深化材料科學基礎課程改革助力應用型工程技術人才培養(yǎng)

王麗雪，莫淑華，張曉晨，王春艷

(黑龍江工程學院 材料與化學工程學院，黑龍江 哈爾濱 150050)

深化材料科學基礎課程改革助力應用型工程技術人才培養(yǎng)

王麗雪，莫淑華，張曉晨，王春艷

(黑龍江工程學院 材料與化學工程學院，黑龍江 哈爾濱 150050)

依據新建應用型本科院校人才培養(yǎng)方案要求，以培養(yǎng)學生的實踐意識、提高學生的實踐能力為目標，對材料科學基礎課程進行內容整合和教學模式的改革與探索。對課程的特點、內容的調整、實踐環(huán)節(jié)的設置及考核方式的改變進行闡述。通過課程改革，構建系統(tǒng)的知識體系，采取多維互動的教學模式，調動學生的學習主動性，對應用型工程技術人才的培養(yǎng)具有良好的促進作用。

材料科學基礎； 應用型人才； 工程實踐能力

為了滿足現(xiàn)代經濟與社會發(fā)展對人才結構的需求，適應經濟全球化、工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展趨勢，20世紀90年代以來，我國高等教育由精英化轉向大眾化，同時進行了結構布局的調整，通過合并、升級等方式組建了大量的新建本科院校[1]。而應用型本科院校因為可以“終結大學生就業(yè)難，企業(yè)用工荒的‘冰雪兩重天’”而成為新建本科院校的主流。據資料顯示，2014年將有600所地方本科院校轉向應用型[2]。黑龍江工程學院作為首批新建應用型本科院校，及時調整人才培養(yǎng)方案，進行教育教學方法改革，切實提高應用型人才培養(yǎng)質量。

應用型本科院校以培養(yǎng)技術工程師、技術管理人員和技術研究人員為主，人才培養(yǎng)中應突出“能設計、會施工、懂管理”的應用型特點，在理論教學與實踐訓練并行的前提下，突出應用能力培養(yǎng)的主線，使培養(yǎng)的人才即具有較扎實的理論基礎，又具有較強的現(xiàn)場處理和解決問題的能力[3]。因此，應用型本科院校在進行課程設置時，依據地方和行業(yè)經濟發(fā)展的特點，適當增加所需的專業(yè)課程，并對部分重要的、基礎性的課程進行改革，以滿足應用型工程技術人才培養(yǎng)的需要。

材料科學基礎課程是材料類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課程，是課程體系中由通識教育課程向專業(yè)課程轉變的過渡課程，具有舉足輕重的作用。但由于該課程是學習其它專業(yè)課程的先導，所以內容主要涉及材料科學領域的一些基本概念、基本理論和基本研究方法，知識點多、理論性強、難學不易懂成為本課程的特點。以往教學過程中，多是注重教材內容的灌輸，以學生對概念和原理的理解和掌握為主，對于教學過程中學生實踐意識和實踐能力的培養(yǎng)并沒有重視，致使學生實踐能力的培養(yǎng)在此課程的學習中出現(xiàn)斷檔。鑒于應用型本科院校人才培養(yǎng)的要求，開展了對本課程的內容結構及教學模式的探索和研究。

1 模塊化教學內容的構建

依據學科發(fā)展規(guī)律，1998年，國內高等學校辦學由二級學科模式逐步轉為一級學科模式，材料類專業(yè)由無機非金屬材料工程、金屬材料工程等二級學科專業(yè)演變?yōu)椴牧峡茖W與工程一級學科專業(yè)[4]。材料科學基礎課程正是在這樣的背景下由原來的金屬學原理課程發(fā)展而來，其知識體系也由原來的常用金屬材料拓展到無機非金屬材料和高分子材料等。課程從材料的組織結構出發(fā)，揭示材料性能與材料結構和制備工藝之間的關系，全面闡述各種材料的共性基礎知識及個性特征。作為材料科學與工程專業(yè)的基礎課程，本課程內容符合圖1所示的五要素模型規(guī)律。從圖中還可以看出，材料科學不僅著眼于基礎理論的研究，也考慮了實際的工程應用狀況。

圖1 材料科學與工程關系五要素模型[5]

為了讓學生較好地掌握本課程的知識脈絡，將課程內容劃分為四個模塊。模塊一：材料的微觀結構，主要介紹不同尺度下材料的微觀結構特征，內容包括固體材料的原子結構與結合鍵、材料的晶體結構、高分子材料結構、常見晶體缺陷等。模塊二：材料制備理論，主要介紹材料制備過程中晶核的形成、晶體的生長及原子運動規(guī)律，內容包括材料的凝固理論、材料中原子的擴散定律等。模塊三：材料制備工藝基礎，主要介紹材料制備過程中組織與成分、溫度、性能之間的關系及工藝制定原則，內容包括相平衡與相圖、固態(tài)相變等。模塊四：材料的性能，主要介紹材料使用過程中的力學性能和物理性能，內容包括材料的變形與斷裂、固體材料的電子結構與物理性能等。通過模塊方式，強化基本概念和基礎理論，體現(xiàn)科學性、先進性和實用性，同時注意應用理論知識解決實際問題的能力的培養(yǎng)。依據這樣的思路，編寫《材料科學基礎》教材一部，書中適當引進工程實踐問題，增加了內容的深度和廣度。

