基于“以學(xué)為中心”的《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》課程改革研究

盧新坡，陳麗霞，徐三魁，關(guān)春龍，路朋獻(xiàn)

(河南工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001)

近年來，教育部啟動(dòng)了新一輪的教育改革，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)堅(jiān)持“以本為本”，推進(jìn)“四個(gè)回歸”，加快建設(shè)高水平本科教育。本科人才的培養(yǎng)是大學(xué)教育的根本職能，良好的本科教學(xué)是大學(xué)教育的根基，在高等教育的過程中占重要地位[1]。從2000年以來，越來越多的教育工作者提出高等教育質(zhì)量和評(píng)價(jià)要“以教為中心轉(zhuǎn)向以學(xué)為中心”才能實(shí)現(xiàn)卓越的教育[2]。以學(xué)為中心，首先是“以學(xué)生為中心，以學(xué)習(xí)為中心”。進(jìn)一步具體地說，是以學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量為中心，給學(xué)生創(chuàng)造“有意義的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，高質(zhì)量的學(xué)習(xí)效果”[3]。

《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》是河南工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院為高分子材料與工程專業(yè)的本科學(xué)生開設(shè)的一門專業(yè)必修課程。這門課的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生在工程材料特別是金屬材料的結(jié)構(gòu)、性能、制備和工程使用性能之間建立起聯(lián)系，為其他相關(guān)專業(yè)課的學(xué)習(xí)以及提高解決材料科學(xué)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力打下良好的專業(yè)基礎(chǔ)。但由于本課程是為高分子材料與工程專業(yè)學(xué)生所開設(shè)的課程，因此不管從學(xué)生心理上還是相關(guān)實(shí)踐課的設(shè)置上都容易受到輕視。而本課程所涉及的理論知識(shí)比較繁雜，而且課程實(shí)踐性比較強(qiáng)，這就使得學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)難以理解和消化課程內(nèi)容，更談不上應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)解決工程實(shí)際問題。因此，為了培養(yǎng)既具備扎實(shí)的理論知識(shí)，又具備較強(qiáng)的實(shí)踐能力的應(yīng)用型技術(shù)人才，本文結(jié)合本校高分子材料與工程專業(yè)《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》課程的教學(xué)現(xiàn)狀，對(duì)如何在高等教育的課堂教學(xué)中充分體現(xiàn)“以學(xué)為中心”的理念進(jìn)行研究和探索。

1 現(xiàn)狀分析

在本次教學(xué)改革的實(shí)踐過程中，我們通過對(duì)連續(xù)三屆高分子材料專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查以及與該專業(yè)其他專業(yè)課老師進(jìn)行溝通，發(fā)現(xiàn)在目前《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》課程的教學(xué)過程中主要存在如下問題，這些問題阻礙了本課程教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

第一，理論知識(shí)偏枯燥和抽象，學(xué)生較難實(shí)現(xiàn)透徹的理解?！恫牧峡茖W(xué)與工程基礎(chǔ)》課程的教學(xué)內(nèi)容包括工程材料的結(jié)構(gòu)、性能、制備以及使用之間關(guān)系的理論知識(shí)，所涉及的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容繁雜，理論比較抽象。因此傳統(tǒng)教學(xué)課堂上使用的單純“注入式”的教學(xué)方法使得有些抽象的概念或理論學(xué)生很難理解透徹，而僅僅是停留在概念的“死記硬背”上[4]。而本門課程抽象的理論知識(shí)集中在前兩章，因此如果依然采用傳統(tǒng)的“照本宣科”式的教學(xué)很容易使學(xué)生產(chǎn)生逆反心理，進(jìn)而影響他們后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)，甚至對(duì)本課程產(chǎn)生逆反心理[5]。

第二，師生交流途徑較少，不利于答疑解惑和學(xué)術(shù)交流。目前大學(xué)教師普遍承擔(dān)教學(xué)和科研的雙重任務(wù)，因此很難抽出固定的時(shí)間對(duì)學(xué)生進(jìn)行答疑解惑；而當(dāng)代的大學(xué)生除了課堂學(xué)習(xí)外課余生活也更加豐富，他們對(duì)靈活的時(shí)間管理和現(xiàn)代化的交流途徑更加青睞。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)代大學(xué)生中大多數(shù)對(duì)師生之間的交流和互動(dòng)的評(píng)價(jià)為一般，甚至有些學(xué)生課程上完后連老師的姓名都不知道[6]。因此不管對(duì)于老師還是對(duì)于學(xué)生來說，都希望利用一種隨時(shí)隨地可以交流的途徑和平臺(tái)，通過這個(gè)平臺(tái)老師可以針對(duì)學(xué)生提出的問題及時(shí)進(jìn)行解答，同時(shí)同學(xué)之間也可以利用這個(gè)平臺(tái)進(jìn)行課堂講授知識(shí)的探討。

