深化材料科學(xué)基礎(chǔ)課程改革助力應(yīng)用型工程技術(shù)人才培養(yǎng)

王麗雪，莫淑華，張曉晨，王春艷

(黑龍江工程學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050)

深化材料科學(xué)基礎(chǔ)課程改革助力應(yīng)用型工程技術(shù)人才培養(yǎng)

王麗雪，莫淑華，張曉晨，王春艷

(黑龍江工程學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150050)

依據(jù)新建應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)方案要求，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐意識(shí)、提高學(xué)生的實(shí)踐能力為目標(biāo)，對(duì)材料科學(xué)基礎(chǔ)課程進(jìn)行內(nèi)容整合和教學(xué)模式的改革與探索。對(duì)課程的特點(diǎn)、內(nèi)容的調(diào)整、實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)置及考核方式的改變進(jìn)行闡述。通過課程改革，構(gòu)建系統(tǒng)的知識(shí)體系，采取多維互動(dòng)的教學(xué)模式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，對(duì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才的培養(yǎng)具有良好的促進(jìn)作用。

材料科學(xué)基礎(chǔ)； 應(yīng)用型人才； 工程實(shí)踐能力

為了滿足現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展對(duì)人才結(jié)構(gòu)的需求，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化、工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展趨勢(shì)，20世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)高等教育由精英化轉(zhuǎn)向大眾化，同時(shí)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)布局的調(diào)整，通過合并、升級(jí)等方式組建了大量的新建本科院校[1]。而應(yīng)用型本科院校因?yàn)榭梢浴敖K結(jié)大學(xué)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(jù)資料顯示，2014年將有600所地方本科院校轉(zhuǎn)向應(yīng)用型[2]。黑龍江工程學(xué)院作為首批新建應(yīng)用型本科院校，及時(shí)調(diào)整人才培養(yǎng)方案，進(jìn)行教育教學(xué)方法改革，切實(shí)提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量。

應(yīng)用型本科院校以培養(yǎng)技術(shù)工程師、技術(shù)管理人員和技術(shù)研究人員為主，人才培養(yǎng)中應(yīng)突出“能設(shè)計(jì)、會(huì)施工、懂管理”的應(yīng)用型特點(diǎn)，在理論教學(xué)與實(shí)踐訓(xùn)練并行的前提下，突出應(yīng)用能力培養(yǎng)的主線，使培養(yǎng)的人才即具有較扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，又具有較強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)處理和解決問題的能力[3]。因此，應(yīng)用型本科院校在進(jìn)行課程設(shè)置時(shí)，依據(jù)地方和行業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的特點(diǎn)，適當(dāng)增加所需的專業(yè)課程，并對(duì)部分重要的、基礎(chǔ)性的課程進(jìn)行改革，以滿足應(yīng)用型工程技術(shù)人才培養(yǎng)的需要。

材料科學(xué)基礎(chǔ)課程是材料類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是課程體系中由通識(shí)教育課程向?qū)I(yè)課程轉(zhuǎn)變的過渡課程，具有舉足輕重的作用。但由于該課程是學(xué)習(xí)其它專業(yè)課程的先導(dǎo)，所以內(nèi)容主要涉及材料科學(xué)領(lǐng)域的一些基本概念、基本理論和基本研究方法，知識(shí)點(diǎn)多、理論性強(qiáng)、難學(xué)不易懂成為本課程的特點(diǎn)。以往教學(xué)過程中，多是注重教材內(nèi)容的灌輸，以學(xué)生對(duì)概念和原理的理解和掌握為主，對(duì)于教學(xué)過程中學(xué)生實(shí)踐意識(shí)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)并沒有重視，致使學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)在此課程的學(xué)習(xí)中出現(xiàn)斷檔。鑒于應(yīng)用型本科院校人才培養(yǎng)的要求，開展了對(duì)本課程的內(nèi)容結(jié)構(gòu)及教學(xué)模式的探索和研究。

