《材料工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)的思考

楊建校 肖漢寧 陳石林 歐陽婷

摘要：本文以湖南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院開設(shè)的《材料工程基礎(chǔ)》課程為例，針對該課程的特點、教學(xué)現(xiàn)狀、存在的問題以及我們開設(shè)該課程的構(gòu)想與成效，總結(jié)和闡述了相應(yīng)的教學(xué)策略和教學(xué)思考，以便進一步提升該課程的教學(xué)質(zhì)量、提高學(xué)生培養(yǎng)的素質(zhì)。

關(guān)鍵詞：材料工程基礎(chǔ);課程教學(xué);教學(xué)質(zhì)量;學(xué)生培養(yǎng)

中圖分類號：G423.07 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2019）21-0209-03

人才培養(yǎng)是大學(xué)的主題和根本，一流的教學(xué)應(yīng)當始終圍繞人才的培養(yǎng)目標來進行。在新時代背景下，當前教育改革的主要目標是培養(yǎng)和造就一批高素質(zhì)的創(chuàng)新人才?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》提出的“提高高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量”，是對當今高校人才培養(yǎng)的要求與責任。《材料工程基礎(chǔ)》作為教育部21世紀高等本科教育教學(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)容體系的改革研究”中的主干專業(yè)基礎(chǔ)課程。長期以來，一直備受材料相關(guān)專業(yè)各高校和學(xué)院的重視，他們都在著力構(gòu)建與新時代材料專業(yè)人才培養(yǎng)方案及教學(xué)體系相適應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，并發(fā)掘出高效的教學(xué)方法。基于此，湖南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的《材料工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)團隊也一直在進行不斷的探索與創(chuàng)新，并取得了相應(yīng)的成效。

一、《材料工程基礎(chǔ)》的課程特點

《材料工程基礎(chǔ)》是材料科學(xué)與工程相關(guān)專業(yè)本科生由基礎(chǔ)課向?qū)I(yè)課轉(zhuǎn)變的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是材料類基礎(chǔ)課程系列中重要的先導(dǎo)課。與其相對的姐妹篇課程《材料科學(xué)基礎(chǔ)》側(cè)重于闡述材料結(jié)構(gòu)、組織與性能之間的關(guān)系，表征和發(fā)現(xiàn)材料的基本結(jié)構(gòu)和性能屬性，是一種發(fā)現(xiàn)規(guī)律的知識點學(xué)習(xí);而《材料工程基礎(chǔ)》側(cè)重于研究材料（金屬、非金屬、高分子和復(fù)合材料）的合成、制備、加工與失效分析的基本方法和技術(shù)，進行材料的剪裁和設(shè)計，是一種關(guān)于技術(shù)創(chuàng)新的知識點學(xué)習(xí)。因此，通過《材料工程基礎(chǔ)》課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生對材料工程的概念和內(nèi)涵有一個比較清晰的認識，對材料工程涉及的材料制備原理和傳質(zhì)傳熱原理等有一個較系統(tǒng)的了解。同時，通過該課程的教學(xué)互動，將有助于進一步鞏固《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的知識，培養(yǎng)學(xué)生良好的邏輯思維和正確分析、解決材料工程實際問題的能力，為學(xué)生進一步學(xué)習(xí)材料專業(yè)課程打下良好的基礎(chǔ)。

