材料類專業(yè)大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)教學方法探討

李建生 趙禹 陶鋒 劉琪 冒國兵

［摘 要］ 材料類專業(yè)大學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不僅關乎學生未來的發(fā)展，更是國家重大發(fā)展戰(zhàn)略的需求。以“材料科學基礎”課程為例，從材料類專業(yè)大學生個人、教師及學校三方面出發(fā)，探討和分析了傳統(tǒng)課程教學下材料類專業(yè)大學生創(chuàng)新能力缺乏的原因，淺談提高材料類專業(yè)大學生創(chuàng)新能力的幾點建議，以培養(yǎng)材料類專業(yè)大學生創(chuàng)新能力為目標，優(yōu)化“材料科學基礎”課程授課模式，調(diào)動學生的主動性和積極性，以期為“材料科學基礎”課程教學提供借鑒。

［關鍵詞］ 創(chuàng)新能力；材料科學基礎；教學方法；材料類專業(yè)大學生

［基金項目］ 2021年度安徽工程大學本科生教學研究項目“基于對大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的《材料科學基礎》課程教學模式改革”（2021jyxm31）；2020年度安徽工程大學本科生教學研究項目“新工科建設背景下《材料科學基礎》項目驅(qū)動法教學研究與實踐”（2020jyxm18）；2018年度校級新工科示范專業(yè)（方向）項目“材料科學與工程專業(yè)增材制造專業(yè)方向”（2018xgksfzy01）

［作者簡介］ 李建生（1990—），男，安徽合肥人，工學博士，安徽工程大學材料科學與工程學院講師，主要從事異構(gòu)金屬制備及力學性能研究；劉 琪（1980—），女，江西新干人，工學博士，安徽工程大學材料科學與工程學院教授，主要從事新型光催化材料的設計與合成研究；冒國兵（1979—），男，江蘇淮安人，工學碩士，安徽工程大學材料科學與工程學院副教授，主要從事泡沫金屬材料研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2023）12-0133-04［收稿日期］ 2022-04-18

引言

材料、能源和信息被認為是現(xiàn)代社會的三大產(chǎn)業(yè)支柱，其中材料占據(jù)基礎地位［1］?，F(xiàn)代社會的發(fā)展離不開材料的發(fā)展與創(chuàng)新，因此培養(yǎng)具有創(chuàng)新素質(zhì)的材料領域人才迫在眉睫［2-3］。高等教育是培養(yǎng)創(chuàng)新型專業(yè)人才的重要途徑，在材料類專業(yè)大學生的培養(yǎng)過程中，專業(yè)課程教師要極其注重對大學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。專業(yè)課程教師對大學生的培養(yǎng)主要集中于課堂教學活動，同時輔以課后教學（課后作業(yè)、課后交流等）。如何通過高效合理的課堂教學以及豐富的課后教學，在傳授專業(yè)知識的過程中提高學生的創(chuàng)新能力，這是每一個專業(yè)教師的終極目標之一，同時也是國家相關部門給予當代教師的一項光榮而又艱巨的任務［4-5］?！安牧峡茖W基礎”幾乎是每一名材料類專業(yè)大學生進入專業(yè)課學習后的第一門課程，是材料類專業(yè)本科生的專業(yè)基礎課［6］，該課程是以研究材料的成分、微觀組織結(jié)構(gòu)、制備工藝與材料宏觀性能和應用之間關系為主的專業(yè)課程，包含原子的結(jié)構(gòu)與鍵合、固體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、固體中原子與分子運動、相圖等重要知識點，是連接公共基礎課與專業(yè)課的橋梁，是將高等數(shù)學、大學物理等公共知識引入其他材料專業(yè)課程的過渡課程，學習好該課程將為今后其他專業(yè)課的學習打下扎實的基礎。本文以“材料科學基礎”課程為例，分析傳統(tǒng)教學中大學生缺乏創(chuàng)新能力的原因，進而指出如何在該課程教學過程中提高材料類專業(yè)大學生的創(chuàng)新能力。