2 多維互動式教學模式的實施

實踐不僅能出真知，而且是創(chuàng)新的源泉。通過實踐和訓練，能夠加深學生對理論知識的理解和對實踐對象的認識，可以磨練意志，提高承受挫折的能力，培養(yǎng)百折不撓的進取精神，在學生的學習過程中具有重要的作用，是提高學生能力的有效手段[6]。因此，本課程以培養(yǎng)學生的工程意識、提高學生的工程能力為主線，采取多維互動的教學模式，分階段、有層次地讓學生對課程內容有所了解和掌握，切實感受材料在工程應用中的作用，并逐步培養(yǎng)運用知識分析問題、解決問題的能力。

2.1 培養(yǎng)實踐意識

古人云“譬猶練絲，染之藍則青，染之丹則赤”。因此，課程學習過程中注重對學生工程實踐意識的培養(yǎng)。首先，在講授教材相關內容的同時進行工程知識的滲透。例如，在材料制備理論模塊中介紹了凝固理論和原子的擴散定律，其中原子的擴散定律與材料中的很多現(xiàn)象息息相關，也決定著一些重要的材料處理工藝的制定和實施。因此，以擴散定律的應用為基礎，提出了機器零件中齒輪的失效分析及獲得滿足使用性能要求的齒輪的處理方法。因為結合了生活中常見的現(xiàn)象，所以學生對問題的討論很熱烈，都能夠提出自己的想法，再通過教師的引導，使學生順其自然地得到了對問題的解決辦法，并很快地理解了相關的知識。除了教材中的內容外，課程教授過程中還與時俱進地添加了部分工程應用案例分析及科學研究的前沿動態(tài)，如“挑戰(zhàn)者”號航天飛機爆炸原因分析、納米材料及納米技術的研究和應用等。通過這些鮮活知識的引入，使學生對各種材料的工程應用背景及材料的正確選擇、應用和性能改進等方面有所了解，在潛移默化中培養(yǎng)了學生的工程意識。其次，積極調動學生的學習主動性，通過開展“三個一”活動，擴展學生的知識面，豐富學生的學習生活?！叭齻€一”活動是將學生分成若干小組，每組以材料領域的一種新材料、新工藝或新技術為主題，查閱資料并進行歸納整理，然后派代表在課堂上進行匯報。經過努力，學生分別圍繞“智能材料”、“生物功能材料”、“先進復合材料”、“材料的原位自生方法”、“材料的計算機模擬技術”等多方面進行了精彩的匯報。通過這樣的活動，展現(xiàn)了學生較強的信息獲取與總結能力及分工合作、團結友愛的團隊精神，更重要的是讓學生對材料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展動向有所了解，懂得學以致用，并為后續(xù)的專業(yè)學習和知識積累提供參考。

2.2 創(chuàng)造實踐機會

“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。要想使學到的知識能夠為我所用，必須身體力行，在實踐中體驗和感受。因此，課程學習過程中設置了實驗環(huán)節(jié)，形成了驗證性實驗—設計性實驗—綜合實訓的循序漸進的實踐模式。

實踐從最基本的專業(yè)技能訓練開始，設置了“金相試樣的制備”、“金相顯微鏡的使用”、“鐵碳合金平衡組織觀察”、“材料硬度的測試”等實驗。通過這些實驗，讓學生掌握對材料進行研究時試樣的處理方法及一些基本性能的檢測方法。第二階段訓練注重學生收集、歸納信息并進行有效設計的能力的培養(yǎng)，以“鋁硅合金熔鑄”、“鋁合金的回復和再結晶”等為題目，讓學生通過查閱資料等調研過程，依據材料的使用條件及性能要求制定正確的材料處理工藝，設計完整的實驗方案，并能夠提供相應的理論依據。第三階段訓練注重學生對知識的綜合運用能力的培養(yǎng)，學生根據前期制定的實驗方法實施實驗，收集實驗數據，并對實驗現(xiàn)象和數據進行分析整理，最終完成相關的研究報告。通過這樣的實踐訓練，學生能夠將所學的專業(yè)知識運用到實際問題的研究中，學會分析問題、解決問題的思路和方法，并能夠感受到問題解決之后的成就感和喜悅之情，極大地提高了學生的學習興趣。