二、《材料工程基礎(chǔ)》的課程現(xiàn)狀

（一）課程教材內(nèi)容迥異

目前，全國大多數(shù)高校的材料科學(xué)與工程專業(yè)均開設(shè)了《材料工程基礎(chǔ)》或類似名稱的課程，且均作為各學(xué)院的專業(yè)基礎(chǔ)課程或核心課程。然而，當前《材料工程基礎(chǔ)》的課程教材內(nèi)容迥異，不同編著者所編寫的教材內(nèi)容存在很大的差異性。例如：徐德龍主編、武漢理工大學(xué)出版的《材料工程基礎(chǔ)》整合了以動量、能量和質(zhì)量傳遞的基本規(guī)律為主線，以物料的燃燒和干燥過程的綜合應(yīng)用為單元的內(nèi)容體系;謝希文主編、北京航空航天大學(xué)出版的《材料工程基礎(chǔ)》全書圍繞金屬、陶瓷、高分子三大材料成材過程的技術(shù)原理、工藝和方法，論述了材料制備合成、材料加工成形、材料改性與表面加工以及材料復(fù)合過程中的基本科學(xué)原理和技能;谷臣清主編、機械工業(yè)出版的《材料工程基礎(chǔ)》一書主要以粉體材料的加工，有機高分子材料的變形，無機非金屬材料的生產(chǎn)、制備，金屬材料的冶金、成形加工及熱處理為主線，詳盡地討論了各工程領(lǐng)域所涉及的基本專業(yè)技術(shù)知識與工程技術(shù)基本原理;師昌緒主編、化學(xué)工業(yè)出版的《材料工程基礎(chǔ)要覽》主要涉及各類材料及其產(chǎn)品設(shè)計選材、制造加工成形以及失效分析等方面的基礎(chǔ)，涵蓋材料科學(xué)與工程概論、材料成形的基礎(chǔ)理論、數(shù)值模擬和優(yōu)化設(shè)計方法、材料的強度設(shè)計以及材料的失效分析等方面的內(nèi)容。因此，對于不同高校所開設(shè)的《材料工程基礎(chǔ)》課程，其所選的教材來源不同，教學(xué)內(nèi)容也就千差萬別。

（二）章節(jié)知識點關(guān)聯(lián)薄弱

根據(jù)兩院院士師昌緒先生的定義：材料是人類制造生活和生產(chǎn)用的物品、器件、構(gòu)件、機器或其他產(chǎn)品的物質(zhì)。材料除了具有重要性和普遍性以外，還具有多樣性。例如：從物理化學(xué)屬性來分，可分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和不同類型材料所組成的復(fù)合材料;從行業(yè)來分，可分為電子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等;從應(yīng)用來分，又可分為結(jié)構(gòu)材料與功能材料等。因此，由于材料的多樣性，各種材料的制備、加工方法千差萬別，材料工程問題就顯得更為錯綜復(fù)雜，很難從這多種多樣的工程問題中提煉出涉及各種材料制備與加工的共同基礎(chǔ)問題，導(dǎo)致《材料工程基礎(chǔ)》這門課的教學(xué)內(nèi)容的知識點綜合性太強、跨學(xué)科知識點太多、章節(jié)之間沒有很強的關(guān)聯(lián)性和邏輯性?；诖耍P(guān)于《材料工程基礎(chǔ)》的課程教學(xué)，很難由一個教師獨立承擔并完成好這門課程的教學(xué)，因此需要不斷梳理材料工程基礎(chǔ)的知識體系，并組建課程的教學(xué)團隊，才能更好地完成教學(xué)任務(wù)。

三、湖南大學(xué)《材料工程基礎(chǔ)》的課程教學(xué)

《材料工程基礎(chǔ)》一直是湖南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的核心類課程，在課程負責教師肖漢寧教授的帶領(lǐng)下，針對《材料工程基礎(chǔ)》的課程特點與教學(xué)現(xiàn)狀，一直在不斷摸索，以優(yōu)化其教學(xué)質(zhì)量。

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、凝練教學(xué)重點

基于湖南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院開設(shè)的專業(yè)特點，以及根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)計劃和目標的要求，《材料工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)團隊經(jīng)過充分的調(diào)研與分析得出現(xiàn)今的出版書籍并不適合單獨作為《材料工程基礎(chǔ)》的教學(xué)教材。因此，為了使教學(xué)內(nèi)容更為豐富，知識體系更為完善，決定選用了北京航空航天大學(xué)出版社1999年出版的《材料工程基礎(chǔ)》和武漢理工大學(xué)出版社2008年出版的《材料工程基礎(chǔ)》作為輔導(dǎo)教材。在此基礎(chǔ)上，為了實現(xiàn)新時代本科高等教育的人才培養(yǎng)目標，為了符合學(xué)院的人才培養(yǎng)計劃，課程教學(xué)團隊編寫了適合學(xué)院專業(yè)特點和符合專業(yè)設(shè)置要求的教材講義與教學(xué)大綱。該課程分為材料制備原理和傳輸原理兩大部分。第一部分：材料制備原理，共36學(xué)時。首先講述材料工程的概念與內(nèi)涵，在此基礎(chǔ)上分別講述氣態(tài)、液態(tài)、可塑態(tài)和固態(tài)制備金屬、無機非金屬、高分子和復(fù)合材料的原理，主要包括材料的氣態(tài)生長原理、凝固原理、流變學(xué)理論、固相反應(yīng)和燒結(jié)理論等，最后介紹材料的強度設(shè)計和失效分析。第二部分：傳輸原理，共26學(xué)時，包括流體力學(xué)基礎(chǔ)、兩相運動現(xiàn)象、傳熱學(xué)基礎(chǔ)、質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)、物料干燥、燃料及燃燒等內(nèi)容?？倧?fù)習(xí)答疑：2學(xué)時。另外，針對每一章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，編寫了相應(yīng)的習(xí)題和思考題，進行資料補充。從而形成了自身特色的《材料工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)內(nèi)容與課程設(shè)計。同時，課程教學(xué)團隊計劃在近兩年努力編寫、出版自己教學(xué)體系的教學(xué)教材。