1 模塊化教學(xué)內(nèi)容的構(gòu)建

依據(jù)學(xué)科發(fā)展規(guī)律，1998年，國(guó)內(nèi)高等學(xué)校辦學(xué)由二級(jí)學(xué)科模式逐步轉(zhuǎn)為一級(jí)學(xué)科模式，材料類專業(yè)由無(wú)機(jī)非金屬材料工程、金屬材料工程等二級(jí)學(xué)科專業(yè)演變?yōu)椴牧峡茖W(xué)與工程一級(jí)學(xué)科專業(yè)[4]。材料科學(xué)基礎(chǔ)課程正是在這樣的背景下由原來(lái)的金屬學(xué)原理課程發(fā)展而來(lái)，其知識(shí)體系也由原來(lái)的常用金屬材料拓展到無(wú)機(jī)非金屬材料和高分子材料等。課程從材料的組織結(jié)構(gòu)出發(fā)，揭示材料性能與材料結(jié)構(gòu)和制備工藝之間的關(guān)系，全面闡述各種材料的共性基礎(chǔ)知識(shí)及個(gè)性特征。作為材料科學(xué)與工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，本課程內(nèi)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(xué)不僅著眼于基礎(chǔ)理論的研究，也考慮了實(shí)際的工程應(yīng)用狀況。

圖1 材料科學(xué)與工程關(guān)系五要素模型[5]

為了讓學(xué)生較好地掌握本課程的知識(shí)脈絡(luò)，將課程內(nèi)容劃分為四個(gè)模塊。模塊一：材料的微觀結(jié)構(gòu)，主要介紹不同尺度下材料的微觀結(jié)構(gòu)特征，內(nèi)容包括固體材料的原子結(jié)構(gòu)與結(jié)合鍵、材料的晶體結(jié)構(gòu)、高分子材料結(jié)構(gòu)、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(zhǎng)及原子運(yùn)動(dòng)規(guī)律，內(nèi)容包括材料的凝固理論、材料中原子的擴(kuò)散定律等。模塊三：材料制備工藝基礎(chǔ)，主要介紹材料制備過程中組織與成分、溫度、性能之間的關(guān)系及工藝制定原則，內(nèi)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(xué)性能和物理性能，內(nèi)容包括材料的變形與斷裂、固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能等。通過模塊方式，強(qiáng)化基本概念和基礎(chǔ)理論，體現(xiàn)科學(xué)性、先進(jìn)性和實(shí)用性，同時(shí)注意應(yīng)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力的培養(yǎng)。依據(jù)這樣的思路，編寫《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教材一部，書中適當(dāng)引進(jìn)工程實(shí)踐問題，增加了內(nèi)容的深度和廣度。

2 多維互動(dòng)式教學(xué)模式的實(shí)施

實(shí)踐不僅能出真知，而且是創(chuàng)新的源泉。通過實(shí)踐和訓(xùn)練，能夠加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和對(duì)實(shí)踐對(duì)象的認(rèn)識(shí)，可以磨練意志，提高承受挫折的能力，培養(yǎng)百折不撓的進(jìn)取精神，在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中具有重要的作用，是提高學(xué)生能力的有效手段[6]。因此，本課程以培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)、提高學(xué)生的工程能力為主線，采取多維互動(dòng)的教學(xué)模式，分階段、有層次地讓學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容有所了解和掌握，切實(shí)感受材料在工程應(yīng)用中的作用，并逐步培養(yǎng)運(yùn)用知識(shí)分析問題、解決問題的能力。

2.1 培養(yǎng)實(shí)踐意識(shí)

