應(yīng)用型大學(xué)中“材料化學(xué)”課程教學(xué)現(xiàn)狀分析及改革探索

王 茜 滕瑩雪 陳書文 亢淑梅 包 碩

遼寧科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院 遼寧鞍山 114051

材料化學(xué)是材料科學(xué)與化學(xué)相結(jié)合的新興學(xué)科，具有交叉性和前沿性的特點，主要培養(yǎng)學(xué)生運用化學(xué)原理研究材料科學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)問題。黨的十九大開啟了加快高等教育現(xiàn)代化、建設(shè)高等教育強國的歷史新征程，國家號召全面推進新時代應(yīng)用型大學(xué)建設(shè)，這對應(yīng)用型大學(xué)中材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生工程素質(zhì)、創(chuàng)新精神、實踐能力等方面的培養(yǎng)提出新的要求和挑戰(zhàn)[1]?！安牧匣瘜W(xué)”作為材料化學(xué)本科生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，是材料化學(xué)專業(yè)重要的核心課程之一。本課程主要研究材料的制備、組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其應(yīng)用等基本內(nèi)容，它同時包含材料研究過程中涉及的化學(xué)基礎(chǔ)知識及材料在實際中的應(yīng)用，具有理論和實踐相結(jié)合的特點，與培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才的目標高度吻合[2-3]。因此，對“材料化學(xué)”課程教學(xué)進行改革和探索，對推動材料化學(xué)專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)具有重要意義。

1 “材料化學(xué)”課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

“材料化學(xué)”是遼寧科技大學(xué)針對材料化學(xué)專業(yè)本科生開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，理論學(xué)時為56學(xué)時，與本課程相關(guān)的實驗教學(xué)內(nèi)容在材料化學(xué)專業(yè)實驗課程中講授?！安牧匣瘜W(xué)”開設(shè)在材料化學(xué)專業(yè)大二下學(xué)期，學(xué)生在此之前已學(xué)習(xí)了“無機化學(xué)”“有機化學(xué)”“分析化學(xué)”等基礎(chǔ)化學(xué)課程，掌握了化學(xué)的基礎(chǔ)理論和知識。課程選用的教學(xué)用書是曾兆華和楊建文主編、化學(xué)工業(yè)出版社出版的《材料化學(xué)》，主要參考書目是朱光明和秦華宇主編、機械工業(yè)出版社出版的《材料化學(xué)》，宿輝主編、北京大學(xué)出版社出版的《材料化學(xué)》及Fahlman主編、Springer出版社出版的《Materials Chemistry》。課程共分十個章節(jié)進行講授，除第一章緒論外，其余九章分為兩部分——基礎(chǔ)部分和應(yīng)用部分[4]?；A(chǔ)部分包括材料的結(jié)構(gòu)、材料的性能、材料化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)和材料的制備；應(yīng)用部分包括金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料、復(fù)合材料和納米材料?；谧髡咴谑谡n過程中的教學(xué)經(jīng)驗和反思，現(xiàn)階段“材料化學(xué)”課程教學(xué)主要存在如下問題：

(1)“材料化學(xué)”課程涵蓋材料、物理、化學(xué)等多學(xué)科的相關(guān)內(nèi)容，對學(xué)生的理論基礎(chǔ)要求相對較高。學(xué)生在本門課程之前尚未學(xué)習(xí)“物理化學(xué)”課程，缺少化學(xué)熱力學(xué)和動力學(xué)及電化學(xué)等方面的理論基礎(chǔ)，因而在材料化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)和涉及電化學(xué)的能源材料等內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程中感覺難度較大。另外，在應(yīng)用部分內(nèi)容中主要介紹各類先進材料如功能陶瓷、電子信息材料、納米材料等，要求學(xué)生具有半導(dǎo)體物理、量子力學(xué)等物理知識儲備，這在一定程度上增加了學(xué)習(xí)難度。

(2)由于材料化學(xué)學(xué)科交叉性的特點，使得“材料化學(xué)”課程的授課內(nèi)容與材料化學(xué)專業(yè)其他課程存在交叉重疊的地方。例如，材料的結(jié)構(gòu)這一章節(jié)與“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程中晶體結(jié)構(gòu)和缺陷部分內(nèi)容相近；材料化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)這一章節(jié)的內(nèi)容在“物理化學(xué)”課程中也會涉及；材料的制備部分內(nèi)容與“材料合成與制備技術(shù)”課程也存在重疊之處。因此，在教學(xué)過程中難免會存在對相同知識點重復(fù)講解的問題。

