學(xué)科大類招生背景下的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程的教學(xué)改革思考

張騫 王春香 王智祥 歐平

摘要：在學(xué)科大類招生的背景下，材料科學(xué)基礎(chǔ)的教學(xué)必須適應(yīng)大類學(xué)科的教學(xué)要求。文章針對(duì)江西理工大學(xué)大材料招生的培養(yǎng)方案，從該課程的教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、教學(xué)方法改進(jìn)、教學(xué)手段多樣化和教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)等多方面進(jìn)行改革，來(lái)提升材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的教學(xué)質(zhì)量和效果，以滿足大類招生下“寬口徑、厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力”的培養(yǎng)要求。

關(guān)鍵詞：材料科學(xué)基礎(chǔ);大類招生;教學(xué)改革;材料專業(yè)

中圖分類號(hào)：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2019）49-0069-03

2001年5月，北京大學(xué)啟動(dòng)了“元培計(jì)劃”，以“加強(qiáng)基礎(chǔ)，淡化專業(yè)，因材施教，分流培養(yǎng)”的十六字教學(xué)改革方針，制訂了相應(yīng)的教學(xué)計(jì)劃和方案，并于當(dāng)年9月份正式開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)班，開(kāi)啟了我國(guó)高等教育大類招生的先河[1]。隨后，復(fù)旦大學(xué)、北京師范大學(xué)、南京大學(xué)、浙江大學(xué)等重點(diǎn)大學(xué)，依據(jù)各自學(xué)校的辦學(xué)定位和學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)，也先后制訂了學(xué)科大類培養(yǎng)方案，加入了學(xué)科大類招生行列。

“元培計(jì)劃”實(shí)施了18年，積累了豐富的教學(xué)改革實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在大類招生背景下，高考學(xué)生對(duì)專業(yè)方向的選擇可以在進(jìn)入大學(xué)后對(duì)專業(yè)方向進(jìn)行了解后再選擇定位，這樣可以平衡學(xué)?！袄溟T專業(yè)”和“熱門專業(yè)”之間的生源質(zhì)量差距。在學(xué)生培養(yǎng)方面，更加注重學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)理論的培養(yǎng)，使學(xué)生對(duì)學(xué)科融合的理解更加全面。在這種模式下造就了一大批適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需要、具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力的高素質(zhì)創(chuàng)造性人才。當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)下，越來(lái)越多的高校開(kāi)始探索學(xué)科大類招生培養(yǎng)方案。面對(duì)諸多優(yōu)點(diǎn)，學(xué)科大類培養(yǎng)模式也在各大高校應(yīng)用推廣，2018年江西理工大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我校”）也開(kāi)始探索實(shí)施學(xué)科大類招生培養(yǎng)方案。

材料是生產(chǎn)制造的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根基，對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步起到了非常重要的作用。一直以來(lái)，材料的發(fā)明創(chuàng)造都帶動(dòng)了工業(yè)革命的大發(fā)展，某種意義上講，材料的發(fā)展是人類社會(huì)文明進(jìn)步的象征，社會(huì)的前進(jìn)發(fā)展依賴于新材料的發(fā)展與創(chuàng)新。材料科學(xué)與工程學(xué)科也就應(yīng)運(yùn)而生，重點(diǎn)研究材料的組成成分、不同原子堆積形成的多樣結(jié)構(gòu)、由這些各異的結(jié)構(gòu)帶來(lái)的性能上的差異以及得到這些結(jié)構(gòu)的工藝條件和要求、最終得到材料的使用效能，以及組成-結(jié)構(gòu)-工藝-性能之間的相互關(guān)系。材料科學(xué)與工程涉及材料物理學(xué)、材料化學(xué)、冶金學(xué)等多學(xué)科，是一門綜合性較強(qiáng)的工程應(yīng)用學(xué)科，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)三大支柱之一。高等院校的材料學(xué)科承擔(dān)著為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)培養(yǎng)高級(jí)專業(yè)技術(shù)人才的重任。江西理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院承擔(dān)著材料科學(xué)與工程類學(xué)科的本科教學(xué)任務(wù)，學(xué)院設(shè)有金屬材料工程、無(wú)機(jī)非金屬材料工程、材料化學(xué)、材料物理、材料成型與控制5個(gè)本科專業(yè)，其中金屬材料工程是學(xué)校的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)學(xué)科，江西省“九五”、“十五”、“十一五”重點(diǎn)學(xué)科，材料科學(xué)與工程為江西省“十二五”重點(diǎn)學(xué)科，金屬材料工程和無(wú)機(jī)非金屬材料工程為江西省品牌專業(yè)。