古人云“譬猶練絲，染之藍(lán)則青，染之丹則赤”。因此，課程學(xué)習(xí)過程中注重對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐意識(shí)的培養(yǎng)。首先，在講授教材相關(guān)內(nèi)容的同時(shí)進(jìn)行工程知識(shí)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(kuò)散定律，其中原子的擴(kuò)散定律與材料中的很多現(xiàn)象息息相關(guān)，也決定著一些重要的材料處理工藝的制定和實(shí)施。因此，以擴(kuò)散定律的應(yīng)用為基礎(chǔ)，提出了機(jī)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?yàn)榻Y(jié)合了生活中常見的現(xiàn)象，所以學(xué)生對(duì)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(dǎo)，使學(xué)生順其自然地得到了對(duì)問題的解決辦法，并很快地理解了相關(guān)的知識(shí)。除了教材中的內(nèi)容外，課程教授過程中還與時(shí)俱進(jìn)地添加了部分工程應(yīng)用案例分析及科學(xué)研究的前沿動(dòng)態(tài)，如“挑戰(zhàn)者”號(hào)航天飛機(jī)爆炸原因分析、納米材料及納米技術(shù)的研究和應(yīng)用等。通過這些鮮活知識(shí)的引入，使學(xué)生對(duì)各種材料的工程應(yīng)用背景及材料的正確選擇、應(yīng)用和性能改進(jìn)等方面有所了解，在潛移默化中培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識(shí)。其次，積極調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，通過開展“三個(gè)一”活動(dòng)，擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)生活。“三個(gè)一”活動(dòng)是將學(xué)生分成若干小組，每組以材料領(lǐng)域的一種新材料、新工藝或新技術(shù)為主題，查閱資料并進(jìn)行歸納整理，然后派代表在課堂上進(jìn)行匯報(bào)。經(jīng)過努力，學(xué)生分別圍繞“智能材料”、“生物功能材料”、“先進(jìn)復(fù)合材料”、“材料的原位自生方法”、“材料的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)”等多方面進(jìn)行了精彩的匯報(bào)。通過這樣的活動(dòng)，展現(xiàn)了學(xué)生較強(qiáng)的信息獲取與總結(jié)能力及分工合作、團(tuán)結(jié)友愛的團(tuán)隊(duì)精神，更重要的是讓學(xué)生對(duì)材料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)向有所了解，懂得學(xué)以致用，并為后續(xù)的專業(yè)學(xué)習(xí)和知識(shí)積累提供參考。

2.2 創(chuàng)造實(shí)踐機(jī)會(huì)

“紙上得來(lái)終覺淺，絕知此事要躬行”。要想使學(xué)到的知識(shí)能夠?yàn)槲宜茫仨毶眢w力行，在實(shí)踐中體驗(yàn)和感受。因此，課程學(xué)習(xí)過程中設(shè)置了實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，形成了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)—設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)—綜合實(shí)訓(xùn)的循序漸進(jìn)的實(shí)踐模式。

實(shí)踐從最基本的專業(yè)技能訓(xùn)練開始，設(shè)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(cè)試”等實(shí)驗(yàn)。通過這些實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生掌握對(duì)材料進(jìn)行研究時(shí)試樣的處理方法及一些基本性能的檢測(cè)方法。第二階段訓(xùn)練注重學(xué)生收集、歸納信息并進(jìn)行有效設(shè)計(jì)的能力的培養(yǎng)，以“鋁硅合金熔鑄”、“鋁合金的回復(fù)和再結(jié)晶”等為題目，讓學(xué)生通過查閱資料等調(diào)研過程，依據(jù)材料的使用條件及性能要求制定正確的材料處理工藝，設(shè)計(jì)完整的實(shí)驗(yàn)方案，并能夠提供相應(yīng)的理論依據(jù)。第三階段訓(xùn)練注重學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力的培養(yǎng)，學(xué)生根據(jù)前期制定的實(shí)驗(yàn)方法實(shí)施實(shí)驗(yàn)，收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，最終完成相關(guān)的研究報(bào)告。通過這樣的實(shí)踐訓(xùn)練，學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的專業(yè)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際問題的研究中，學(xué)會(huì)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(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.3 提升實(shí)踐能力

通過前期的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，學(xué)生已經(jīng)掌握了材料的組織結(jié)構(gòu)、性能和加工工藝的相關(guān)理論知識(shí)，具有了進(jìn)行材料研究的基本專業(yè)技能，并對(duì)材料領(lǐng)域的研究前沿信息有所了解，若能夠?yàn)閷W(xué)生搭建良好的平臺(tái)，則可以幫助學(xué)生施展才華，較快地成長(zhǎng)起來(lái)。因此，鼓勵(lì)學(xué)生積極參加各種學(xué)科競(jìng)賽和科技創(chuàng)新活動(dòng)，通過第二課堂提升學(xué)生的實(shí)踐能力。