(3)“材料化學(xué)”課程中基礎(chǔ)部分理論性較強，應(yīng)用部分涉及的內(nèi)容較為廣泛，知識點雜而多，整體上教學(xué)內(nèi)容較多，而理論教學(xué)學(xué)時有限。如何平衡各章節(jié)間的學(xué)時分配，并將理論知識與各類材料的應(yīng)用相結(jié)合，做到知識點詳略得當、融會貫通，對教學(xué)團隊在課程設(shè)計、學(xué)時安排、教學(xué)方法等方面有很高的要求。

(4)材料化學(xué)學(xué)科具有前沿性的特點，隨著新材料、新技術(shù)的快速發(fā)展，材料的合成和制備手段不斷創(chuàng)新，各類新型材料也層出不窮。課程使用的教材及參考書目撰寫較早，因而無法跟蹤最新研究成果和材料相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。另外，遼寧科技大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)以培養(yǎng)能夠在新能源電化學(xué)材料合成與制備、金屬腐蝕與防護、材料化學(xué)成分分析、材料組織結(jié)構(gòu)與性能表征等相關(guān)行業(yè)和領(lǐng)域從事生產(chǎn)、制造、研發(fā)等工作的應(yīng)用型高級工程技術(shù)人才為目標，而“材料化學(xué)”課程與專業(yè)培養(yǎng)目標結(jié)合不夠緊密，與工程應(yīng)用相關(guān)的內(nèi)容較少。

(5)教學(xué)方式較為傳統(tǒng)，現(xiàn)階段“材料化學(xué)”課程主要以多媒體課件結(jié)合板書講解為主，授課方式相對單一，學(xué)生參與度較低，學(xué)習(xí)興趣不高。課件內(nèi)容多以靜態(tài)形式展示，而動畫和視頻較少。同時，考核方式仍以期末考試為主，這導(dǎo)致部分學(xué)生平時聽課不認真，僅在期末階段突擊復(fù)習(xí)，學(xué)習(xí)效果不佳。

2 “材料化學(xué)”課程改革實踐探索

2.1 優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)設(shè)計

依照材料化學(xué)專業(yè)培養(yǎng)計劃，結(jié)合學(xué)校專業(yè)自身特點，對“材料化學(xué)”課程整體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，并與其他相關(guān)課程做好承上啟下的銜接。在前三個學(xué)期的“創(chuàng)新教育”“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)專題”等課程中，由材料化學(xué)專業(yè)多位教師結(jié)合專業(yè)特色和團隊及個人科研方向以專題講座的形式向?qū)W生介紹材料發(fā)展歷史和前沿進展，增加學(xué)生對材料化學(xué)學(xué)科的了解和興趣。在大二上學(xué)期的“認識實習(xí)”實踐教學(xué)中，帶領(lǐng)學(xué)生到鋼鐵、化工、能源等相關(guān)企業(yè)參觀學(xué)習(xí)，使學(xué)生對實際生產(chǎn)和應(yīng)用有直觀的認識。在課堂教學(xué)過程中，將生產(chǎn)及科研實際與理論相結(jié)合，使學(xué)生能夠初步運用材料化學(xué)基礎(chǔ)理論和研究方法解決材料研發(fā)及應(yīng)用中的問題。例如，在講授材料的化學(xué)性能時，通過列舉典型的腐蝕失效案例，啟發(fā)學(xué)生從化學(xué)腐蝕及電化學(xué)腐蝕機理中尋找金屬材料腐蝕防護的方法。

