材料工程基礎(chǔ)課程教學(xué)模式的改革與實踐

王新偉，趙建勛，宋　靜

材料工程基礎(chǔ)課程教學(xué)模式的改革與實踐

王新偉，趙建勛，宋靜

材料工程基礎(chǔ)作為材料科學(xué)與工程專業(yè)的院級平臺課，具有特有的知識體系和特點。本文針對該課程教學(xué)中遇到的問題，結(jié)合作者多年的教學(xué)經(jīng)驗，依據(jù)其專業(yè)特點，從其教學(xué)的內(nèi)容和方法以及實驗教學(xué)等環(huán)節(jié)，探討材料工程基礎(chǔ)課程教學(xué)模式的改革與實踐。

材料工程；教學(xué)模式；教學(xué)改革

教育部將“材料工程基礎(chǔ)”作為21世紀初高等教育教學(xué)改革項目——“材料科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案及教學(xué)內(nèi)容體系改革的研究”中的主干專業(yè)基礎(chǔ)課程。因此，對于培養(yǎng)新的材料工程專業(yè)人才的教學(xué)體系及方案的改革則成為該項目建設(shè)中的一個關(guān)鍵性內(nèi)容。［1］目前，很多高校在材料工程基礎(chǔ)課程教學(xué)上采取以傳授知識為主的課堂中心教學(xué)模式，這種偏重理論教學(xué)而忽略實驗教學(xué)的模式使學(xué)生難以理解知識點，從而造成學(xué)習的被動性。面對目前材料工程發(fā)展現(xiàn)狀和需求以及高校相關(guān)專業(yè)人才培養(yǎng)的現(xiàn)狀，我們需要在材料生產(chǎn)與加工方向的教學(xué)與實驗方面自主探索建立與理論教學(xué)和實際應(yīng)用相結(jié)合的實驗課程，探索課堂教學(xué)和企業(yè)實際生產(chǎn)相結(jié)合的課程教學(xué)模式，及時總結(jié)在理論與實驗教學(xué)建設(shè)和改革中的實際經(jīng)驗與教學(xué)體會，為材料科學(xué)與工程專業(yè)的實驗教學(xué)體系和發(fā)展提供參考。［2］同時，我們要認真總結(jié)與分析以往的教學(xué)模式，結(jié)合當前的社會需求，對材料工程基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容及方法進行探索性的改革與實踐，以建立一個體現(xiàn)長春理工大學(xué)特色的材料工程學(xué)科。

一、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置與改革

材料工程基礎(chǔ)課程的內(nèi)容設(shè)置包括理論教學(xué)和實踐教學(xué)兩個環(huán)節(jié)。理論教學(xué)內(nèi)容主要包括流體力學(xué)基礎(chǔ)、傳熱、傳質(zhì)、燃料與燃燒等基本理論以及在無機材料生產(chǎn)問題上的應(yīng)用。結(jié)合我校材料工程專業(yè)特色，本科畢業(yè)生多從事硅酸鹽工業(yè)生產(chǎn)方向的技術(shù)工作，要求該課程的教學(xué)內(nèi)容的改革要結(jié)合實際硅酸鹽工廠生產(chǎn)的內(nèi)容與特點，如流體力學(xué)基礎(chǔ)及其在窯爐中的應(yīng)用、傳熱學(xué)及窯爐中的傳熱等幾部分，使課程形成合理的教學(xué)體系。然而目前尚無一套適合本專業(yè)特色的教材，使用的教材往往專業(yè)性不強，且內(nèi)容煩瑣、深奧，缺乏生動形象的內(nèi)容形式，因此教材選擇和課程設(shè)計成為課程體系改革的首要問題。面對該問題，將從以下幾點進行教學(xué)內(nèi)容改革。

1.重視理解基本概念和基本理論，及時梳理知識點。首先，教材內(nèi)容編寫中存在的不足嚴重影響了學(xué)生對該門課程的學(xué)習興趣。為此，我們在選用孫晉濤主編的《硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)》這本教材的基礎(chǔ)上，結(jié)合本專業(yè)特色自編講義，其中加入了水泥、玻璃等工廠生產(chǎn)中出現(xiàn)的實際熱工問題，將實際生產(chǎn)中遇見的問題結(jié)合課本知識分析給學(xué)生，使學(xué)生能夠有效地將課本理論知識與實際生產(chǎn)相結(jié)合，更容易理解和學(xué)習這門課程。對于課程中繁雜的知識點、眾多的概念以及公式，學(xué)生普遍反映難以理解和記憶。面對這種情況，我們將及時對對應(yīng)的知識點進行歸納總結(jié)，找出其中的共性和區(qū)別，讓學(xué)生進行對比理解和記憶，例如動量傳輸、傳熱以及傳質(zhì)三者的發(fā)生與進行都是在推動力作用下，其區(qū)別在于三者不同的推動力：速度梯度、溫度梯度和濃度梯度。［3］另外，對于公式，不過分強調(diào)其推導(dǎo)過程，只要求學(xué)生理解其意義并會應(yīng)用即可。

