新工科背景下功能材料類課程教學實踐探索

鐘向麗 宋宏甲 王金斌

[摘 要] 隨著“互聯(lián)網(wǎng)+教育”時代的到來，新工科建設(shè)逐漸被提上日程，這為高校課程建設(shè)和改革迎來了新的機遇和挑戰(zhàn)。探討新工科背景下將科研融入本科生功能材料類課程教學的重要意義，針對課前準備，課堂演練和課后拓展三個階段提出了將科研融入功能材料課程教學實踐的具體做法，同時從建構(gòu)主義學習理論角度分析了將科研融入本科生功能材料課程教學的必要條件，以期加強新工科背景下人才創(chuàng)新能力、多學科融合視野以及實踐能力的培養(yǎng)，促進新工科建設(shè)人才培養(yǎng)目標達成。

[關(guān)鍵詞] 新工科;科研;功能材料類課程

[基金項目] 2017—2020年湖南省普通高等學校“十三五”專業(yè)綜合改革試點項目（22）;2019-2021年湖南省普通高等學校教學改革研究項目“獨立學院‘立體式創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)模式構(gòu)建研究”（1235）

[作者簡介] 鐘向麗（1976—），女，陜西旬陽人，博士，湘潭大學材料科學與工程學院教授（通信作者），主要從事鐵電薄膜及其存儲器研究;宋宏甲（1986—），男，湖南辰溪人，博士，湘潭大學材料科學與工程學院副教授，主要從事氧化物薄膜的制備及其抗輻照特性研究;王金斌（1972—），男，湖南邵陽人，博士，湘潭大學材料科學與工程學院教授，主要從事鐵電材料與器件研究。

[中圖分類號] G642? ?[文獻標識碼] B? ? [文章編號] 1674-9324（2021）24-0113-04? ?[收稿日期] 2021-02-20

一、引言

國內(nèi)外新經(jīng)濟的快速發(fā)展對新型工科人才提出了越來越高的要求，高校、科研院所作為人才培養(yǎng)基地，擔負著更重的責任[1]。2017年教育部高等教育司發(fā)布了關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知，“復(fù)旦共識”“天大行動”以及“北京指南”相繼提出，我國新工科背景下的高等工程教育改革得到高度重視[2]。新工科具有引領(lǐng)性、交融性、創(chuàng)新性、跨界性和發(fā)展性等特征，人才培養(yǎng)是新工科服務(wù)經(jīng)濟發(fā)展的核心任務(wù)，對高等教育的人才培養(yǎng)方案改革、人才培養(yǎng)模式、人才培養(yǎng)質(zhì)量要求提出了新的挑戰(zhàn)。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力是對新工科培養(yǎng)人才的首要能力要求，高等教育人才培養(yǎng)需要將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)貫穿于人才培養(yǎng)的各個環(huán)節(jié)[3]。但是傳統(tǒng)功能材料類課程存在內(nèi)容多，涉及領(lǐng)域廣，課時有限等問題。傳統(tǒng)工科教育逐漸無法滿足新產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟的快速發(fā)展對人才創(chuàng)新能力的需求。鑒于此，筆者依托多年的功能材料教學改革實踐，提出將相關(guān)科研成果、科研方法等融于功能材料類課程的方法、必要條件和意義，以期為功能材料類課程的教學、人才培養(yǎng)提供一些改進思路，進而達成功能材料類課程學而深思、探索科學、學以致用的教學目標，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的工程科技人才提供基礎(chǔ)動力，滿足行業(yè)和產(chǎn)業(yè)的當前和未來發(fā)展需要[4]。

二、科研融入功能材料類課程教學實踐的方法與條件

（一）科研融入功能材料類課程教學實踐的方法

教育技術(shù)專家何克抗教授指出，教學是教師與學生充分互動的過程，教師的教和學生的學，缺一不可，教學的中心是學生，教師主要起到輔助、指導的作用[5，6]。因此，在教學過程中要正確處理好教師主導，學生主體的關(guān)系。本文在上述思想的指導下從課前、課中、課后三個環(huán)節(jié)著手，構(gòu)建了將科研融入功能材料類課程教學實踐的方法，具體方法如下。