同時，本專業(yè)任課教師圍繞不同課程中重疊的知識點進行討論和梳理，分清主次，避免相同知識點的反復(fù)講解。例如，“材料化學(xué)”課程中可以適當減少對材料的結(jié)構(gòu)、化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)等章節(jié)的學(xué)時分配，因為在同學(xué)期“材料科學(xué)基礎(chǔ)”和“物理化學(xué)”課程中會對這些內(nèi)容進行更具體深入的講解；金屬材料部分可以減少對鋼鐵材料的介紹，這部分內(nèi)容主要在“金屬材料學(xué)”課程中詳細學(xué)習(xí)。另外，還需注意一些知識點在“材料化學(xué)”課程各章節(jié)中的前后銜接。例如，材料的制備章節(jié)中包含晶體生長技術(shù)的內(nèi)容，其中提拉法已成熟應(yīng)用于硅、鍺、砷化鎵等半導(dǎo)體材料的制備，而在無機非金屬材料章節(jié)中也涉及半導(dǎo)體材料的特點、制備和應(yīng)用等相關(guān)知識點。因此，在介紹提拉法時以半導(dǎo)體材料的應(yīng)用背景作為引入點，在講授半導(dǎo)體材料時引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)提拉法制備單晶硅的原理，讓學(xué)生將材料的制備技術(shù)和應(yīng)用有機結(jié)合起來，真正做到知識點的融會貫通。

2.2 及時更新完善教學(xué)內(nèi)容

“材料化學(xué)”課程授課內(nèi)容應(yīng)做到與時俱進，教師將材料前沿進展和科研成果融入教學(xué)中[5-6]。例如，在材料的制備章節(jié)中增加關(guān)于增材制造的內(nèi)容，在金屬材料章節(jié)中增加關(guān)于高熵合金的介紹等。授課內(nèi)容還應(yīng)緊跟國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和“卡脖子”的關(guān)鍵技術(shù)，向?qū)W生們介紹新材料、新能源、高端裝備制造等領(lǐng)域急需解決的材料問題，提高學(xué)生民族責(zé)任感和使命感，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。例如，在講授納米材料時，以不同維度的碳基材料為例，向?qū)W生介紹我國碳基材料的發(fā)展現(xiàn)狀和亟待攻關(guān)的“卡脖子”技術(shù)難題。課程還可以與日常生活相結(jié)合，讓學(xué)生可以更直觀地了解材料在生活中的應(yīng)用。例如，介紹形狀記憶合金時以眼鏡架材料為例，介紹復(fù)合材料時以玻璃鋼材料為例等。另外，教師也可將最新研究成果、學(xué)術(shù)論文與課程知識點相結(jié)合，讓學(xué)生了解材料化學(xué)領(lǐng)域最前沿的研究熱點。例如，在講授鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)時，可以向?qū)W生們介紹鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域的最新研究成果。

2.3 創(chuàng)新教學(xué)方法

在多媒體課件和板書的線下教學(xué)基礎(chǔ)上，利用超星學(xué)習(xí)通、藍墨云班課、雨課堂等線上學(xué)習(xí)平臺進行混合式教學(xué)，并結(jié)合優(yōu)質(zhì)慕課資源，提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量[7-8]。以學(xué)習(xí)通學(xué)習(xí)平臺為例，在平臺上創(chuàng)建“材料化學(xué)”課程，將學(xué)生全部添加至課程班級中，并在平臺資源模塊共享課件、視頻、練習(xí)題等輔助學(xué)習(xí)資料。課前在平臺上發(fā)布預(yù)習(xí)內(nèi)容，讓學(xué)生提前明確即將學(xué)習(xí)的章節(jié)和重點、難點，學(xué)生也可反饋預(yù)習(xí)過程中遇到的問題，以便老師掌握學(xué)生預(yù)習(xí)情況，并對課堂教學(xué)內(nèi)容加以調(diào)整。課中可以利用活動模塊與學(xué)生展開教學(xué)互動，例如簽到活動可以讓教師及時掌握學(xué)生出勤情況，搶答活動可以適當活躍課堂氣氛，調(diào)動學(xué)生積極性。同時，可以借助測試活動進行簡短的隨堂小測驗，題型以選擇題、判斷題、填空題為主，加深學(xué)生對本節(jié)所學(xué)重點內(nèi)容的理解，教師也可通過測試結(jié)果掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。課后通過平臺上的作用模塊發(fā)布作業(yè)，也可利用頭腦風(fēng)暴和討論活動發(fā)布課后思考題，對重難點問題加以鞏固。整個授課周期中，教師可以通過學(xué)習(xí)通平臺的數(shù)據(jù)及時跟進學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，關(guān)注學(xué)習(xí)積極度不高的同學(xué)，培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動力。另外，還可以在授課過程中適當采用PBL教學(xué)法和“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式。例如，在講授生物醫(yī)用材料時可應(yīng)用PBL教學(xué)法，以問題為基礎(chǔ)，提出“同學(xué)們了解的生物醫(yī)用材料有哪些”“對生物醫(yī)用材料的性能有哪些要求”等相關(guān)問題；并以學(xué)生為主導(dǎo)，讓學(xué)生結(jié)合這些問題去思考。教師也可提前布置一些課程相關(guān)的開放性課題，學(xué)生分組查閱相關(guān)文獻資料、歸納總結(jié)、制作PPT，并在課堂上進行講解，教師和其他學(xué)生可以根據(jù)講解內(nèi)容進行提問和交流。整個過程鍛煉了學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的能力，同時也加深了對相關(guān)知識點的掌握。