2.重視展示和介紹與學(xué)科相關(guān)的工程應(yīng)用的發(fā)展動向。隨著時代的變遷，學(xué)科發(fā)展應(yīng)與現(xiàn)實的工程應(yīng)用緊密聯(lián)系，我們要及時更新授課知識點，使理論與現(xiàn)實工程知識相結(jié)合，使學(xué)生更容易理解概念和理論，并且畢業(yè)后能夠更好融入工作中。

3.根據(jù)專業(yè)特點，注重知識結(jié)構(gòu)的調(diào)整。學(xué)院材料工程專業(yè)主要以無機非金屬材料制備與加工為主，因此，授課過程偏重熱工知識在硅酸鹽工業(yè)中的應(yīng)用，特別是在介紹流體力學(xué)在窯爐生產(chǎn)中的應(yīng)用時，注重培養(yǎng)學(xué)生對知識的理解和分析問題的能力。

二、實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革

材料工程基礎(chǔ)是實踐性很強的專業(yè)基礎(chǔ)課程，實踐教學(xué)是教學(xué)過程的重要環(huán)節(jié)。實踐不僅可以訓(xùn)練相關(guān)的技能，而且可以培養(yǎng)通過親身的操作、觀察、體驗來發(fā)現(xiàn)問題和提出問題等能力，這是創(chuàng)新的源頭和關(guān)鍵。我們的實踐教學(xué)內(nèi)容主要由教學(xué)實驗、企業(yè)認識實習和教師的科研助手三部分構(gòu)成。

1.實施實驗教學(xué)改革。首先，實驗教材改革。針對理論教學(xué)內(nèi)容，編制相應(yīng)的實驗教材（主要有雷諾實驗、流體阻力測定、導(dǎo)熱系數(shù)、發(fā)熱量的測定等的原理和實際操作過程），然后根據(jù)專業(yè)特色增加陶瓷等材料的制備、金屬加工等設(shè)計性和綜合性實驗，使學(xué)生在實驗過程中掌握金屬的熱處理、陶瓷的制備、焊接原理與焊接方法等綜合實驗。其次，實驗教學(xué)模式改革，提高實驗教學(xué)質(zhì)量。以基礎(chǔ)驗證性實驗為基礎(chǔ)，減少演示性試驗在實驗課時中所占比重，增加綜合型設(shè)計實驗和創(chuàng)新性實驗的比重。針對學(xué)生的理論學(xué)習進度，采用靈活的實驗方式，形成對基礎(chǔ)驗證性實驗集中教學(xué)與創(chuàng)新性實驗采用分散教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)模式。［4］鼓勵學(xué)生積極動手參與創(chuàng)新性實驗的設(shè)計與實施。根據(jù)學(xué)生的創(chuàng)新思維設(shè)計靈活的創(chuàng)新實驗項目，提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生的自主思維習慣，最終實現(xiàn)實驗教學(xué)質(zhì)量的大幅提高。最后，完善實驗室硬件設(shè)施的建設(shè)。對現(xiàn)有設(shè)備的臺套率、使用率進行統(tǒng)計，對設(shè)備的性能、應(yīng)用方向進行分類和開發(fā)。根據(jù)設(shè)計實驗情況，對設(shè)備重新調(diào)試、組合，能最大限度地設(shè)計綜合性和創(chuàng)新性實驗。

2.實施認識實習。組織學(xué)生下廠參觀學(xué)習，將企業(yè)工程生產(chǎn)環(huán)節(jié)和課程的教學(xué)環(huán)節(jié)相結(jié)合。通過實際生產(chǎn)參觀學(xué)習，使學(xué)生更加容易理解課本理論知識，增強學(xué)生學(xué)習的主動性，使教學(xué)達到理論和實踐相結(jié)合的目的。

