材料工程基礎(chǔ)課程建設(shè)與教學(xué)模式探討

魯璽麗 孫志潔 薛麗莉 陳 楓 田 兵

（哈爾濱工程大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院 黑龍江·哈爾濱 150001）

0 前言

“材料工程基礎(chǔ)”是材料科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是繼“材料科學(xué)基礎(chǔ)”之后開設(shè)的又一門重要課程。目前，全國(guó)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)”課程，然而同一門“材料工程基礎(chǔ)”課程，各高校在教學(xué)內(nèi)容的選擇上卻截然不同，造成“材料工程基礎(chǔ)”教學(xué)內(nèi)容多樣性的原因固然有各高校自身的辦學(xué)特點(diǎn)及培養(yǎng)目標(biāo)不同，但究其根本在于以下幾方面：首先材料體系本身具有的多樣性，例如從化學(xué)組成來分，可分為金屬材料、無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料和復(fù)合材料，如果從使用用途來分，又可分為建筑材料、電子材料、航空航天材料、核工業(yè)材料、生物材料等；其次材料本身又具有綜合性，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和新材料體系的不斷涌現(xiàn)，之前相對(duì)獨(dú)立的幾大材料體系逐漸的相互融合、相互滲透，這種綜合性體現(xiàn)在組成、結(jié)構(gòu)、性能以及應(yīng)用等各個(gè)方面；最后，材料學(xué)科越來越與其它學(xué)科之間形成了學(xué)科間相互交叉的新的材料體系以及跨學(xué)科應(yīng)用，上述這些因素均使得材料工程基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容的界定不明確或界定困難。此外，這門課程教學(xué)內(nèi)容涉及范圍廣，各部分內(nèi)容跨度較大，基本概念、基本理論多，且工程性和實(shí)踐性強(qiáng)，講授課時(shí)為32學(xué)時(shí)，在32課時(shí)內(nèi)要求學(xué)生能夠全面掌握所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，并具備應(yīng)用所學(xué)基本理論解決實(shí)際工程問題的能力，教學(xué)難度很大，因此在具體講授課程教學(xué)內(nèi)容的界定、課程教學(xué)內(nèi)容體系的構(gòu)建以及如何提高本課程的教學(xué)質(zhì)量和效果顯得至關(guān)重要。

1 “材料工程基礎(chǔ)”教學(xué)內(nèi)容的界定

在國(guó)內(nèi)“材料工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)內(nèi)容差異巨大的現(xiàn)有情況下，從材料工程的基本內(nèi)涵入手，結(jié)合我校本科生培養(yǎng)目標(biāo)和課程體系的設(shè)置，突出“三海一核”的教學(xué)特色，將“材料工程基礎(chǔ)”課程的教學(xué)內(nèi)容界定在講述四大材料工程的基本概念和基礎(chǔ)理論，重點(diǎn)突出四大材料的典型工程應(yīng)用，主要包括金屬材料工程（金屬冶金、鋼的合金化及工程應(yīng)用、金屬材料的加工工藝?yán)碚?、金屬表面工程技術(shù)、零件的失效分析和選材原則、典型工件的選材及工藝路線設(shè)計(jì)、金屬材料的典型工程應(yīng)用）；高分子材料工程（高分子材料的結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)、高分子材料的加工工藝、工程塑料、合成橡膠與合成纖維、高分子材料的典型工程應(yīng)用）；無機(jī)非金屬材料工程（無機(jī)非金屬材料的結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)、無機(jī)非金屬材料的制備加工工藝、無機(jī)非金屬材料的典型工程應(yīng)用）；復(fù)合材料工程（復(fù)合材料的復(fù)合原則與性能特點(diǎn)、復(fù)合材料的制備與加工技術(shù)、復(fù)合材料的典型工程應(yīng)用）。在教學(xué)內(nèi)容界定基礎(chǔ)之上，適當(dāng)?shù)卣莆战虒W(xué)內(nèi)容的深度和廣度，同時(shí)將材料工程發(fā)展前沿的新動(dòng)向、新知識(shí)、新技術(shù)和新工藝及時(shí)補(bǔ)充到“材料工程基礎(chǔ)”課程教學(xué)內(nèi)容中，并且結(jié)合我?！叭Ｒ缓恕鞭k學(xué)特色，在教學(xué)內(nèi)容中有所側(cè)重，例如結(jié)合用于海洋船舶工業(yè)中的合金，有針對(duì)性地講解其耐腐蝕性能；核工程及核技術(shù)領(lǐng)域中所應(yīng)用的特種陶瓷材料等知識(shí)，增強(qiáng)教學(xué)的有效性。注重在教學(xué)過程中結(jié)合適當(dāng)?shù)目蒲袑?shí)例，使學(xué)生能夠接觸到相關(guān)領(lǐng)域的前沿知識(shí)，將材料工程的最新進(jìn)展和相關(guān)科研成果滲透到教學(xué)內(nèi)容中去，使課程內(nèi)容即重點(diǎn)突出基礎(chǔ)性又兼具先進(jìn)性。