（二）組建教學(xué)團隊、更新教學(xué)知識點

《材料工程基礎(chǔ)》的課程內(nèi)容涵蓋了四大類材料的加工和制備的相關(guān)知識點，各章節(jié)之間關(guān)聯(lián)性較差，而且知識點跨度較大，很難由一位老師獨立完成其課程教學(xué)以及把各章節(jié)的內(nèi)容講得深入、清晰。因此，本著“最合適的教師講授最合適的課程”的理念，組建了具有較合理的年齡梯隊和科研背景的課程教學(xué)團隊。根據(jù)課程設(shè)置、大綱內(nèi)容要求，由具有金屬材料、陶瓷材料、高分子材料、復(fù)合材料四個方面知識結(jié)構(gòu)和科研背景的老師，分別講授相關(guān)方面的基礎(chǔ)理論知識。同時，老一輩的教授們可以結(jié)合多年的科研經(jīng)驗，特別是工業(yè)實踐經(jīng)驗，將與各部分內(nèi)容相關(guān)的工業(yè)實踐案例與經(jīng)驗講授給學(xué)生。另一方面，由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，材料的相應(yīng)制備技術(shù)也在不斷地拓展與更新，為了讓學(xué)生了解最新的材料制備進展、發(fā)展趨勢等知識，課程教學(xué)團隊吸納了具有海外留學(xué)背景的年輕教師融入教學(xué)團隊，從而形成了這門課程的講授內(nèi)容，除了書本上的基礎(chǔ)理論知識以外，同時可以不斷地更新各相關(guān)領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)、新技術(shù)以及科學(xué)思維方法等知識點，并傳授給學(xué)生。

（三）豐富教學(xué)方式、激發(fā)學(xué)習(xí)效率

由于不同年代的學(xué)生存在著不同的學(xué)習(xí)特點，所以除了在教學(xué)內(nèi)容上的知識需要不斷更新之外，其教學(xué)方式也需要不斷豐富。調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，改進教學(xué)方法和教學(xué)手段，一直是眾多教學(xué)改革的關(guān)鍵點和切入點。本課程在豐富與梳理教學(xué)內(nèi)容，組建與完善教學(xué)團隊的同時，努力創(chuàng)新了教學(xué)方法與教學(xué)手段，以便激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。充分利用現(xiàn)代的教學(xué)手段是提高教學(xué)效果的有效途徑之一。因此，課程教學(xué)團隊制作和完善了與課程配套的電子教學(xué)大綱、教案、習(xí)題、課件、動畫和視頻文件等教學(xué)資料。課堂以多媒體教學(xué)為主、以板書為輔，同時在課件中穿插大量的相關(guān)案例、圖片、動畫、視頻資料等，具有信息量大、條理清楚、圖文并茂等特點。從而使得教學(xué)內(nèi)容更加豐富，更能吸引同學(xué)們的注意力，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深了學(xué)生對講授內(nèi)容的理解。課后適當?shù)夭贾昧讼鄳?yīng)的習(xí)題與思考題，以督促學(xué)生主動參與到學(xué)習(xí)中來，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力以及運用知識思考、解決問題的能力。在此基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)今的網(wǎng)絡(luò)資源，不斷推送一些相關(guān)的精彩博文以及工業(yè)、科教的相關(guān)視頻，擴展和加深學(xué)生對相關(guān)知識點的掌握和理解，引導(dǎo)學(xué)生去理解不同材料的制備原理、特點和應(yīng)用領(lǐng)域。同時，注重采用啟發(fā)式、討論式的教學(xué)方式，建立良好的師生互動，從而幫助學(xué)生鞏固所學(xué)的理論知識，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會從不同的角度去思考、分析和解決問題。

