探索“四結(jié)合”教學(xué)法提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力——以金屬材料工程專業(yè)為例

□ 盧向雨 田立輝 蘆 笙

一、引言

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和一系列重大工程的推進(jìn)，帶動了我國的材料工業(yè)的高速發(fā)展，尤其是在新型軌道交通材料、新能源材料、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料、航空航天材料、海洋工程材料等方面取得了長足的進(jìn)步。為持續(xù)推動我國材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展，必須大力鼓勵材料領(lǐng)域創(chuàng)新，著重培養(yǎng)和提高材料專業(yè)技術(shù)人員的創(chuàng)新能力［1］。高等學(xué)校作為培養(yǎng)材料專業(yè)技術(shù)人員的主要基地，通過教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)提高材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維具有重要意義［2］。通過創(chuàng)新思維的訓(xùn)練增強(qiáng)材料產(chǎn)業(yè)科技人員的創(chuàng)新能力，進(jìn)而推動我國新材料產(chǎn)業(yè)突破性、創(chuàng)新性的發(fā)展，進(jìn)一步提升我國材料產(chǎn)業(yè)的科技創(chuàng)新能力［3～4］。

當(dāng)前我國有近300所高校設(shè)置材料類專業(yè)［5］，如何提高材料類學(xué)生質(zhì)量，增強(qiáng)學(xué)生的競爭力是各高校面臨的重要課題。天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教學(xué)改革小組［6］從用人單位的反饋中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生普遍存在動手能力不足、知識面窄、基礎(chǔ)知識薄弱等問題。這與材料科學(xué)與工程專業(yè)知識理論性和實(shí)踐性兼具、課程設(shè)置中理論與實(shí)際脫節(jié)、理論課程容易枯燥乏味、實(shí)踐課程條件艱苦等因素相關(guān)［7］。近年來，部分教育工作者［8～9］認(rèn)為，通過專業(yè)理論知識與實(shí)踐環(huán)節(jié)相結(jié)合，在提高學(xué)生實(shí)踐能力的同時訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維是提高材料科學(xué)與工程類學(xué)生核心競爭力的關(guān)鍵。

本文從江蘇科技大學(xué)金屬材料工程專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力的實(shí)踐出發(fā)，提出在教學(xué)過程中結(jié)合國際前沿、結(jié)合區(qū)域發(fā)展、結(jié)合本校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)、結(jié)合社會需求的“四結(jié)合”教學(xué)方針以提高金屬材料工程專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力。

二、教學(xué)與國際前沿結(jié)合，開拓學(xué)生視野

材料科學(xué)與工程領(lǐng)域一直是國際研究的熱點(diǎn)之一，教師將材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)、最新研究成果適當(dāng)引入教學(xué)過程中，用材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的專業(yè)知識介紹該研究熱點(diǎn)的基本原理、關(guān)鍵問題;對比當(dāng)前熱點(diǎn)問題的相關(guān)技術(shù)流派、各種學(xué)術(shù)流派的優(yōu)缺點(diǎn)等。將國際前沿、研究熱點(diǎn)等引入教學(xué)中不僅可以豐富課程內(nèi)容，提高學(xué)生應(yīng)用專業(yè)知識的能力;還可以通過對熱點(diǎn)問題的剖析開闊學(xué)生視野，避免了專業(yè)基礎(chǔ)理論的枯燥乏味，通過熱點(diǎn)問題的剖析培養(yǎng)學(xué)生解決科學(xué)問題的興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性思維。江蘇科技大學(xué)作為以船舶為特色的高等院校，在金屬材料工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)方案中也圍繞船舶相關(guān)行業(yè)進(jìn)行了相應(yīng)的課程設(shè)置，開設(shè)了《船舶與海洋工程概論》、《船舶高效焊接》、《涂裝工藝》、《特種焊接技術(shù)》等與船舶行業(yè)密切相關(guān)的課程。在講解腐蝕原理的基礎(chǔ)理論中結(jié)合船舶生物污損嚴(yán)重的特點(diǎn)，在介紹當(dāng)前主要防止生物污損的涂裝防污涂料、電解海水、采用防污材料和臭氧法等常規(guī)方法外，可以結(jié)合國際前沿的仿生防污技術(shù)進(jìn)行講解，從仿生防污技術(shù)的起源、原理、主要仿生防污技術(shù)、當(dāng)前的研究進(jìn)展等方面進(jìn)行介紹。通過將仿生防污技術(shù)引入教學(xué)過程加強(qiáng)了學(xué)生對腐蝕原理相關(guān)知識的掌握，同時增強(qiáng)了學(xué)習(xí)過程的趣味性，激發(fā)了學(xué)生的發(fā)散和創(chuàng)新思維。因此，將材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的科學(xué)研究、國際前沿動態(tài)引入教學(xué)中對拓展學(xué)生的視野、激發(fā)學(xué)生的科學(xué)研究興趣、培養(yǎng)其創(chuàng)新性思維具有重要意義。

