工科類專業(yè)基礎(chǔ)課程“材料科學(xué)基礎(chǔ)”的前沿研究引入與考核內(nèi)容設(shè)置探討

李文利 邢占文 劉衛(wèi)衛(wèi)

摘要：“材料科學(xué)基礎(chǔ)”是材料專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，在專業(yè)知識構(gòu)建中具有重要作用，且課程具有抽象概念多、內(nèi)容量大、考核困難等特點(diǎn)。同時(shí)，隨著材料學(xué)領(lǐng)域新的研究成果不斷涌現(xiàn)，如何做好前沿研究與課程教學(xué)的銜接，是促進(jìn)學(xué)生鞏固基本理論，了解前沿動態(tài)，強(qiáng)化教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)能力與創(chuàng)新性的全面提升的重要途徑之一。通過將前沿研究成果引入課程教學(xué)的教學(xué)實(shí)踐，并從研究進(jìn)展的多渠道獲取、教學(xué)引入、考核內(nèi)容設(shè)置三個(gè)方面進(jìn)行了探索總結(jié)。

關(guān)鍵詞：專業(yè)基礎(chǔ)課;前沿研究;教學(xué)考核

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）42-0001-02

“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程是相關(guān)專業(yè)最重要的學(xué)科基礎(chǔ)課之一，目的是學(xué)習(xí)材料科學(xué)與工程學(xué)科的基本概念、基本原理和基礎(chǔ)理論知識。在課程教學(xué)中如果能夠做好基本知識框架與前沿研究進(jìn)展及成果的銜接，不僅有助于增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鞏固理論知識，而且也有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提升預(yù)期的教學(xué)效果。針對這些問題，在教學(xué)過程中進(jìn)行了較為深入的分析，進(jìn)行了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方法等方面的教學(xué)改革，取得了良好的教學(xué)效果。

一、調(diào)整專題設(shè)置，引入前沿研究

本課程教學(xué)實(shí)踐過程中，在調(diào)查學(xué)生既有專業(yè)背景知識的基礎(chǔ)上，結(jié)合授課對象具體專業(yè)或研究方向的特色，參照國內(nèi)外相關(guān)教材和內(nèi)容，將講授重點(diǎn)以晶體學(xué)基礎(chǔ)、材料的結(jié)構(gòu)、材料的形變、擴(kuò)散與凝固等基礎(chǔ)理論專題的形式展開學(xué)習(xí)。

以晶體結(jié)構(gòu)主題一講為例，從晶體中的原子、離子、分子如何堆垛出發(fā)，學(xué)習(xí)各種堆垛原子、離子、分子的配位情況，堆垛后的各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)與堆垛的關(guān)系，接下來討論各類晶體中的常見晶體結(jié)構(gòu)。但是，必須明確的是，盡管晶體學(xué)的大廈已經(jīng)構(gòu)建，隨著實(shí)驗(yàn)及分析手段進(jìn)步，突破傳統(tǒng)晶體學(xué)的研究成果也獲得學(xué)術(shù)界的認(rèn)同。因此，最后引入準(zhǔn)晶的概念及其研究過程，以及這一發(fā)現(xiàn)對于現(xiàn)代晶體學(xué)和固體物理框架的影響。在新概念的引入過程中，也涉及前期基本理論所需要掌握的周期排列規(guī)律的計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上引出科學(xué)家們提出的全新的解釋，即準(zhǔn)周期性，這些發(fā)現(xiàn)顯著擴(kuò)大了晶體學(xué)的平移堆垛和旋轉(zhuǎn)對稱范圍?；剡^頭來梳理晶體學(xué)理論發(fā)展的歷程，可以發(fā)現(xiàn)基本概念也是一代一代晶體學(xué)家和數(shù)學(xué)家持續(xù)性研究的結(jié)果，這其中需要實(shí)驗(yàn)和理論的相互佐證，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)和理論建立起完整的理論體系的大廈。只有這樣的理論成果，才能成為后來科學(xué)發(fā)展的指路者。同時(shí)，新的研究成果的出現(xiàn)，有可能調(diào)整課程教材的經(jīng)典理論，至于如何隨著研究的推進(jìn)來證實(shí)現(xiàn)有解釋，并實(shí)現(xiàn)真正意義上的應(yīng)用推廣，則是能夠激起學(xué)生探索和創(chuàng)新的話題。