2.3 提升實踐能力

通過前期的學習和訓練，學生已經掌握了材料的組織結構、性能和加工工藝的相關理論知識，具有了進行材料研究的基本專業(yè)技能，并對材料領域的研究前沿信息有所了解，若能夠為學生搭建良好的平臺，則可以幫助學生施展才華，較快地成長起來。因此，鼓勵學生積極參加各種學科競賽和科技創(chuàng)新活動，通過第二課堂提升學生的實踐能力。

學生曾參加黑龍江工程學院主辦的“大學生科技創(chuàng)新項目”、“大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目”及黑龍江省“首屆大學生材料科學與工程創(chuàng)新設計大賽”等多項競賽活動，分別進行了“NiTi形狀記憶合金表面羥基磷灰石涂層的制備”、“綠色環(huán)保型鋁合金表面防腐涂層的實驗研究”、“導電屏蔽復合材料一體化設計及制備”等多個項目的研究，并取得了多項獎勵。

3 累積式考試方式的施行

材料科學基礎課程是學習其他專業(yè)課程的基礎，因此是一門比較重要的考試課程。以往采取的考核方式是期末閉卷考試，以百分制計，僅憑此考試成績作為最終的考核成績。這種考核形式存在的弊端是，平時上課時學生不能嚴格約束自己，存在遲到、早退、上課不注意聽講，甚至曠課的現(xiàn)象，而到期末則搞突擊學習，對專業(yè)知識只是短暫的記憶，沒有深刻的消化理解與系統(tǒng)的歸納總結，嚴重影響了教學質量。

因此，對課程的考核方式進行改革，注重學生在全程學習過程中對知識的掌握和應用狀況?？己巳圆捎冒俜种疲珜⒄n程的總成績分為平時成績和期末成績兩部分，其中學生出勤情況、平時作業(yè)、課堂討論、實驗操作及實驗報告記為平時成績，占總成績的40%，期末閉卷考試成績占總成績的60%。這種方式不以一次考試成績定高低，而是將學生的平時表現(xiàn)也考慮到總成績中，對學生的平時學習起到監(jiān)督和督促作用。教師在每次學生考試之后，對各個學生的成績進行核算，并對全體學生的考試成績進行分析，找出存在的主要問題進行剖析，在自省的同時，為今后進一步改進教學方法，提高教學質量奠定基礎。

4 結束語

以培養(yǎng)工程意識、提高工程能力為主要目標，深化材料科學基礎課程的內容和教學模式的改革。通過吸收現(xiàn)代教育思想和手段，加強實踐教學環(huán)節(jié)的設置，強化理論知識和實踐內容的協(xié)調，充分調動學生的學習主動性和思維創(chuàng)造性，努力培養(yǎng)面向21世紀具有全面素質和創(chuàng)新精神的應用型工程技術人才。

[1] 王玉豐. 我國新建本科院校蓬勃興起的原因探微[J]. 高教探索,2010,11(06):31-35.

[2] 卞鈺. 新建應用型本科高校實踐教學研究[D].南京：南京師范大學，2011(8)：117-118.

[3] 高等教育醞釀大變 600所地方本科院校將轉向應用型. http://www.cq.xinhuanet com/.2014-05/15/c_1110707728.htm

[4] 雷麗文,王攀,祝振奇,等. 以“卓越工程師”為培養(yǎng)目標的材料科學基礎課程改革與實踐[J]. 教育教學論壇,2013,5(22):34-35.

[5] 莫淑華,李學偉主編. 材料科學基礎[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2012.8.

[6] 武高輝,楊韜,趙希文等. 本科生創(chuàng)新精神與實踐能力培養(yǎng)體系的構建與實踐[J]. 高等工程教育研究,2002,5(03):21-23.

[責任編輯：陳 克]

Reform of the material science foundation course for training applied engineering technical personnel

WANG Lixue, MO Shuhua, ZHANG Xiaochen, WANG Chunyan

( College of Materials Science and Engineering, Heilongjiang Institute of Technology, Harbin 150050,China)

In order to improve the students’ practice consciousness and practice ability which are new requirements of the applied engineering technical personnel, the teaching contents and the teaching methods on the Material Science Foundation course have been reformed. This paper presents the characteristics, the adjustment, the settings of practice stages and the assessment method of the course. Through the course reform, the total knowledge system has been build, the diversified teaching methods have been used, and the learning enthusiasm of students has been enhanced. The result of this course reform will be in favour of training applied engineering technical personnel.

material science foundation；applied engineering technical personnel；practice ability

10.19352/j.cnki.issn1671-4679.2017.02.018

2016-11-23

黑龍江省高等教育學會“十三五”規(guī)劃課題(16G301);黑龍江工程學院教育科學規(guī)劃項目(JG1428)

王麗雪(1980-)，女，講師，研究方向：金屬基復合材料.

G642.0

A

1671-4679(2017)02-0074-03