第三，理論講授與工程實(shí)踐脫節(jié)，不利于提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。本課程所制定的教學(xué)目標(biāo)之一是使學(xué)生具有發(fā)現(xiàn)、研究與解決現(xiàn)實(shí)中復(fù)雜工程問題的能力。但本課程目前的教學(xué)過程中所能提供給學(xué)生理論學(xué)習(xí)和工程實(shí)踐相結(jié)合的機(jī)會(huì)十分有限，這就造成學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握僅僅停留在紙面上，不利于學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)和提高[7]。

第四，教學(xué)方式過于單一，對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高不利。高等教育的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)高素質(zhì)綜合性人才，除了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握之外，還包括學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)、自主學(xué)習(xí)能力和終身學(xué)習(xí)能力。而傳統(tǒng)的“以教為主”的教學(xué)方式只是單一的對(duì)學(xué)生進(jìn)行“知識(shí)的灌輸”，學(xué)生通過課堂學(xué)習(xí)只是對(duì)理論知識(shí)的“記和背”，而學(xué)生其他方面的能力和素質(zhì)得不到訓(xùn)練和提高[8]。

2 教學(xué)改革實(shí)踐

針對(duì)以上在本課程的教學(xué)過程中暴露出的問題，為了進(jìn)一步提高《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果，本課程的課題組在教學(xué)方法及教學(xué)手段等環(huán)節(jié)進(jìn)行了相應(yīng)的教學(xué)改革與實(shí)踐。

首先，理論知識(shí)與科研成果相結(jié)合，化抽象概念為直接感官。本課程開設(shè)的時(shí)間是大三上學(xué)期，這時(shí)的學(xué)生剛結(jié)束了基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)開始接觸專業(yè)課。因此專業(yè)課中大多數(shù)專業(yè)詞匯和概念對(duì)他們來說比較陌生，他們更希望從多個(gè)角度來了解和掌握教科書里的知識(shí)點(diǎn)，而不是僅僅停留在抽象的文字描述上，也不希望專業(yè)課的學(xué)習(xí)僅僅是背概念。所以我們嘗試了在課堂的講授過程中把與相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的科研成果與理論知識(shí)相結(jié)合，使學(xué)生可以通過數(shù)據(jù)、圖片或視頻等感官的方式幫助對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解。

例如在傳統(tǒng)的教學(xué)課堂上，關(guān)于晶體和非晶體的區(qū)別只是在概念上進(jìn)行了區(qū)分：“晶體是原子在空間的有序排列，而非晶體是原子的無序排列”。但同學(xué)們希望知道“有序的原子排列”是什么樣子，用什么手段能夠檢測一種材料的原子排列是否有序。因此在這一部分的講解過程中，我們就結(jié)合在科研中的一些結(jié)果進(jìn)行輔助教學(xué)。我們向同學(xué)們展示了TiC晶體材料的透射電鏡照片，根據(jù)TiC晶粒內(nèi)部原子的規(guī)則排布和晶界處玻璃相(非晶相)的原子雜亂分布的圖片，同學(xué)們能夠直觀得看到晶體材料中一列列排列整齊的原子，從視覺上有一個(gè)原子規(guī)則排列的印象，更有助于同學(xué)們對(duì)概念的深刻理解。

其次，利用現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)工具，加強(qiáng)師生之間交流溝通。隨著科技的發(fā)展，信息化技術(shù)也革新了人際傳播方式，網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)也從單純的社交工具逐漸成為師生互動(dòng)重要媒介。利用有效的集“教學(xué)、輔導(dǎo)、交流、考核”為一體的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)既迎合了當(dāng)代大學(xué)生對(duì)新興社交工具的青睞，也使得老師在教學(xué)過程中更能有效利用“課下”的時(shí)間。