一、“材料科學基礎”傳統(tǒng)教學下學生創(chuàng)新能力缺乏的原因

（一）學生自身方面的原因

材料類專業(yè)大學生是材料專業(yè)課程教學過程的主體，在“材料科學基礎”課程的學習過程中，由于受小學、初中、高中等階段應試教育的影響，學生的創(chuàng)新精神受到了一定的束縛，創(chuàng)新意識匱乏，大部分材料專業(yè)大學生已經(jīng)習慣于對書本知識死記硬背，機械式解決問題，很難進行深入思考和大膽提出新的想法，進行創(chuàng)新。同時，當代大學生大部分生活環(huán)境優(yōu)越，缺乏吃苦耐勞的精神。部分學生意志力薄弱，容易沉迷于游戲和其他社交活動，不愿意投入足夠的時間學習專業(yè)知識，在課堂上往往心不在焉，很難跟上授課教師的節(jié)奏，久而久之，甚至出現(xiàn)個別學生對基本的專業(yè)基礎知識一問三不知，更談不上培養(yǎng)專業(yè)創(chuàng)新能力。

（二）專業(yè)課教師方面的原因

教師是課堂的主導者，對課堂教學活動具有絕對的控制權(quán)，其自身的專業(yè)素質(zhì)、授課方法等都會直接影響學生，一名優(yōu)秀的教師在授課的過程中能夠綜合運用各種教學手段，引導學生的思考方式，激發(fā)學生的學習動力，在傳授專業(yè)知識的過程中能夠做到培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力［7］。“材料科學基礎”課程傳統(tǒng)教學中教師存在的導致學生創(chuàng)新能力不足的共性問題，主要有以下幾個方面：（1）部分材料類專業(yè)教師在教學過程中更加側(cè)重對專業(yè)基本理論的介紹，這是因為他們對自己的專業(yè)知識比較自信，在教學的過程中往往會步入誤區(qū)，認為只要自己把專業(yè)知識講得深入透徹，學生的專業(yè)能力和創(chuàng)新能力就能得到提升。但事實卻相反，教師專業(yè)知識講得越具體、越深入，學生們往往越難聽懂。（2）部分材料類專業(yè)教師存在備課不足，課堂教學方式單一，在有限課堂教學時間內(nèi)，不能夠?qū)碗s的問題簡單化的缺點。面對當代大學生個性化顯著的現(xiàn)狀，授課教師很難對每個學生進行特色的針對性教學，專業(yè)知識的傳授是針對大眾的授課方式，導致部分學生難以接受，甚至出現(xiàn)厭學心理，授課教師也就難以在授課過程中開發(fā)其創(chuàng)造力。（3）部分材料類專業(yè)教師制定的課程評價方式不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，在他們的課程中，學生的課程評價方式一般以考試成績?yōu)橹?，輔以課后作業(yè)+考勤，這種過多關注考試成績的評價體制會導致學生拘泥于死記硬背、題海戰(zhàn)術(shù)，極大限制學生創(chuàng)造思維的培養(yǎng)。另外，大學的課程考試與高中不同，很多教師在考試前都會對學生進行非常詳細的指導，學生只要把教師強調(diào)的重點內(nèi)容弄明白就基本上能通過考試，因此，學生對平時的課堂學習不太重視，導致教師很難在課堂上對學生進行專業(yè)知識的傳授和創(chuàng)新能力的開發(fā)。

（三）學校及其相關部門方面的原因

在“材料科學基礎”課程教學過程中，學生的創(chuàng)新培養(yǎng)很大程度上受學校及其相關部門的影響。“材料科學基礎”是材料類專業(yè)大學生的專業(yè)入門基礎課程，許多專業(yè)性的知識在該課程學習中被初次提到，往往比較抽象，學生難以理解，需要借助材料類的實驗加以講授，學生可以在教師的指導下自己動手完成實驗，既理解了書本上的知識點，同時又提高了動手能力和創(chuàng)造能力。因此，學校及其相關部門應投入一定經(jīng)費，搭建實驗平臺，相關教務部門應該加大實踐環(huán)節(jié)的比重，優(yōu)化課程設計的總體布局。然而，大部分學校實驗硬件條件差，每年相關的經(jīng)費投入少，課程設計總體布局墨守成規(guī)，不敢創(chuàng)新。材料專業(yè)創(chuàng)新大賽可以有效激發(fā)材料類專業(yè)大學生的創(chuàng)新潛力，但是學校及其相關部門的宣傳力度不夠大，加之活動經(jīng)費投入不足，比賽往往流于形式，這種情況下，學生雖然參加了競賽，但往往主動性不足，難以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