2 課程教學(xué)模式的探討

對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)思想觀念、教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行改革和創(chuàng)新，堅(jiān)持“以學(xué)生為本”教育教學(xué)方法，圍繞學(xué)生的需要開展教學(xué)工作，嘗試“材料工程基礎(chǔ)”“小班授課”教學(xué)模式探索與實(shí)踐。我校的“材料工程基礎(chǔ)”課程，以往是5個(gè)班合班上課，人數(shù)接近140人，由于學(xué)生人數(shù)很多，在課堂上難以進(jìn)行有效的師生互動(dòng)，課堂氣氛不活躍，學(xué)生回答問題及主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性不高，實(shí)行小班授課后，學(xué)生人數(shù)控制在60人以下，利于調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，實(shí)現(xiàn)充分有效的師生互動(dòng)，教師可以近距離的觀察學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的接受程度，對(duì)學(xué)生困惑的知識(shí)點(diǎn)教師可再次講解該在深層次上探討以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。

教學(xué)改革的關(guān)鍵體現(xiàn)在改進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)手段，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。利用現(xiàn)代教學(xué)方法是提高教學(xué)效果的最為直接有效的途徑，本課程以多媒體教學(xué)為主，在多媒體課件中引用大量生動(dòng)形象的圖片和視頻資料，極大的豐富了教學(xué)內(nèi)容，吸引同學(xué)們的注意力，提高了學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，同時(shí)傳統(tǒng)的板書起到提綱挈領(lǐng)的作用，在調(diào)控講解速度的同時(shí)，使學(xué)生更能條理清晰掌握整節(jié)課的內(nèi)容，給學(xué)生留出了思考空間；同時(shí)借鑒信息化教學(xué)模式，利用豐富的網(wǎng)絡(luò)資源（課件、慕課），拓寬學(xué)生的知識(shí)面，提高對(duì)新型材料體系的認(rèn)知，在教學(xué)內(nèi)容中補(bǔ)充材料加工制備技術(shù)的最新進(jìn)展，例如新型智能材料的4D打印技術(shù)等，這種類型的教學(xué)內(nèi)容可以通過預(yù)先設(shè)置問題，課堂上提出具體要求，指導(dǎo)學(xué)生在課余時(shí)間查閱一些與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的文獻(xiàn)資料，讓學(xué)生充分利用課外時(shí)間學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，然后進(jìn)行分組討論，形成課程綜述報(bào)告的方式來進(jìn)行學(xué)習(xí)，解決有限的學(xué)時(shí)與繁雜授課內(nèi)容之間的矛盾，充分鍛煉了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、搜集信息和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的進(jìn)行歸納的能力，培養(yǎng)和提高學(xué)生的邏輯思維能力和表達(dá)能力，課外作業(yè)既能拓寬教學(xué)內(nèi)容、豐富學(xué)生知識(shí)面，又能鞏固課堂上所講授的知識(shí)，使學(xué)生養(yǎng)成好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，從而培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性；教學(xué)中引入與教學(xué)相關(guān)的最新科研工作，引導(dǎo)學(xué)生從科研成果中學(xué)習(xí)基本概念和理論，加深對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將科學(xué)的研究方法融入教學(xué)過程中，在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