目前我們主要利用“雨課堂”這一現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)工具進(jìn)行輔助教學(xué)。利用《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》課程的微信雨課堂，形成了“線上”和“線下”兩個(gè)課堂。傳統(tǒng)教學(xué)中，給老師的只有課堂上短短的幾十分鐘時(shí)間；而利用雨課堂，教師除了可以發(fā)布課件供學(xué)生自學(xué)和預(yù)習(xí)外，還可以發(fā)送專項(xiàng)練習(xí)題及一些材料科學(xué)領(lǐng)域的新進(jìn)展等方面的內(nèi)容供學(xué)生自測和了解。學(xué)生可以利用這一平臺(tái)進(jìn)行課后練習(xí)，以此鞏固課堂講授的知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)通過自學(xué)拓展內(nèi)容開拓視野。另外，學(xué)生也可以利用這一平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)問題討論及隨堂測試等多個(gè)層次的線下學(xué)習(xí)，這一平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是學(xué)生可以利用手機(jī)等智能終端隨時(shí)隨地進(jìn)入雨課堂進(jìn)行學(xué)習(xí)和交流[9]。

再次，為了提高學(xué)生在工程材料領(lǐng)域的工程實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)“理論聯(lián)系實(shí)踐的教學(xué)目標(biāo)”，我們針對(duì)本課程中某些實(shí)踐性較強(qiáng)的章節(jié)采用課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)室教學(xué)一體化手段進(jìn)行改革。例如在講授“細(xì)晶強(qiáng)化”這一概念時(shí)，為了使同學(xué)們親身感受“細(xì)晶”的概念，我們將上課的地點(diǎn)設(shè)在金相實(shí)驗(yàn)室，上課的地點(diǎn)從教室搬到實(shí)驗(yàn)室。我們讓學(xué)生利用金相顯微鏡對(duì)同普通晶粒度的鋼和經(jīng)過細(xì)化晶粒處理的鋼進(jìn)行觀測，親身感受一下晶粒度的觀察和分析方法，同時(shí)對(duì)不同晶粒度鋼的強(qiáng)度和韌性等性能進(jìn)行對(duì)比，引出“細(xì)晶強(qiáng)化”的概念。通過這一手段我們發(fā)現(xiàn)同學(xué)們對(duì)“晶粒度減小可以同時(shí)提高材料的強(qiáng)度和韌性”這一概念有了深刻的理解。這種理論教學(xué)與學(xué)生體驗(yàn)穿插進(jìn)行的教學(xué)方式使枯燥的理論教學(xué)變得生動(dòng)而直觀，使學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握更加容易，使學(xué)生的工程實(shí)踐能力得到鍛煉。

最后，在課堂教學(xué)過程中我們?cè)O(shè)置了分組討論等環(huán)節(jié)，以此來提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)等綜合素質(zhì)。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)在課堂上同學(xué)們更希望適時(shí)的在學(xué)生之間進(jìn)行溝通和合作，而不是一味得充當(dāng)“老師的聽眾”。分組討論法是合作學(xué)習(xí)的一種有效形式，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，同時(shí)也是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方法的有效補(bǔ)充[8]。

例如，在學(xué)習(xí)“鋼的熱處理”這一章節(jié)時(shí)，我們就嘗試組織學(xué)生自由組合成8人一組的小組，在講到每一種鋼號(hào)時(shí)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行組內(nèi)交流。其中講解“滲碳鋼”的概念時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生合作討論如下問題：滲碳鋼常見的鋼號(hào)是什么？這些鋼號(hào)代表什么含義？它的熱處理工藝是什么？每一步熱處理工藝的作用是什么？這些問題有些需要查閱教科書，有些需要通過相關(guān)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查閱。要想解決這些問題就需要組內(nèi)學(xué)生進(jìn)行溝通和合作，另外也需要學(xué)生從其他途徑進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和查閱資料。通過類似的小組討論形式，學(xué)生可以更加扎實(shí)的掌握基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)還增強(qiáng)了他們的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，提高了自主學(xué)習(xí)的能力。

3 結(jié)語

為了培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，我們針對(duì)河南工業(yè)大學(xué)高分子材料與工程專業(yè)的《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》的課程進(jìn)行了主題為“以學(xué)為中心”的教學(xué)改革。在本次改革實(shí)踐中，我們針對(duì)目前課堂教學(xué)中存在的問題和當(dāng)代大學(xué)生的學(xué)情特點(diǎn)進(jìn)行了分析，存在包括教學(xué)內(nèi)容過于抽象、師生交流相對(duì)較少、理論知識(shí)與工程實(shí)踐脫節(jié)以及教學(xué)手段單一等問題。針對(duì)存在的問題，我們從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面提出了有效的改革方案和改革實(shí)踐。