學(xué)生曾參加黑龍江工程學(xué)院主辦的“大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目”、“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目”及黑龍江省“首屆大學(xué)生材料科學(xué)與工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽”等多項(xiàng)競(jìng)賽活動(dòng)，分別進(jìn)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(shí)驗(yàn)研究”、“導(dǎo)電屏蔽復(fù)合材料一體化設(shè)計(jì)及制備”等多個(gè)項(xiàng)目的研究，并取得了多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。

3 累積式考試方式的施行

材料科學(xué)基礎(chǔ)課程是學(xué)習(xí)其他專業(yè)課程的基礎(chǔ)，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(jì)，僅憑此考試成績(jī)作為最終的考核成績(jī)。這種考核形式存在的弊端是，平時(shí)上課時(shí)學(xué)生不能嚴(yán)格約束自己，存在遲到、早退、上課不注意聽講，甚至?xí)缯n的現(xiàn)象，而到期末則搞突擊學(xué)習(xí)，對(duì)專業(yè)知識(shí)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(jié)，嚴(yán)重影響了教學(xué)質(zhì)量。

因此，對(duì)課程的考核方式進(jìn)行改革，注重學(xué)生在全程學(xué)習(xí)過程中對(duì)知識(shí)的掌握和應(yīng)用狀況?？己巳圆捎冒俜种?，但將課程的總成績(jī)分為平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)兩部分，其中學(xué)生出勤情況、平時(shí)作業(yè)、課堂討論、實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)報(bào)告記為平時(shí)成績(jī)，占總成績(jī)的40%，期末閉卷考試成績(jī)占總成績(jī)的60%。這種方式不以一次考試成績(jī)定高低，而是將學(xué)生的平時(shí)表現(xiàn)也考慮到總成績(jī)中，對(duì)學(xué)生的平時(shí)學(xué)習(xí)起到監(jiān)督和督促作用。教師在每次學(xué)生考試之后，對(duì)各個(gè)學(xué)生的成績(jī)進(jìn)行核算，并對(duì)全體學(xué)生的考試成績(jī)進(jìn)行分析，找出存在的主要問題進(jìn)行剖析，在自省的同時(shí)，為今后進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語(yǔ)

以培養(yǎng)工程意識(shí)、提高工程能力為主要目標(biāo)，深化材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的內(nèi)容和教學(xué)模式的改革。通過吸收現(xiàn)代教育思想和手段，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置，強(qiáng)化理論知識(shí)和實(shí)踐內(nèi)容的協(xié)調(diào)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和思維創(chuàng)造性，努力培養(yǎng)面向21世紀(jì)具有全面素質(zhì)和創(chuàng)新精神的應(yīng)用型工程技術(shù)人才。

[1] 王玉豐. 我國(guó)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(yīng)用型本科高校實(shí)踐教學(xué)研究[D].南京：南京師范大學(xué)，2011(8)：117-118.

[3] 高等教育醞釀大變 600所地方本科院校將轉(zhuǎn)向應(yīng)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(biāo)的材料科學(xué)基礎(chǔ)課程改革與實(shí)踐[J]. 教育教學(xué)論壇,2013,5(22):34-35.

[5] 莫淑華,李學(xué)偉主編. 材料科學(xué)基礎(chǔ)[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)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(shí)踐能力培養(yǎng)體系的構(gòu)建與實(shí)踐[J]. 高等工程教育研究,2002,5(03):21-23.

[責(zé)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(xué)會(huì)“十三五”規(guī)劃課題(16G301);黑龍江工程學(xué)院教育科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目(JG1428)

王麗雪(1980-)，女，講師，研究方向：金屬基復(fù)合材料.

G642.0

A

1671-4679(2017)02-0074-03