二、改革教學(xué)方法，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

在基于主題講授的課堂學(xué)習(xí)外，適當(dāng)增加專題討論，在課堂和課下設(shè)置問題，讓學(xué)生參與一起討論，并分組查找文獻(xiàn)資料，結(jié)合講解與點(diǎn)評，使學(xué)生都能積極地參與到教學(xué)活動中，是目前廣泛認(rèn)同的教學(xué)方法之一。尤其對于材料科學(xué)基礎(chǔ)，新的研究方法的應(yīng)用使問題與結(jié)果的展示及提出形式均具有多樣化，并易于讓學(xué)生盡快接受并展開討論[1]。例如，借用最新研究結(jié)果的各項(xiàng)原位測試動畫、分子動力學(xué)模擬結(jié)果等，將理論知識生動形象地展示出來，一方面通過學(xué)生的歸納與講解，可以將該領(lǐng)域最新的研究成果傳遞給其他人，增加了教學(xué)內(nèi)容的科學(xué)性、先進(jìn)性和趣味性，另一方面可以使師生雙方得到該學(xué)科最新的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，并有助于學(xué)習(xí)興趣的提升。如對于材料的凝固這一主題，選取近期研究熱點(diǎn)材料對象，采用數(shù)值模擬演示出的溫度場、溫度梯度、凝固組織生長過程等，使學(xué)生不但掌握凝固熱力學(xué)和動力學(xué)條件等基本概念，并且了解了求解動力學(xué)方程對實(shí)際工程問題的重要價(jià)值與意義，對抽象枯燥的凝固形核與生長條件有了新的認(rèn)識，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣。理解了理論的具體體現(xiàn)，對于后續(xù)涉及這一類理論的各項(xiàng)技術(shù)/工藝細(xì)節(jié)所帶來的結(jié)構(gòu)與性能上的差異，也就更容易理解和展開分析。進(jìn)而，當(dāng)學(xué)生從事相關(guān)工作或研究時(shí)，將理論聯(lián)系實(shí)際的方法貫穿其中。當(dāng)面臨新的技術(shù)問題時(shí)，借助這些基本理論的深刻理解，將能夠快速找到切入點(diǎn)，抓住技術(shù)問題的關(guān)鍵，從而展現(xiàn)出優(yōu)異的實(shí)踐能力。