2018年我校試點(diǎn)實(shí)施學(xué)科大類招生，材料科學(xué)與工程專業(yè)是首批試點(diǎn)專業(yè)。積極打造厚基礎(chǔ)、綜合型、研究型培養(yǎng)模式，培養(yǎng)具有國(guó)際視野的行業(yè)領(lǐng)軍人才，為此，我們必須對(duì)材料行業(yè)的人才培養(yǎng)模式進(jìn)行積極的探索與改革，使之適應(yīng)大類招生下專業(yè)人才的培養(yǎng)。

《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程是材料科學(xué)與工程學(xué)科人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)中的一門重要的基礎(chǔ)課程，是一門承上啟下的紐帶課程，是一門將物理、化學(xué)、材料熱力學(xué)、材料合成動(dòng)力學(xué)等基礎(chǔ)理論知識(shí)在材料領(lǐng)域延伸的課程，集原子的結(jié)合與晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)缺陷對(duì)材料性能的影響、材料在升溫過(guò)程中相的轉(zhuǎn)變及熔融狀態(tài)下原子狀態(tài)、擴(kuò)散、固相反應(yīng)、粉體材料的燒結(jié)等基礎(chǔ)理論于一體的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是學(xué)生了解材料、合成材料、研究材料的重要理論入門課程，在材料學(xué)科體系中占據(jù)重要的地位。因此，《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)對(duì)學(xué)生理解材料科學(xué)基礎(chǔ)理論、從事材料領(lǐng)域的研究以及研究過(guò)程中對(duì)材料設(shè)計(jì)、加工等基礎(chǔ)理論的運(yùn)用有著密切的關(guān)系，對(duì)學(xué)生材料專業(yè)領(lǐng)域興趣的培養(yǎng)和后續(xù)課程的深入學(xué)習(xí)有著持續(xù)的作用。由此看來(lái)，對(duì)培養(yǎng)材料專業(yè)人才而言，探討《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)方法的改革具有重要意義，尤其在學(xué)科大類招生培養(yǎng)的背景下，需要著重整理總結(jié)該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)目標(biāo)，以期適應(yīng)大類招生的學(xué)生培養(yǎng)要求。

一、精練教學(xué)內(nèi)容，突出主干內(nèi)容

《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)內(nèi)容廣、交叉性以及綜合性強(qiáng)，在以往的教學(xué)中，學(xué)生很容易因?yàn)橹R(shí)點(diǎn)雜、內(nèi)容多而找不到主線，抓不住重點(diǎn)，對(duì)課程的學(xué)習(xí)理解帶來(lái)一定的困難[2]。為避免這樣的情況發(fā)生，在以往的教學(xué)過(guò)程中，不同二級(jí)專業(yè)所講授的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程內(nèi)容存在一定的側(cè)重。例如，我校金屬材料專業(yè)的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》側(cè)重金屬材料，該門課程闡述了材料特別是金屬材料的成分、結(jié)構(gòu)、制備與性能之間的關(guān)系，重點(diǎn)介紹合金相圖、熱處理、凝固、擴(kuò)散及再結(jié)晶等內(nèi)容;而無(wú)機(jī)非金屬材料專業(yè)則側(cè)重玻璃和無(wú)機(jī)材料，以非晶態(tài)、硅酸鹽相圖、燒結(jié)、固相反應(yīng)為主要內(nèi)容，材料化學(xué)專業(yè)則側(cè)重高分子材料，以高分子材料結(jié)構(gòu)、固溶體及結(jié)構(gòu)缺陷、聚合物理論、固相反應(yīng)等內(nèi)容為主。而在學(xué)科大類招生的背景下，這些內(nèi)容必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼稀?/p>

