后探索了翻轉課堂、校級慕課、慕課堂、學習通等多層次、交互式教學資源體系，最終摸索出課前線上國家“金課”預習、課上學習通實時混合、課后學習通反饋的混合式教學模式，建立了以學生為導向的課程教學體系，提升了教學質量。課程教學改革具體實施情況如下。

1.強化學生價值塑造，全面推進課程思政建設。通過探索課程專業知識內容中蘊含的思政育人素材，科學設計課程，落實立德樹人根本任務。以近20年來我國基礎設施建設中的卓越成果為工程背景，如港珠澳大橋、三峽大壩、葛洲壩水電站、南水北調工程等重大工程建設成就，讓學生了解我國工程材料科學自主創新歷程，培養學生關鍵核心技術攻關的骨氣、志氣以及精益求精的大國工匠精神。以科研成果充實教學內容，構建“三全育人”新格局，激勵學生甘于奉獻、勇于擔當，積極投身祖國大江大河的治理和建設。

2.理論教學引入先進教學理念，打造“兩性一度”的高質量課程。課程理論教學貫徹OBE（Outcome-based Education）教育理念，以學生發展為中心，緊扣專業特色，聚焦水利、土木行業中的材料問題。結合工程案例教學，引入工程材料的前沿科學技術，將材料制備、應用等相關內容貫穿和滲透到每個知識點的講授中。實施問題討論教學，學生以小組為單位，自主分析學習資料，制訂生產方案，培養學生解決復雜問題的綜合能力和高階能力。在教學內容實施過程中，結合信息化教學工具慕課堂、學習通的應用，沉淀課堂教學數據，掌握學生個性化學習的成效，以“數據驅動”替代“經驗驅動”，不斷迭代優化整個教學過程。

通過學習通、騰訊課堂、中國大學MOOC等線上教學手段，豐富教學形式，提高教學效率。此外，針對學生學習中的難點和重點，采取討論式、互動式、啟發式的答疑手段，以及模范作業的線上分享，不斷提高學生學習的自主性和主動性。

3.實踐教學按層次遞進，構建科教融合實踐平臺和創新創業平臺。實踐教學劃分為基礎實驗、提高性實驗、綜合設計性實驗三大類，實行有層次有梯度的分類教學，逐步培養學生的應用能力和創新精神。

基礎實驗與課堂講授內容同步，形成配套的實驗訓練單元，給定實驗目標與實驗方案，以5人左右為1組，分6個實驗小組進行，先由教師講授，再由學生獨立操作完成。通過基礎實驗數據的處理與分析，如圖1所示，學生理解并掌握課本知識，彌補課堂教學的不足。

圖1 分組實踐活動實驗報告

提高性實驗由教師提前布置實驗范圍，提出實驗目標，學生在查閱相關資料的基礎上確定實驗方案。實驗方案不唯一，通過設計實驗，處理與分析實驗數據，以及信息綜合得到合理有效的結論，促進學生深度學習，自主構建知識體系，充分掌握材料的組成與結構、合成與制備、性質以及使用效能四要素之間的關系。

綜合設計型實驗由學生經過教師的指導，搜索閱讀文獻資料，參與小組積極開展討論與交流，進行創新型教學實驗。以組織超高性能混凝土（UHPC）彈性球制備實驗為例，學生分組討論設計原材料和配合比方案，制備球體，最終通過性能測試（彈性、損傷狀態和抗壓性能），以期制備出圓、輕、美、彈而不裂的理想的UHPC彈性球，如圖2所示。通過球體性能測試，持續改進實驗方案，寓教于樂，繼而實踐，提升UHPC材料性能、改善球體結構和成型技術工藝的方法，制備出可滿足技術要求的UHPC彈性球，以此展示UHPC材料的強度、韌性、抗沖擊性能以及設計制造水平。通過趣味性“UHPC彈性球制備實驗”的開展，激勵學生研究和探索前沿課題。綜合設計型實驗依托實踐平臺和創新創業平臺，科教融合，突出創新，根據本學科領域前沿知識和最新科技成果，適時調整教學內容。

圖2 UHPC彈性球實物

四、課程今后改革方向

課程的建設和應用是一項動態的、長期的、持續的系統工程，課程群將在今后五年繼續加強課程學習資源建設，對課程教學進行持續有效的補充和更新。

1.發揮“線上+線下”“校內+校外”等教學資源優勢，探索課程模塊組合模式改革，加強網絡課程的師生交互和及時反饋，建成特色鮮明、行業認可的混合式一流課程。

2.組織編寫高質量立體化課程教材，完成重點教材編寫，將授課二維碼引入教材，助力課程教學改革。

3.緊扣河海特色，拓展實踐實訓基地，增強校企合作，完善產教融合育人平臺，深化傳統課程的新工科改造。

4.完善“學、訓、研、踐”四位一體的課程培養模式，探索學生根據課程自主構建學習的辦法，提升學生自我培養能力，構建以學生為中心、靈活自主的課程教學方案，培養不同層級學生的專業探討能力。

結語

總體而言，“工程材料”課程結合學校“中國靈魂、國際視野、河海特質”的人才定位，以“厚基礎、強實踐、重創新、能創業、河海特質”的人才培養為目標，立足河海大學學科優勢，聚焦水利、土木等行業的材料前沿和國家重大工程需求，培養能解決實際工程中材料問題的專業人才。今后，我們仍將繼續以大學生創新創業能力培養為重點，構建新工科背景下的新的課程體系。