三、更新考核內(nèi)容，引導(dǎo)研究型考核

課程考核環(huán)節(jié)也能夠通過研究型問題設(shè)置，將基本知識點(diǎn)與最新發(fā)表的研究成果結(jié)合起來[2]。同樣是對于晶體結(jié)構(gòu)這一主題，本課程選擇了近期一種新型金屬間化合物的合成、表征以及性能評價(jià)研究成果，引導(dǎo)學(xué)生從如下三個(gè)步驟加深課程講授知識，并實(shí)際運(yùn)用這些重要知識點(diǎn)尋找研究答案的理論解釋和運(yùn)用分析：（1）涉及的金屬間化合物的晶體結(jié)構(gòu)屬于哪種類型及有何特點(diǎn);（2）研究者采用何種創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)揭示該晶體結(jié)構(gòu)的形成過程、具體形成步驟;（3）展開討論該晶體結(jié)構(gòu)的演變過程研究對于新的材料體系設(shè)計(jì)和合成有哪些參考意義。類似上述考核內(nèi)容設(shè)置的模式，是從基本知識點(diǎn)出發(fā)啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生，使其掌握基本理論和學(xué)科方法，運(yùn)用所學(xué)理論解決實(shí)際問題的一種考核方法，也是能有效促進(jìn)課堂互動，進(jìn)而提高教學(xué)效果的模式之一，不僅可以推動學(xué)生通過閱讀近期的研究成果討論自主解決問題，而且考核過程中加深了對專業(yè)知識的理解，最終達(dá)到教學(xué)目的。當(dāng)然，通過考核內(nèi)容更新引導(dǎo)方法的學(xué)習(xí)，同時(shí)也是一種研究方法和質(zhì)疑精神的傳播。在討論和研究相關(guān)授課主題的重要文獻(xiàn)的同時(shí)，無形可以中研究和領(lǐng)會前人的思想和方法。對于后續(xù)從事工程技術(shù)工作的學(xué)生而言，根據(jù)基礎(chǔ)知識解讀新的科學(xué)問題或分析新的關(guān)鍵技術(shù)，也是培養(yǎng)卓越工程師的基本途徑之一。尤其對于工科類專業(yè)畢業(yè)生，借鑒前人研究成果綜合分析工程問題或展開產(chǎn)品設(shè)計(jì)/變更，獲取和分析能力是必須具備的基本能力。通過考核內(nèi)容引導(dǎo)強(qiáng)化該能力的訓(xùn)練，不僅有助于達(dá)到本課程的教學(xué)目的，也促進(jìn)了學(xué)生在校和終身學(xué)習(xí)的全過程能力培養(yǎng)。

當(dāng)然，從最新研究成果出發(fā)展開前述教學(xué)內(nèi)容和考核設(shè)置的改革，其中離不開最新的外語專著或期刊論文資料，這就涉及雙語模式下討論專業(yè)課的教學(xué)這一問題。在當(dāng)今國際一體化背景的影響下，大量工科類專業(yè)課程教學(xué)過程中或多或少也會引入外語原版教材和專著、外語文獻(xiàn)等形式。在準(zhǔn)備和實(shí)施教學(xué)內(nèi)容和考核內(nèi)容的同時(shí)，也是借助材料學(xué)科國內(nèi)外的最新研究進(jìn)展、科技發(fā)展水平，并吸收本學(xué)科前沿的專業(yè)知識和理論，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的全球化學(xué)術(shù)視野的目的，這對目前倡導(dǎo)的拔尖創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)至關(guān)重要[3]。

四、總結(jié)

材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革需要緊貼教學(xué)目的和材料學(xué)科的發(fā)展趨勢，緊跟科學(xué)前沿，提升學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮對基本理論運(yùn)用的專業(yè)能力。通過前沿研究進(jìn)展及成果與基本知識體系的結(jié)合，既可以讓學(xué)生對專業(yè)知識學(xué)習(xí)充滿興趣，又能夠在理解研究成果的同時(shí)加深基礎(chǔ)概念和理論的理解，同時(shí)通過考核內(nèi)容的適當(dāng)調(diào)整，適應(yīng)材料學(xué)科的迅速發(fā)展，提升研究素質(zhì)，從教學(xué)內(nèi)容和考核內(nèi)容角度引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注基本專業(yè)能力與創(chuàng)新能力的同步提升。最后，借助科研對教學(xué)的促進(jìn)作用，增強(qiáng)對教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的前沿研究進(jìn)展的敏感性，對于教師而言也是一個(gè)不斷提升的過程，展開了多模式的教學(xué)與研究相互結(jié)合的實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)相長。[4]

參考文獻(xiàn)：

[1]宋貴宏，陳立佳.提高普通工科高校專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)質(zhì)量的新嘗試[J].教育教學(xué)論壇，2017，（3）：236-238.

[2]張海龍，程齡賀.“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革和考核改革探討[J].科教文匯，2014，（1）：58-59.

[3]陳洪美，張靜，金云學(xué)，魏范松，王澤鑫.不同專業(yè)方向背景下的材料科學(xué)基礎(chǔ)課程改革與實(shí)踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2015，（12）：90-92.

[4]曾曉祥.本科低年級專業(yè)基礎(chǔ)課研究型教學(xué)的探討[J].教育教學(xué)論壇，2016，（1）：273-274.