（四）融入創(chuàng)新實驗、理論聯(lián)系實踐

為了促進學(xué)生基本知識的領(lǐng)悟，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識的建立，使學(xué)生充分將從課堂上所學(xué)的相關(guān)知識運用到實踐當中，進一步加深對這門課程的理解。課程教學(xué)團隊積極引導(dǎo)和鼓勵學(xué)生參與到相關(guān)導(dǎo)師的科研活動中、開展創(chuàng)新實驗。例如：SIT項目、互聯(lián)網(wǎng)+、挑戰(zhàn)杯等一系列創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗項目。從而使學(xué)生更深入地掌握各部分的理論知識，更好地培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、科研意識和綜合素質(zhì)。課程知識點與實驗操作技能的相互結(jié)合，更好地突出了理論聯(lián)系實踐的課程教學(xué)特點。在此基礎(chǔ)上，不斷充實學(xué)科前沿內(nèi)容，將學(xué)科發(fā)展中新的學(xué)術(shù)思想、研究方法和實驗技術(shù)等融入到教學(xué)中，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)和動手能力，有利于提升學(xué)生思考與解決實際問題的能力。同時，鼓勵學(xué)生撰寫課程小論文，培養(yǎng)了學(xué)生掌握學(xué)科最新發(fā)展動態(tài)和開拓知識的能力，鍛煉了學(xué)生快速有效地獲取與分析材料信息資源、綜合運用材料知識撰寫科技論文的能力。從而全面激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性，全面提升了學(xué)生的能力和素質(zhì)。

（五）完善考核細則、反饋教學(xué)效果

課程的考核對學(xué)生起著非常重要的引領(lǐng)和督促作用。通過課程考核不僅能對學(xué)生所掌握的知識和分析解決實際問題的能力進行評價，且能引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度向最佳方向發(fā)展。同時，課程考核也是對教學(xué)效果的及時反饋，有利于促進教學(xué)工作的進一步改善。因此，該課程的考核采取由筆試和平時成績兩部分組成的方式?？傇u成績=平時成績1（考勤、課程表現(xiàn)）+平時成績2（課后作業(yè)及期中考試）+期末考試成績，其中平時成績1占15%，平時成績2占35%，期末考試成績占50%。本課程每章設(shè)計有思考題，分別以課堂提問和課后作業(yè)的方式完成，以檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果?？荚嚪桨笧榘腴_卷考試（限帶2張手寫的A4紙，與試卷一同一交，以檢查學(xué)生整理課程知識點的能力）。考試題型分為名詞解釋（20分）、簡答題（30分）、計算題（15分）和綜合分析題（35分）。主要考查學(xué)生對材料工程基本概念的了解、材料制備原理及技術(shù)的掌握程度和綜合運用的能力?？傊纬闪溯^完善的考核細則與較全面的教學(xué)反饋體系，從而可以不斷掌握學(xué)生對于本課程的學(xué)習(xí)情況與教師的教學(xué)效果，以不斷改進本課程的教學(xué)質(zhì)量。

四、結(jié)束語

課程建設(shè)與改革是一項科學(xué)性強、涉及面廣、任務(wù)艱巨、影響深遠的系統(tǒng)工程?！恫牧瞎こ袒A(chǔ)》課程需要在課程標準、教材建設(shè)、教學(xué)方法和考核方式等方面進行不斷的探索與實踐，才能通過該課程的教學(xué)互動使學(xué)生掌握材料工程的基本知識和學(xué)科的最新發(fā)展動態(tài)，從而實現(xiàn)培養(yǎng)和造就一批高素質(zhì)創(chuàng)新人才的目標。我們已初步構(gòu)建了“反映前沿、交叉綜合”的教學(xué)內(nèi)容，形成了“科研促教學(xué)”的教學(xué)模式。我們下一步的工作是結(jié)合當下學(xué)生的特點，重點建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、優(yōu)化課程內(nèi)容，進一步提高該課程的教學(xué)質(zhì)量。

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