三、教學(xué)與區(qū)域發(fā)展相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力

材料科學(xué)與工程學(xué)科旨在揭示材料成分、組織結(jié)構(gòu)、加工工藝及其性能間相互關(guān)系［10］，其本身是一個對理論性和實(shí)踐性都有較高要求的學(xué)科。為了培養(yǎng)學(xué)生解決工程問題的能力，提升學(xué)生的實(shí)踐能力，開設(shè)一定數(shù)量的實(shí)踐類課程必不可少。為了提高實(shí)踐類課程的教學(xué)質(zhì)量，結(jié)合區(qū)域發(fā)展特色設(shè)置相關(guān)教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)可增加學(xué)生的實(shí)習(xí)時間，提高工程實(shí)踐能力。同時，將材料學(xué)的專業(yè)知識與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，可以讓學(xué)生明確相關(guān)專業(yè)知識的應(yīng)用背景以提高其學(xué)習(xí)積極性，同時也通過理論與生產(chǎn)實(shí)際的結(jié)合增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力。江蘇科技大學(xué)位于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的江蘇省，該省除在高性能纖維及復(fù)合材料、高性能膜材料、高效能源材料等領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢外，隨著國家沿海開發(fā)、海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展其在海洋工程材料等領(lǐng)域也有了高速發(fā)展。學(xué)校在就近安排學(xué)生到泰州宇宙焊接材料有限公司、金港建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司、江蘇省城宇建設(shè)集團(tuán)有限公司等企業(yè)認(rèn)識實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上，不定期邀請具有明顯區(qū)域優(yōu)勢的材料企業(yè)的技術(shù)專家走進(jìn)校園為學(xué)生作報告，通過一線工程人員和研發(fā)專家給學(xué)生講解相關(guān)行業(yè)需求，發(fā)展動態(tài)，市場前景等，加強(qiáng)金屬材料工程專業(yè)學(xué)生對材料產(chǎn)業(yè)的了解。通過了解區(qū)域材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展與需求，讓學(xué)生針對性地提高自己實(shí)踐能力、訓(xùn)練自己創(chuàng)新思維，全面提升自身綜合素質(zhì)，進(jìn)而提高學(xué)生的核心競爭力。

四、教學(xué)與優(yōu)勢學(xué)科相結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生分析解決問題能力

材料科學(xué)與工程學(xué)科研究對象中的材料具有較強(qiáng)的基礎(chǔ)性，因此材料學(xué)科與其他學(xué)科具有很強(qiáng)的交叉性，如材料學(xué)科與機(jī)械、土木、海洋、水利、生物醫(yī)學(xué)等學(xué)科研究內(nèi)容都具有廣泛的交集［11～12］。在專業(yè)性較強(qiáng)的工科院校中，多數(shù)院校擁有自身的特色專業(yè)和優(yōu)勢學(xué)科，通過優(yōu)勢學(xué)科、特色專業(yè)帶動其他專業(yè)有利于學(xué)校的長遠(yuǎn)發(fā)展。因此，對于工科院校中的金屬材料工程專業(yè)，在教學(xué)過程中將本專業(yè)與學(xué)校的優(yōu)勢學(xué)科、傳統(tǒng)特色專業(yè)相結(jié)合，以特色專業(yè)帶動材料學(xué)科的發(fā)展具有重要的意義，同時也可通過兩者的結(jié)合提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。江蘇科技大學(xué)是一所以船舶、海洋為特色的工科院校，在學(xué)校發(fā)展過程中依托船舶、海洋等特色學(xué)科大力發(fā)展材料等相關(guān)學(xué)科。在金屬材料工程的專業(yè)教學(xué)過程中，緊密圍繞船舶、海洋等特色專業(yè)開展教學(xué)實(shí)踐，在開設(shè)的焊接相關(guān)課程中，結(jié)合海洋工程建設(shè)、艦船應(yīng)急搶修等可以著重講解水下焊接技術(shù)，從水下焊接的應(yīng)用領(lǐng)域、水下焊接的分類、不同水下焊接的原理、水下焊接的特點(diǎn)及不足等方面進(jìn)行講解，結(jié)合船舶應(yīng)急搶修等實(shí)際需求講解相關(guān)知識。讓學(xué)生在將專業(yè)知識與優(yōu)勢學(xué)科、工程實(shí)際相結(jié)合的過程中，增強(qiáng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力。因此在金屬材料工程的專業(yè)教育中，緊密圍繞特色專業(yè)發(fā)展開展相關(guān)材料類的工程實(shí)踐課程對提高學(xué)生實(shí)踐能力、增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新思維具有重要的推動作用。

五、教學(xué)與社會需求相結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生持續(xù)創(chuàng)新能力