隨著現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，對(duì)材料體系研究的深入，材料性能與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系更加明晰，金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料之間盡管化學(xué)鍵和分子結(jié)合狀態(tài)不盡相同，但是材料性能與結(jié)構(gòu)之間依然存在著相互依存、相互影響的關(guān)系，存在著共性的規(guī)律。而且，隨著納米材料、復(fù)合材料等新材料的發(fā)展，金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料和高分子材料都已經(jīng)不再是孤立存在的學(xué)科，材料之間相互滲透的領(lǐng)域越來(lái)越多，這使得原來(lái)可以比較容易區(qū)分的材料屬性變得更加模糊。不同材料間的相互關(guān)聯(lián)更加緊密，材料的宏觀性能、微觀結(jié)構(gòu)、結(jié)合狀態(tài)和制備工藝技術(shù)等均表現(xiàn)出相互關(guān)聯(lián)、交叉和滲透的趨勢(shì)[3]，這就從客觀上對(duì)材料學(xué)科專業(yè)的人才培養(yǎng)提出了更高的要求，需要從更加全局的角度思考材料的內(nèi)涵，對(duì)材料建立更為科學(xué)的認(rèn)識(shí)，建立材料微觀機(jī)制，研究和開(kāi)發(fā)新材料。因此，在大類招生的背景下，《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程的教學(xué)方案，必須突出材料的共性化教學(xué)內(nèi)容，注重基本概念和基礎(chǔ)理論，以材料科學(xué)規(guī)律，滿足綜合性大學(xué)材料專業(yè)人才培養(yǎng)的要求。

二、摒棄灌輸教學(xué)，實(shí)踐理論并重

在《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的教學(xué)上，傳統(tǒng)教學(xué)模式上往往采用“講—聽(tīng)—讀—記—練”的模式，教師針對(duì)基本理論進(jìn)行講授，學(xué)生在聽(tīng)講的過(guò)程中，對(duì)基本理論加以理解和記憶，再通過(guò)課外練習(xí)加以鞏固。雖然，隨著多媒體教學(xué)手段的引入，《材料科學(xué)基礎(chǔ)》MOOC課程建設(shè)能夠加強(qiáng)課程的講授過(guò)程[4]，在講述的過(guò)程中，能夠展示一些材料的合成過(guò)程及性能分析過(guò)程，但是改變不了這類教學(xué)模式的知識(shí)灌輸屬性。材料學(xué)科是一門應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，而且涉及的材料種類繁多，單純從紙面上的教學(xué)，不能加深學(xué)生對(duì)材料基本理論的理解，限制了學(xué)生的材料設(shè)計(jì)思維。另外，在大類招生的背景下，對(duì)所有材料知識(shí)都進(jìn)行系統(tǒng)的講述會(huì)受到教學(xué)學(xué)時(shí)的限制，難以讓學(xué)生對(duì)材料科學(xué)基礎(chǔ)建立起清晰的認(rèn)識(shí)。

因此，在教學(xué)模式上，還是要注重實(shí)踐與理論并重的教學(xué)模式。教師應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到《材料科學(xué)基礎(chǔ)》是一門基礎(chǔ)理論與工程實(shí)踐結(jié)合得非常緊密的學(xué)科，重視實(shí)踐教學(xué)，有針對(duì)性地開(kāi)設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，教師通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)材料，研究材料結(jié)構(gòu)和性能，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，充分利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在學(xué)生頭腦中建立起材料組成-工藝-結(jié)構(gòu)-性能之間的關(guān)系，以此培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，并建立起創(chuàng)新思維。這種模式能夠幫助學(xué)生鞏固和加深課堂所學(xué)的理論知識(shí)，做到理論聯(lián)系實(shí)際，舉一反三，觸類旁通，通過(guò)學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)材料，分析材料結(jié)構(gòu)、性能、工藝之間的關(guān)系，理解材料的內(nèi)涵和基本理論。這對(duì)以后學(xué)生在材料設(shè)計(jì)及材料生產(chǎn)、加工等過(guò)程中的理論體系的認(rèn)知具有舉足輕重的作用。