1.課前準備。教師方面，將科研融入功能材料課程教學，需要任課教師具有較強的科研素養(yǎng)，能夠結(jié)合功能材料的教學大綱，靈活運用科研成果素材。一方面，需要篩選契合課堂主題的科研素材，既能與課堂聯(lián)系，又能升華課堂內(nèi)容。另一方面，任課教師需要提煉科研成果中的創(chuàng)新思路，涉及的學科基礎(chǔ)知識及應(yīng)用領(lǐng)域，同時將課堂涉及的科研成果提前下發(fā)給學生，提出一些能啟發(fā)學生創(chuàng)造性思考的問題。學生方面，研讀教師下發(fā)的科研成果，并回答問題，在這個過程中學生對不懂的問題可以上網(wǎng)查閱資料尋求解決方案，如果仍有疑惑可以記錄下來，到課上找教師解決。

2.課堂演練。由于教學周期比較短，功能材料課程是學生實踐材料科學思維很好的訓練場，因此合理安排并利用好課上時間是很重要的一環(huán)。在課上，教師可以收集學生課前閱讀存在的問題，答疑解惑;同時教師可以以最新科研成果為素材，啟發(fā)學生運用所學材料學科的組成、結(jié)構(gòu)、物理性能和使用效能之間的關(guān)聯(lián)規(guī)律，分析科研成果。通過對科研文獻的剖析，有利于啟發(fā)學生“發(fā)現(xiàn)問題”“分析問題”到“解決問題”，達到思維訓練的目的。

3.課后拓展。通過課前自學，課堂答疑，科研成果調(diào)研和分析等環(huán)節(jié)后，學生對新知識有了一定的認識和了解，形成了自己的知識結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，學生可以進一步深入學習并運用新學知識。首先，學生可以通過專業(yè)數(shù)據(jù)庫、互聯(lián)網(wǎng)等獲得關(guān)于課堂討論功能材料的最新科研成果，追蹤前沿，通過制作海報、PPT等方式展示科研成果。其次，借助教師提供的功能材料方面的科研平臺，深入實驗室進行實踐。再次，學生可以參加學生類創(chuàng)新項目，或者參與教師科研項目，通過科研思路提出、科研成果調(diào)研、科研實驗實施以及科研成果總結(jié)和輸出的鍛煉，深入思考和理解材料科學的思維，同時提升創(chuàng)新能力。

（二）科研融入功能材料課程教學的必要條件

新工科背景下的教學理念和教學模式對參與教育教學的師生以及軟硬件科研平臺提出了新的要求，下面將從學生、教師和科研平臺等維度分別闡述。

1.有準備的學生?？肆植裰赋?，“教與學是統(tǒng)一的，但不是同一的，教師的某一活動未必能使學生必然地產(chǎn)生相應(yīng)的活動，即所期待的學生的反應(yīng)。學習不是教授的簡單的反射。”建構(gòu)主義學習理論認為，學生作為知識的建構(gòu)者，其已有的知識結(jié)構(gòu)、儲備和思維方式等對新知識、新資料的加工和建構(gòu)都有非常重要的影響[7]。功能材料課程一般開設(shè)在大學四年級的第一學期，該階段的學生已經(jīng)學習過“材料科學基礎(chǔ)”“材料工程基礎(chǔ)”“材料物理性能”和“材料分析測試方法”等材料學科的專業(yè)基礎(chǔ)課程，以及“大學物理”“基礎(chǔ)化學”和“物理化學”等公共基礎(chǔ)課程，掌握了理解和分析功能材料課程中科研的基礎(chǔ)知識。因此，在教學實踐過程中，教師需要詳細了解學生對上述基礎(chǔ)知識的掌握情況，才能把握將科研融入功能材料教學的范圍、深度以及難度，更好地開展將科研融入功能材料課程教學。學生作為學習的中心主體。只有充分調(diào)動其積極性，才能使得將科研融入功能材料課程教學得以順利進行。筆者在將科研融入功能材料課程的教學實踐過程中，采用分組方式完成課題調(diào)研、PPT匯報和相互點評，小組內(nèi)學生的分工和協(xié)調(diào)，一方面增強學生的團隊合作能力，更重要的是小組內(nèi)學生之間可以取長補短，從而降低某些學生因基礎(chǔ)儲備不足引起的學習難度增加，提升興趣和積極性。通過學生點評，能更深入了解學生的現(xiàn)有知識水平，利于教師更好地組織課堂，建立學生現(xiàn)有知識和課堂新知識的聯(lián)結(jié)。