注重與實(shí)踐相結(jié)合：材料是一門應(yīng)用學(xué)科，兩院院士師昌緒老師在《材料科學(xué)與工程的提出與內(nèi)涵》一文中指出，材料是面向?qū)嶋H、為經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)的，是一門應(yīng)用科學(xué)，研究和發(fā)展材料的最終目的就在于應(yīng)用，因此，在教學(xué)時(shí)必須注重理論聯(lián)系實(shí)際，使學(xué)生更為深刻地理解相關(guān)的基本概念和理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，在教學(xué)過程中通過適當(dāng)推出一些實(shí)際工程案例，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系所學(xué)的相關(guān)基本原理和基本理論去解決具體問題。同時(shí)，注重培養(yǎng)學(xué)生從事科學(xué)研究的能力，在課堂上以具體圖片或播放視頻文件的形式展示具體的實(shí)驗(yàn)過程，通過預(yù)設(shè)問題，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，鼓勵(lì)學(xué)生查找相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源，自主學(xué)習(xí)找到解答問題方法，從而使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解更加深入透徹，拓寬學(xué)生的思考問題的思路，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情。對(duì)于成績(jī)好、動(dòng)手實(shí)踐能力較強(qiáng)、學(xué)習(xí)興趣濃厚的學(xué)生，可以引導(dǎo)其參與到教師的科研項(xiàng)目中去，使學(xué)生在實(shí)際的科研工作中得到鍛煉，進(jìn)一步加深對(duì)相關(guān)理論知識(shí)的理解和綜合運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生思考問題的邏輯分析能力，了解科研工作的基本構(gòu)架和方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

綜上所述，這種集引導(dǎo)法、討論法、案例法于一體的教學(xué)方式，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

3 建立新考核和評(píng)價(jià)體系

加強(qiáng)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的監(jiān)督和考核，考核對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程起著重要的引導(dǎo)作用，不僅能評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握情況，還能引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)方向并能夠根據(jù)成績(jī)做出及時(shí)調(diào)整，同時(shí)也是對(duì)教學(xué)效果的直接反映。以往對(duì)“材料工程基礎(chǔ)” 課程考核主要以期末閉卷考試的成績(jī)?yōu)橹鳎ㄒ话阏伎荚嚳偝煽?jī)的80%以上），再結(jié)合平時(shí)考勤情況、課堂表現(xiàn)和課后作業(yè)（平時(shí)成績(jī)所占的比例低于20%），這種考核方式盡管也能夠有效評(píng)估學(xué)生對(duì)本課程知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握情況，但也存在一定的問題，例如有些學(xué)生平時(shí)上課不認(rèn)真，不主動(dòng)學(xué)習(xí)和思考，直等到考前臨時(shí)突擊，不注重對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行有效的復(fù)習(xí)和積累，此外，還有些學(xué)生在課堂上只是被動(dòng)地聽，缺乏和老師積極有效的互動(dòng)，對(duì)所學(xué)知識(shí)缺乏質(zhì)疑的思維，因此對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有所欠缺。現(xiàn)在重新設(shè)定課程的考核方式，仍由期末閉卷筆試考核成績(jī)和平時(shí)成績(jī)組成，但平時(shí)成績(jī)構(gòu)成包括課堂討論、課堂小測(cè)和課后學(xué)習(xí)（報(bào)告、小論文、作業(yè)）三部分，并且提高平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的比例為30%或以上。

筆試試卷由50分題目主要考查學(xué)生對(duì)基本理論、方法和工藝知識(shí)的掌握和50分考查學(xué)生學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力,主要側(cè)重材料的基本知識(shí)和基本理論的綜合運(yùn)用，兩方面結(jié)合使得試卷能充分反映學(xué)生所學(xué)知識(shí)的掌握和綜合運(yùn)用情況。課程進(jìn)行的過程中進(jìn)行階段性的課堂小測(cè)，通過課堂小測(cè)及時(shí)了解學(xué)生對(duì)該階段的教學(xué)內(nèi)容的掌握情況，對(duì)學(xué)生掌握不好的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行加深講解，同時(shí)激發(fā)學(xué)生對(duì)平時(shí)學(xué)習(xí)的重視，及時(shí)對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行查缺補(bǔ)漏。課堂報(bào)告和討論是主要通過指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)具體要求查閱相關(guān)文獻(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)資源或其它參考資料，從而鍛煉學(xué)生查詢信息、獲取信息、歸納整理信息的能力，鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基本概念和理論等知識(shí)的能力，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣和進(jìn)行科學(xué)研究的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考的能力和創(chuàng)新精神。通過指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自學(xué)的知識(shí)，結(jié)合所學(xué)的教學(xué)內(nèi)容撰寫科研小論文，鼓勵(lì)學(xué)生了解和掌握學(xué)科發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)，拓寬視野，培養(yǎng)學(xué)生能夠有效地分析所獲得的相關(guān)材料，綜合運(yùn)用所獲取的知識(shí)并對(duì)其進(jìn)行合理的歸納和總結(jié)，通過考核培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，全面考查學(xué)生的專業(yè)能力和專業(yè)素質(zhì)。