2.4 課程考核方式改革

考核的目的是激勵學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和積極性，并掌握學(xué)生對整門課程的學(xué)習(xí)情況。以往平時成績主要參考學(xué)生的出勤情況、課上回答問題情況及課后完成作業(yè)情況，很難評價整個教學(xué)過程中學(xué)生的表現(xiàn)。因此，可以將混合式教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂的結(jié)果引入成績評價體系中[9]。線上學(xué)習(xí)平臺可以對學(xué)生參與學(xué)習(xí)情況進行定量評價，包括相關(guān)學(xué)習(xí)資料查看情況、出勤情況、課堂測試成績、討論參與情況等。翻轉(zhuǎn)課堂過程中，每組成員講解后可由老師和其他學(xué)生共同打分評價。另外，期末考試逐漸從任課教師獨立命題的傳統(tǒng)考試模式向教考分離的新型考試模式過渡，以便更客觀地對教學(xué)過程和效果進行評價。

新的考核方式由出勤、課堂測試、課后作業(yè)、翻轉(zhuǎn)課堂PPT演講、期末考試構(gòu)成。各項考核占比如下：出勤(10%)、課堂測試(10%)、課后作業(yè)(10%)、翻轉(zhuǎn)課堂PPT演講(20%)、期末考試(50%)。具體評分標準如下：

(1)出勤及課堂表現(xiàn)占總成績的10%，出勤及表現(xiàn)考核貫穿整個學(xué)習(xí)過程，主要考核學(xué)生個體在上課過程中的出勤、學(xué)習(xí)積極性、學(xué)習(xí)態(tài)度、課堂紀律、聽課狀態(tài)、課堂互動等情況。

(2)課堂測試成績占總成績的10%。借助線上學(xué)習(xí)軟件測試活動進行簡短的隨堂小測驗，題型以選擇題、判斷題、填空題為主，主要考核學(xué)生對本節(jié)所學(xué)重要知識點的理解。

(3)課后作業(yè)占總成績的10%。題型以名詞解釋、簡答題、論述題為主，主要考核學(xué)生在課后的復(fù)習(xí)情況和對重難點知識的掌握。

(4)翻轉(zhuǎn)課堂PPT演講占總成績的20%。具體實施方式是將全部學(xué)生分為若干個討論小組，每組3至5人，并提前布置一些與材料化學(xué)課程相關(guān)的開放性課題。學(xué)生可以圍繞這些開放性課題進行選題，也可以結(jié)合個人興趣進行自主選題，并對所選課題進行文獻資料調(diào)研。在此基礎(chǔ)上結(jié)合課程所學(xué)內(nèi)容制作PPT，在課堂上進行翻轉(zhuǎn)課堂講述與討論，促進培養(yǎng)學(xué)生文獻檢索、綜合分析的能力。PPT演講分數(shù)由PPT內(nèi)容(50%)、PPT演講(30%)和回答問題(20%)三部分構(gòu)成。

(5)期末考試占總成績的50%。期末考試采取閉卷考試的方式進行，考試題型有選擇題、填空題、名詞解釋、簡答題和論述題。材料化學(xué)課程授課團隊教師們共同創(chuàng)建課程題庫，在考試前，由指定教師按照章節(jié)、知識點、題型及難易程度等對題目進行選擇組卷。

結(jié)語

綜上所述，通過對“材料化學(xué)”課程的結(jié)構(gòu)設(shè)計、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式進行創(chuàng)新和探索，可以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，提高教學(xué)質(zhì)量，同時還有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合運用材料化學(xué)基礎(chǔ)知識和研究方法解決實際應(yīng)用問題的能力。在今后的教學(xué)中，要繼續(xù)結(jié)合應(yīng)用型大學(xué)人才培養(yǎng)目標，不斷對課程進行優(yōu)化和改進。