“材料工程基礎”課程建設的探索
——以同濟大學材料工程基礎課程建設為例

袁 華，常志宏

（同濟大學 材料科學與工程學院，上海 嘉定區(qū) 201804）

一、引 言

“材料工程基礎”課程建設的指導思想是：在滿足在培養(yǎng)“社會棟梁、專業(yè)精英”人才培養(yǎng)目標及模式的基本要求前提下，按照“培養(yǎng)卓越工程師，把論文寫在祖國大地上”的教育理念，注重基礎理論教學，拓寬學生的專業(yè)知識面；重視工程教學環(huán)節(jié)，加強科學理論教學與工程實踐教學相互融合，通過工程教學，提高學生解決實際問題的能力；突出材料應用技能、工程意識與綜合素質的提高。本課程對于培養(yǎng)學生分析和解決工程實際問題的能力，以及一定的工程應用基礎能力具有重要的作用。“材料工程基礎”課是同濟大學材料科學與工程專業(yè)主干基礎課程，著重介紹材料工程基礎的基本知識，包括物料衡算、能量衡算、過程進行的方向、速率與極限，經(jīng)濟核算，討論各材料生產(chǎn)工程領域所涉及的基本專業(yè)技術知識與工程技術基本原理和方法，流體流動、傳熱、傳質等的基本原理、計算和有關設備的選型以及顆粒的制備、結構和性能并了解粉體的特征。

課程建設是保證教學質量的關鍵。在“三高一新”的背景下，建設一流大學更需要從課程建設這個教學基元做起，做到高等教學的人才培養(yǎng)高質量的發(fā)展。課程建設涉及到課程教學組織的方方面面，是一個復雜的系統(tǒng)工程。同濟大學材料工程基礎課程從學院成立起一直在進行課程教學研究，本文以同濟大學材料工程基礎課為例，通過材料科學與工程學院課程團隊對“材料工程基礎”課程建設的探索和實踐為切入點，深入研究材料工程基礎課程改革建設的策略路徑，此舉意義重大。

二、材料工程基礎課程建設環(huán)境概述

1957年10月4日，蘇聯(lián)成功發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星(Sputnik I)，美國朝野為之震驚，痛定思痛，美國人認為，根本的癥結在于美國教育的落后和科研體制的不足，認為自己落后的主要原因之一是先進材料的研究應用不夠，認識到要與蘇聯(lián)競爭必須要培養(yǎng)大量的技術人員，認識到美國發(fā)展科學技術和培養(yǎng)技術人才的迫切性，于是在一些大學相繼成立了十余個材料研究中心，采用先進的科學理論與實驗方法對材料進行深入的研究，取得重要成果。從此，“材料科學”這個概念開始為人們所使用。20世紀60年代以前，國內外高校均沒有明確完整的材料科學與工程學院教育，材料科學與技術人才的培養(yǎng)分屬冶金、化工或機械等專業(yè)。上世紀60年代初，美國西北大學M.E.Fine教授等人首先提出了材料科學與工程（Material Science and Engineering，MSE）這一大學科概念。從此，歐美等國家高校中冶金、機械或化工等與材料有關的系或相關的專業(yè)及學科開始改設“材料科學與工程系”、“材料科學系”、“材料工學系”。

我國新中國成立初期，積貧積弱，高等教育承襲蘇聯(lián)模式，材料研究教育方面形成一系列細分科目，自1978年起逐步實行改革開放政策，在加速發(fā)展材料科學技術工作的同時，也開始了MSE教育改革的進程［1］。1998年，教育部對本科專業(yè)目錄進行了調整，將材料類專業(yè)合并為冶金工程、無機非金屬材料工程、金屬材料工程、高分子材料與工程、材料化學、材料物理等六個專業(yè)，同時在引導性專業(yè)目錄中增列了材料科學與工程專業(yè)［2-4］，由細分向綜合轉變。