結(jié)合市場需求針對性地調(diào)整金屬材料工程學(xué)科教學(xué)過程的課程體系，提高學(xué)生的持續(xù)創(chuàng)新能力。因其基礎(chǔ)性、應(yīng)用性、交叉性等特征，科技進(jìn)步和社會需求的變化推動著材料產(chǎn)業(yè)一直處于高速發(fā)展?fàn)顟B(tài)。材料科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)過程中需注重社會需求的變化，及時更新課程體系和實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生了解當(dāng)前和今后一段時間內(nèi)材料學(xué)領(lǐng)域的重大需求，在豐富學(xué)生知識體系的同時，為學(xué)生的創(chuàng)新發(fā)展做好一定的知識貯備，從而增強(qiáng)學(xué)生的持續(xù)創(chuàng)新能力。在2012年工信部發(fā)布的《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中，明確將高性能結(jié)構(gòu)材料、電子信息材料、高性能膜材料、稀土及稀有金屬材料等作為“十二五”期間的發(fā)展重點(diǎn)。通過學(xué)術(shù)報告、講座等形式加強(qiáng)學(xué)生對相關(guān)領(lǐng)域的了解，幫助學(xué)生了解社會需求。同時在具備相關(guān)師資力量的條件下可增設(shè)相關(guān)專業(yè)選修課程，以便學(xué)生系統(tǒng)掌握相關(guān)專業(yè)知識從而為學(xué)生的持續(xù)創(chuàng)新做好知識儲備。

同時還應(yīng)結(jié)合區(qū)域發(fā)展動態(tài)和學(xué)校自身定位做好金屬材料工程專業(yè)課程體系設(shè)置。近年來隨著江蘇省沿海開發(fā)的推進(jìn)，海洋工程用關(guān)鍵材料、海洋結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)［13］等市場需求較為強(qiáng)勁。江蘇科技大學(xué)作為省屬重點(diǎn)建設(shè)高校，積極推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展以服務(wù)江蘇省經(jīng)濟(jì)建設(shè)。學(xué)校在發(fā)展船舶、海洋等特色學(xué)科的同時，積極開展海洋工程材料研制、結(jié)構(gòu)耐久性等方面的科學(xué)研究。金屬材料工程的專業(yè)課程設(shè)置中，適當(dāng)增設(shè)了腐蝕原理、防腐蝕技術(shù)等相關(guān)內(nèi)容，并在大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練設(shè)置材料耐久性方面的課題以幫助學(xué)生掌握相關(guān)知識，通過創(chuàng)新計劃的培養(yǎng)激發(fā)其創(chuàng)新思維，增強(qiáng)其創(chuàng)新能力。因此，在教學(xué)過程中結(jié)合材料產(chǎn)業(yè)的社會需求，適當(dāng)調(diào)整材料學(xué)專業(yè)課程、結(jié)合實(shí)踐訓(xùn)練以增強(qiáng)學(xué)生的持續(xù)創(chuàng)新能力。

六、結(jié)語

材料科學(xué)與工程專業(yè)具有很強(qiáng)的基礎(chǔ)型和實(shí)踐性，同時與機(jī)械、土木、海洋、水利、生物醫(yī)學(xué)等學(xué)科存在廣泛的交叉，因此其研究內(nèi)容、研究對象更新速率較快。為了增強(qiáng)材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力，在教學(xué)過程中圍繞結(jié)合國際前沿、結(jié)合區(qū)域產(chǎn)業(yè)特色、結(jié)合學(xué)校優(yōu)勢學(xué)科發(fā)展、結(jié)合社會對需求的演變等，依據(jù)“四結(jié)合”加強(qiáng)材料科學(xué)與工程專業(yè)課程體系建設(shè)。同時，通過學(xué)術(shù)報告、工程實(shí)踐等加強(qiáng)學(xué)生對學(xué)科發(fā)展動態(tài)、社會需求的了解，以幫助學(xué)生針對性地掌握相關(guān)知識和技能，以增強(qiáng)其實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。

［1］付坤，王金國．材料科學(xué)與工程專業(yè)本科生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的思考與實(shí)踐［J］．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014，33(4):203～206

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［5］開設(shè)材料科學(xué)與工程專業(yè)的院校［DB/OL］．http://gaokao．xdf．cn/college/m_zkc_85，2014 －11 －18

［6］天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教學(xué)改革小組．面向新世紀(jì)材料科學(xué)與工程專業(yè)建設(shè)與人才培養(yǎng)的綜合改革與實(shí)踐項(xiàng)目研究報告［J］．高等工程教育研究，2005，1:10～21

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［8］鐘世云．麻省理工學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)本科培養(yǎng)計劃的分析［J］．中國大學(xué)教學(xué)，2013，3:85:89 ～95

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［10］王迎軍，項(xiàng)聰，余其俊，曾幸榮，劉粵惠．材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)［J］．高等工程教育研究，2012，5:127 ～131

［11］張雯，張華，朱芳民．基于學(xué)科交叉的生物醫(yī)學(xué)材料學(xué)課程設(shè)置探討［J］．廣州化工，2012，19:162 ～163

［12］張鈞林．材料科學(xué)與工程的學(xué)科發(fā)展、現(xiàn)狀及人才培養(yǎng)［J］．甘肅科技，2008，24(15):165 ～168

［13］江蘇省推進(jìn)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展工作領(lǐng)導(dǎo)小組．江蘇省十二五新材料產(chǎn)業(yè)推進(jìn)方案［R］．2012