二、“材料科學基礎”課程教學中提升學生創(chuàng)新能力的建議

（一）激發(fā)學生對材料專業(yè)課的興趣

興趣是最好的老師，在“材料科學基礎”課程學習過程中，一旦學生對該課程產(chǎn)生濃厚的興趣，他們就會全身心投入每節(jié)課的學習，他們會跟著教師一起學習新知識，跟隨教師的節(jié)奏一起思考，會在思考過程中形成自己的想法，即認知產(chǎn)生創(chuàng)新，久而久之，他們的創(chuàng)新能力也會得到提高［8］。當然，學生對課程的興趣很大程度上取決于授課教師的授課風貌及授課方法等。授課過程中，教師始終保持激情飽滿的狀態(tài)，學生就更容易被吸引，對課程學習產(chǎn)生興趣，同時，教師在教學過程中時常引入課程思政案例，如一些材料科學家的感人故事、材料在中國航空航天工程領域的重要性，讓學生認識到材料專業(yè)及“材料科學基礎”課程的重要性，從內(nèi)心深處萌生興趣，產(chǎn)生學習的動力，激勵自己迎難而上、努力學習、努力創(chuàng)新［9-10］。

（二）積極備課，做有準備的專業(yè)課教師

一名優(yōu)秀的且善于培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的教師應做到積極備課。在備課過程中，教師的授課素材及授課環(huán)節(jié)應趨向于多元化、多樣化，比如下載一些與課程相關的有趣的視頻，在授課PPT中多插入一些生動的動畫，以及能夠促進學生思考的案例，多設計一些學生相互交流的環(huán)節(jié)，這樣雖然會花費大量的時間，但有助于調(diào)動學生的積極性，多元化、多樣化的授課素材和授課環(huán)節(jié)既能夠幫助學生迅速理解課程的基礎知識點，跟上教師的授課節(jié)奏，同時又能夠不斷地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思考能力。為了更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，授課教師可在講完每個知識點后精心準備1～2個開放性的思考題，鼓勵學生利用課下時間思考問題，在下節(jié)課堂上充分交流討論，最大限度地活躍學生的思維，激發(fā)其創(chuàng)新思維。

（三）在課堂教學中引導學生進行思考、交流、協(xié)同合作

傳統(tǒng)的“材料科學基礎”課程教學以教師為中心，教師在臺上講授，學生在臺下聽課，束縛了學生的思維，很難有拓展的機會，不利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，翻轉(zhuǎn)課堂是一種互換教師與學生角色的授課方式（以學生為中心），是可以很大程度調(diào)動學生學習的主動性和積極性的新型授課方式［11-12］?！安牧峡茖W基礎”課程教學應該多采用翻轉(zhuǎn)課堂模式，使學生成為課堂主導者，形成“教師部分講授—學生思考—學生發(fā)言—學生協(xié)同合作”的教學模式。翻轉(zhuǎn)課堂教學模式的順利實施對教師和學生都提出了一定要求：對教師而言，教師需要轉(zhuǎn)變觀念，最大程度上摒棄以自我為中心的想法，積極主動地引導學生思考，鼓勵其與其他同學合作，包容學生，鼓勵學生大膽發(fā)言；對學生而言，學生也需要努力提前做好功課，克服自己的恐懼心理，發(fā)揮自己的主觀能動性，積極主動參與課堂。

（四）改革課程評價機制

在“材料科學基礎”課程教學評價中，教師應該盡量摒棄以傳統(tǒng)的考試成績評價學生對課程的總體掌握情況的方法，畢竟傳統(tǒng)的考試側(cè)重學生對書本知識的記憶和簡單推理，不利于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。事實上，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)應該更多地側(cè)重對問題的思考、產(chǎn)生新的認知以及創(chuàng)造新的有用的方法，這就要求專業(yè)教師在“材料科學基礎”課程教學評價中至少做到以下兩點：一方面，教師要提高平時課堂討論考核的占比，鼓勵學生在課堂上多思考，產(chǎn)生不同的見解，促進學生以靈活的思維及優(yōu)異的表現(xiàn)在平時課堂討論考核時得到高分；另一方面，關于期末考試的題目，教師應盡量多設置一些開放性的綜合題目，這些題應該是涉及多個基礎知識點的綜合性題目，可以做到在鞏固專業(yè)基本理論的同時，不斷發(fā)散學生的創(chuàng)造思維。