同濟大學是國內高校最早設立材料科學與工程學院的高校之一，并在課程設置時將材料科學基礎與材料工程基礎作為學院的基礎課、平臺課［5］。在制定材料科學與工程專業(yè)課程目錄時，我們發(fā)現(xiàn)，材料科學基礎課程的內容國內外相對較為統(tǒng)一，然而同一門“材料工程基礎”課程，各高校在教學內容的選擇上卻截然不同。從材料工程的內涵角度，凡是涉及材料生產(chǎn)的所有工業(yè)過程都屬于材料工程范疇，是一個復雜的系統(tǒng)工程，既包含各種材料制備的共性的工程問題，如物料傳輸、熱量傳遞、物質分離等，又包含不同類型材料特有的加工工藝，考慮到課程后繼問題以及平臺課的特點要求，我們將各種材料制備的共性的工程問題作為材料科學與工程各方向的平臺課“材料工程基礎”的課程內容，并制定了教學大綱，而將不同類型材料特有的加工工藝作為個方向的工藝與設備專業(yè)課內容，至此，學院初步建立材料工程基礎課程并確定了課程內容，并開始進行課程體系建設，首先進行了教學團隊的建設，由最初的3人小組，逐步發(fā)展到有A、B兩套班子的6人小組，其中教授2名，副教授4名，全部都是博士學位；編寫了《材料工程基礎》教材；規(guī)范了材料工程教學文件：PPT、教案、題庫、達成度評定表；進行了材料工程基礎實驗仿真；開設了雙語課程；拍攝了慕課，目前在進行課程思政的案例設計，課程體系基本完備，實現(xiàn)了0到1的轉變。

三、材料工程基礎課程建設成果及經(jīng)驗

同濟大學2003年開始實行大材料專業(yè)，在學校與社會各方面支持下，課程團隊就持續(xù)不斷地進行課程建設［6,7］。從分項的建設到綜合性建設，從校內建設到上海市的課程建設在持續(xù)推進。

材料工程基礎課程建設是從分項建設開始的。2003年，電腦普及不久，本課程率先進行了材料學科專業(yè)平臺課程現(xiàn)代化教學手段研究（材料工程基礎部分），把PPT及動畫演示引入了課堂教學。2004-2005年在學校教改項目基于材料工程基礎的虛擬實驗課程建設支持下，進行了虛擬實驗課程建設，節(jié)省了學校大量的實驗投入與人力投入，把工科試驗從實驗室現(xiàn)場教學搬到了網(wǎng)上，學生可以隨時觀摩演練。隨著高校國際化要求的的提高，為了提高學生的國際視野和與國際接軌，2011-2013年課程進行了雙語教學團隊建設（材料工程基礎部分），引入了原版英文教材，制作了英文PPT，一方面學生可以了解國際水平，學習專業(yè)詞匯，另一方面，國際學生可以直接進入課堂學習。近年來，高校不斷引進人才，新鮮血液的加入，極大的提高了研究型學校的科研能力，但對工科專業(yè)，也存在著明顯問題，年輕教師明顯工程理論、技術知識不足，缺乏工程實踐與經(jīng)驗，本課程是材料科學與工程學院工程基礎課程，為了跟好的滿足新工科人才培養(yǎng)的要求，2017-2018年課程基于“材料工程基礎”進行了校企聯(lián)合課程建設，建立了把企業(yè)專家引入課堂的機制，企業(yè)專家的直接經(jīng)驗學生們受益匪淺。2020年課程又進行了“慕課”建設，在教學課時不斷緊縮的情況下，學生可以通過慕課復習消化知識點，慕課的推出，也讓更多的非本校學生受益，擴大了受眾面。

一系列分項建設后，課程建設又進行了綜合性的建設。從課程內容的整體設計、到課程的定位以及國家對材料專業(yè)人才培養(yǎng)要求等角度，系統(tǒng)的進行了研究，課程教學設計向更精細化方向推進：設計了課程案列、課堂教學模式，為此，本課程列入同濟大學金課建設課程和上海市重點建設課程。

經(jīng)過了一系列的課程建設，總結下來，有這幾方面的經(jīng)驗：（1）要研究課程，課程的性質、特點、定位，在完成規(guī)定教學任務的基礎上，設立研究方向，進行教學研究；（2）結合學科發(fā)展、科技發(fā)展，進行教學改革；（3）及時跟進國家戰(zhàn)略，進行課程建設。

四、材料工程基礎課程建設教改成果的路徑及應用情況

（一）依托教學研究修訂課程大綱

1.修改提升課程的定位。在定位中增加：通過本課程的專業(yè)學習后，使學生具備較好的材料工程的理解能力和自學能力，掌握和了解材料生產(chǎn)過程所涉及的相關工程問題，培養(yǎng)學生自學能力、獨立分析問題和解決材料工程問題的能力。同時培養(yǎng)學生寬闊的國際視野，引導積極而自覺地學習國外的先進經(jīng)驗和方法，但不盲目迷信。積極倡導和秉承我國優(yōu)秀文化傳統(tǒng)中的人格行為，同時還應該具有誠實、創(chuàng)業(yè)、自強、創(chuàng)新、敬業(yè)、合作、自律等時代精神和優(yōu)良品質。