三、更新教學(xué)理念，建立移動(dòng)課堂

隨著社會(huì)的進(jìn)步，在教學(xué)手段上從傳統(tǒng)的黑板粉筆教學(xué)到借用投影儀、多媒體教學(xué)以及現(xiàn)在的在線視頻教學(xué)等都在不斷地推進(jìn)教與學(xué)的改革。材料科學(xué)基礎(chǔ)的知識(shí)點(diǎn)雜，內(nèi)容多，僅僅依賴于課堂教學(xué)，很難達(dá)到理想的效果，尤其是在大類學(xué)科招生的背景下，既要要求知識(shí)面寬，又要要求基礎(chǔ)扎實(shí)，這對(duì)課程的教學(xué)提出了更高的要求。我們身處移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，智能手機(jī)給予了我們極大的創(chuàng)造力。盡管學(xué)生在課堂上玩手機(jī)，利用手機(jī)發(fā)短信、發(fā)微信、聊QQ、玩游戲這些嚴(yán)重影響課堂教學(xué)，但是手機(jī)小巧靈活，攜帶方便，如果我們適當(dāng)引導(dǎo)，則可以做到隨時(shí)隨地進(jìn)行碎片化學(xué)習(xí)，這可以極大地補(bǔ)充課堂教學(xué)帶來(lái)的不足[5，6]。

基于綜合考慮，我們利用超星學(xué)習(xí)通、微信等軟件，建立了移動(dòng)課堂，充分利用智能手機(jī)的便捷性、移動(dòng)性、快速性、靈活性等特點(diǎn)，建立移動(dòng)課堂，通過(guò)這種教學(xué)理念，增加了學(xué)生的創(chuàng)新精神，增強(qiáng)了他們濃烈的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)了他們的主觀能動(dòng)性。在超星學(xué)習(xí)通軟件平臺(tái)，把教學(xué)中所用到的教學(xué)資料、教學(xué)筆記、參考資料、實(shí)時(shí)視頻、最新研究進(jìn)展等內(nèi)容上傳至云存儲(chǔ)空間，并在系統(tǒng)中定期布置作業(yè)和測(cè)評(píng)，針對(duì)某一知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)與運(yùn)用開(kāi)展線上或線下討論。利用微信公眾號(hào)推送各類最新研究成果，將所學(xué)知識(shí)在實(shí)際生產(chǎn)研究中的應(yīng)用推送給學(xué)生，讓學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的理解更加透徹。

四、注重團(tuán)隊(duì)建設(shè)，提升教師素質(zhì)

在學(xué)科大類招生背景下，材料科學(xué)涉及大材料的所有基礎(chǔ)課程，其教學(xué)內(nèi)容涵蓋到金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料等三大材料領(lǐng)域的內(nèi)容，而在此之前，按照二級(jí)學(xué)科進(jìn)行教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容有所側(cè)重，造成任課教師對(duì)其他二級(jí)學(xué)科的內(nèi)容不專注，而存在教學(xué)短板。而這一短板在短時(shí)間內(nèi)還不能完全消除。