（五）加強本科生實驗平臺建設，積極組織創(chuàng)新能力競賽

在專業(yè)課的學習過程中，若一味地進行理論學習，學生的理解程度有限，創(chuàng)新思維也會受限制。實踐出真知，只有理論聯(lián)系實踐，學生的認知才會進一步深化，促進其產(chǎn)生新的認知。關于“材料科學基礎”的授課形式，在條件允許的前提下，理論學習應該始終與實踐學習并行，因此，學校及相關教務部門應該加大資金投入，搭建更多的材料類專業(yè)本科生實驗平臺，如金相實驗平臺、熱處理實驗平臺、熔煉實驗平臺等；學校應該大力鼓勵二級單位積極組織專業(yè)創(chuàng)新能力競賽，鼓勵學生積極參與，通過競賽激發(fā)學生的創(chuàng)新能力；學校及相關部門應加大競賽獎勵力度，對獲獎的學生進行物質(zhì)獎勵和精神表彰，在學校對其廣泛宣傳、樹立典型，通過榜樣力量為未來的競賽提前開展宣傳工作，進一步吸引更多的學生參加下一屆比賽，不斷地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

結(jié)語

創(chuàng)新能力的培養(yǎng)關乎個人和國家的長久發(fā)展，因而備受社會的關注?！安牧峡茖W基礎”是材料類大學生極其重要的專業(yè)基礎課，在課程教學過程中采用多元化的手段，不斷培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，十分必要且迫在眉睫，這需要學生個人、教師、學校的共同努力。本文在剖析傳統(tǒng)教學中大學生創(chuàng)新能力缺乏的原因的基礎上，提出在“材料科學基礎”課程教學過程中提升學生創(chuàng)新能力的方法，以期和廣大同行交流、共享。

參考文獻

［1］段睿斌.材料的分類及其在智能制造中的應用研究：評《機械工程材料》［J］.有色金屬工程，2020，10（9）：145.

［2］王振軍，李輝，俞鵬飛，等.材料類大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)新舉措［J］.教育教學論壇，2016（39）：48-50.

［3］歐寶立，趙宏偉，郭源君，等.材料類大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系的構(gòu)建與實踐［J］.當代教育理論與實踐，2020，12（4）：77-81.

［4］王曉軍.引導創(chuàng)新思維培養(yǎng)創(chuàng)新意識［J］.科技視界，2014（28）：252.

［5］賈廣飛，楊光，尹成湖.新工科背景下工科大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索：以河北科技大學為例［J］.科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力，2019（6）：79-82.

［6］胡慶，江偉輝，江峰，等.一流課程背景下的材料科學基礎課程建設探索［J］.科技視界，2021（32）：46-47.

［7］沈禮堯.發(fā)揮教師的主導作用，讓課堂充滿活力［J］.新課程導學，2017（22）：59.

［8］路征.教學適應性、教學方式偏好與大學生學習興趣：基于大學一年級學生的調(diào)查分析［J］.中國人民大學教育學刊，2015（1）：91-101.

［9］歐平，齊亮，汪志剛，等.基于《材料科學基礎》開展課程思政的探討［J］.課程教育研究，2019（40）：65.

［10］韋偉峰，周亮君，陳立寶.材料科學與工程學科專業(yè)教學與課程思政、創(chuàng)新教育的融合思考［J］.科教文匯（中旬刊），2021（11）：93-95.

［11］陳立寶，楊海林，宋旼，等.新工科背景下打造材料類“金課”的創(chuàng)新路徑研究［J］.教育教學論壇，2020（53）：155-157.

［12］杜春燕，趙暉.基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂模式在材料類專業(yè)實驗教學中的應用探究［J］.當代教育實踐與教學研究，2019（14）：25-26.

Exploration of the Improvement Method of Innovation Ability for College Students in Field of Materials： Taking the Course of Fundamentals of Materials Science as an Example

LI Jian-sheng， ZHAO Yu， TAO Feng， LIU Qi， MAO Guo-bing

（School of Materials Science and Engineering， Anhui Polytechnic University， Wuhu，

Anhui 241000， China）

Abstract： The improvement of innovation ability for university students majoring in Materials is not only important for their future development， but also catered for the demands of the major development strategy of China. Taking the course of Fundamentals of Materials Science as an example， the factors that cause the lack of ?innovation ability of university students during the traditional teaching process were analyzed in this paper from the aspects of students， teachers and administrative departments. Some measures for improving innovation ability of university students were given to optimize the teaching mode， arouse students initiative and enthusiasm， and to provide some guidance for this course.

Key words： innovation ability; Fundamentals of Materials Science; teaching method; students majoring in Materials