3.體驗做“科研助手”。通過“科研助手”引導(dǎo)學(xué)生參與教師的科研工作。通過文獻的查閱，更加鞏固、加深對所學(xué)課本知識的記憶和理解。同時，及早地參與實驗過程，能夠有效提高和培養(yǎng)學(xué)生的動手、創(chuàng)新和科研能力。

三、教學(xué)方法的改革

在課程教學(xué)的過程中，采取多元化教學(xué)方法能夠有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，從而提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。教學(xué)方法改革不僅體現(xiàn)了現(xiàn)代教育教學(xué)技術(shù)，而且使抽象難懂的內(nèi)容具體直觀化，使材料理論知識與工程實踐相結(jié)合。

1.多媒體教學(xué)方法的應(yīng)用。借助多媒體可以將教學(xué)中比較抽象的原理、工程流程等難以理解的問題通過生動畫面、動畫演示等方法形象地展示給學(xué)生，將單純的文字授課變?yōu)閳D、文、聲、像并茂的授課形式，使枯燥的理論知識變得生動起來。例如流體力學(xué)在窯爐中的應(yīng)用章節(jié)中的煙氣在窯爐內(nèi)的流動機理，可以借助Flash制作動畫來演示，使學(xué)生更容易理解。

2.多種教學(xué)方法結(jié)合使用。采用“啟發(fā)、引導(dǎo)”的教學(xué)方針，更好地體現(xiàn)老師的主導(dǎo)作用。我們將以開放式教學(xué)貫穿整個教學(xué)過程，對于較簡單的課程章節(jié)，鼓勵學(xué)生自學(xué)，并指導(dǎo)學(xué)生查閱文獻去解決學(xué)習中遇見的問題，對于難解的問題帶到課堂大家共同討論。［5］另外，鼓勵學(xué)生自己做簡短課件，將自己學(xué)習的知識點總結(jié)，然后自己作老師以授課方式進行學(xué)習，其他同學(xué)可以對其提問和討論。這樣既可以培養(yǎng)學(xué)生獨立思考的能力和實踐能力，又可以提高大家的主動學(xué)習性。以上方法通過一段時間的實施得到了很好的教學(xué)效果。

四、考核評價體系的改革

課程考核是檢驗教學(xué)內(nèi)容和質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，對學(xué)生學(xué)習起著重要的促進與引導(dǎo)作用。對于本課程由于大多數(shù)學(xué)生反映知識點多、記憶量大、計算多，學(xué)習困難。因此，考試主要考查學(xué)生學(xué)習的理解和分析問題的能力，降低了大量記憶性內(nèi)容。題型多為理解性和分析性的題目，如選擇、分析、推導(dǎo)等。另外，為了便于學(xué)生的學(xué)習，我們將建立試題庫。

材料工程基礎(chǔ)課程的教學(xué)模式的改革與實踐是一項繁雜的工作，由于無機非金屬材料的專業(yè)特點以及實際工廠生產(chǎn)對專業(yè)的需求，要求我們不斷改進專業(yè)課教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法和手段，加強實踐性教學(xué)（綜合實驗、企業(yè)實習和教師的科研助手三部分）環(huán)節(jié)建設(shè)，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)具有扎實理論基礎(chǔ)和較強實踐能力的學(xué)生。

［1］文進，謝峻林.《材料工程基礎(chǔ)》課程改革與實踐［J］.理工高教研究，2002（5）：110-111.

［2］張春艷，楊明波，田中青，葉宏.材料工程基礎(chǔ)課程建設(shè)探討與實踐［J］.重慶科技學(xué)院學(xué)報（社會科學(xué)版），2007（6）：196-197.

［3］王金淑，李洪義，張國珍，毛倩謹.材料工程基礎(chǔ)綜合實驗課程建設(shè)研究［J］.高等教育研究，2008，25（2）：68-69.

［4］王章忠，張祖鳳，巴志新.應(yīng)用型本科《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程建設(shè)與改革［J］.南京工程學(xué)院學(xué)報（社會科學(xué)版），2005，5（2）：65-68.

［5］高尚，趙建勛，梁慶成，蔣大勇，秦杰明.材料科學(xué)專業(yè)有機化學(xué)教學(xué)改革研究［J］.長春教育學(xué)院學(xué)報，2011，27（7）：84-85.

責任編輯：姚旺

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1671-6531（2015）01-0069-02

王新偉，趙建勛/長春理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院講師，博士（吉林長春130022）；宋靜/長春理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授，博士（吉林長春130022）。