為了滿足學(xué)科大類招生背景下的教學(xué)要求，必須對(duì)師資力量進(jìn)行優(yōu)化配置，為此，我們專門成立了課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)，充分發(fā)揮課程組成員研究專長(zhǎng)，相互之間進(jìn)行專業(yè)互補(bǔ)。課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)由高分子材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、材料物理、材料化學(xué)等領(lǐng)域的專家老師一同備課，分時(shí)授課，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。并且注重教學(xué)團(tuán)隊(duì)健康發(fā)展，采用教授帶領(lǐng)副教授，青年教師助課助教，相互搭配的原則，同時(shí)考慮教師團(tuán)隊(duì)的職稱結(jié)構(gòu)、學(xué)緣結(jié)構(gòu)、知識(shí)結(jié)構(gòu)等的合理配置。課程組成員定期進(jìn)行教學(xué)研討，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決教學(xué)中出現(xiàn)的問(wèn)題。注重培養(yǎng)后備力量，對(duì)新加入教學(xué)團(tuán)隊(duì)的青年教師，要求全程參與備課、聽(tīng)課和教學(xué)研討，確保教師優(yōu)良的教學(xué)素養(yǎng)。

五、改革考核方式，建立評(píng)價(jià)體系

江西理工大學(xué)在《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的教學(xué)考核中，以往的考核方式都是采用平時(shí)成績(jī)+實(shí)驗(yàn)成績(jī)+考試成績(jī)來(lái)評(píng)定學(xué)生對(duì)該課程學(xué)習(xí)的好壞，其中考試分?jǐn)?shù)占比超過(guò)60%，學(xué)生通過(guò)死記硬背就能夠獲得及格的成績(jī)。這種方式無(wú)法判斷學(xué)生對(duì)學(xué)科大類的了解是否達(dá)到了寬口徑、厚基礎(chǔ)的要求。為此，在考核方式上，我們提出進(jìn)行必要的改革，建立更加科學(xué)的評(píng)價(jià)體系。在考試命題上，突出綜合分析型和設(shè)計(jì)型知識(shí)，考核學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，同時(shí)在每一章節(jié)中，增設(shè)平時(shí)測(cè)評(píng)考核內(nèi)容，讓學(xué)生依據(jù)每章所學(xué)的課堂知識(shí)，查找資料，撰寫相關(guān)論文。例如，在講晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，可以讓學(xué)生根據(jù)課堂上所學(xué)的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，查找與鈣鈦礦結(jié)構(gòu)相關(guān)的功能材料研究進(jìn)展資料，寫一篇“鈣鈦礦結(jié)構(gòu)與應(yīng)用”小論文。在講燒結(jié)內(nèi)容的時(shí)候，可以通過(guò)課程學(xué)習(xí)和資料查找，完成“溫度對(duì)材料燒結(jié)性能的影響”的小論文等。這些小論文的成績(jī)?cè)谄谀┛傇u(píng)成績(jī)中也占有一定比例，以此促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用并加深理解。

在課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上，也加入一些設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)[7]，比如設(shè)計(jì)合金元素對(duì)銅的結(jié)構(gòu)、性能的影響，通過(guò)加入合金元素，測(cè)試合金元素對(duì)銅組織結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、延展性、導(dǎo)電性能等的影響，并分析組成-結(jié)構(gòu)-性能之間的關(guān)系，以此來(lái)串聯(lián)所學(xué)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用，并將實(shí)驗(yàn)成績(jī)作為總評(píng)成績(jī)的一部分。

六、結(jié)語(yǔ)

材料科學(xué)基礎(chǔ)課程是材料學(xué)科必備的一門基礎(chǔ)學(xué)科，在學(xué)科大類招生背景下，教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法必須依據(jù)教學(xué)大綱和學(xué)科特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，以滿足學(xué)科發(fā)展的要求，推動(dòng)教學(xué)改革、課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)，是學(xué)科大類招生背景下順應(yīng)學(xué)科發(fā)展的必然要求。我們必須重視學(xué)生的培養(yǎng)，充分履行學(xué)校要求的學(xué)生優(yōu)先原則，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，推動(dòng)教學(xué)改革，充實(shí)和完善自身素養(yǎng)，強(qiáng)化教學(xué)過(guò)程，不斷提升教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出具有“寬口徑、厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力”的創(chuàng)新型人才。

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