2.建立課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系。在學生培養(yǎng)中，明確了課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系，具體詳見表1。

表1 課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系

3.增加了課程思政的要求。在大綱中明確提出了“立德樹人”育人內涵”要求，以“傳播知識、傳播思想、傳播真理，塑造靈魂、塑造生命、塑造新人”為己任開展教學，堅持黨對教育事業(yè)的全面領導，堅持把立德樹人作為根本任務，堅持優(yōu)先發(fā)展教育事業(yè)，堅持社會主義辦學方向，堅持扎根中國大地辦教育，堅持以人民為中心發(fā)展教育，堅持深化教育改革創(chuàng)新，堅持把服務中華民族偉大復興作為教育的重要使命，堅持把教師隊伍建設作為基礎工作。“要在堅定理想信念上下功夫”“要在厚植愛國主義情懷上下功夫”“要在加強品德修養(yǎng)上下功夫”“要在增長知識見識上下功夫”“要在培養(yǎng)奮斗精神上下功夫”“要在增強綜合素質上下功夫”，培養(yǎng)社會主義建設者和接班人。

4.增加了粉體工程的內容。隨著納米技術的發(fā)展，粉體成為一種重要的材料形式在材料研究和應用領域發(fā)揮著愈來愈重要的作用，本課程教學內容中加入了粉體工程的內容。

（二）通過教學改革實現(xiàn)模式創(chuàng)新

1.研究“校企聯(lián)合課程”創(chuàng)建模式。包括企業(yè)專家的遴選標準；“校企聯(lián)合”提高工程教師的雙師素質要求；研究“校企聯(lián)合課程”創(chuàng)新教學內容；研究“校企聯(lián)合課程”創(chuàng)建實踐教學體系，并進行了課堂實踐通過“材料工程基礎”的校企聯(lián)合課程建設,邀請企業(yè)工程師、企業(yè)專家給學生上課，現(xiàn)實生動工程案例直接由一線企業(yè)專家直接傳授給學生（如圖1）。

圖1 江蘇確安工程技術服務有限公司總經(jīng)理楊志勇講解了《傳質在實際生產(chǎn)中的應用》及《化工安全、環(huán)保和健康》

2.實現(xiàn)了團隊全員雙語教學。通過雙語教學團隊建設（材料工程基礎部分），編制了完整的英文PPT，2019年進行了全員實施。每個學生都有兩套PPT（中文、英文），中文教材和原版英文教材，學生們可以中英文對照學習，便于學生與國際接軌，進一步去國外深造，同時，課程也利于國外留學生直接進入課堂學習，提升了國際化教學水平。

3.通過《材料工程基礎》“慕課”建設，已完成課程內容的拍攝，交付化學工業(yè)出版社，即將作為數(shù)字資源在線展示（如圖2）。慕課分四個章節(jié)，全覆蓋了課程教學要點，對學生復習，特別是疫情期間自我學習、重點的把握起到了明顯的效果。

圖2 材料工程基礎慕課

4.教材修訂已完成80%，與化工出版社已簽訂為規(guī)劃教材。這部分工作對課程的內容進行了進一步整合，增加了課程的思維導圖與課程的慕課、習題鏈接，更好的滿足學生對現(xiàn)代多媒體展示的需求，同時服務國家戰(zhàn)略，設計了課程思政的內容，嵌入教材。

5.通過上海市重點課程建設，挖掘了課程思政元素，形成了若干具有典型代表性的課程思政教學設計案例，將課程與當今世界格局聯(lián)系起來，使受教育者胸懷“國之大者”，把個人的命運與祖國的命運聯(lián)系起來，為中華民族復興而學習，培養(yǎng)學生工匠精神，把論文寫在祖國大地上。實現(xiàn)教學內容與課程思政無縫對接。

6.構建新的考核評價體系，由單一的考試，變成了考試與過程相結合的評價體系，增加了作業(yè)、參與討論等過程評價。目前課程考核評分體系由四部分組成：出勤與作業(yè)，10%；課堂互動，10%；期中，30%；期末，50%。

（三）強化教改經(jīng)驗優(yōu)化教學資源

通過近年的教改，本課程的材料逐漸完善，目前具有完備的教案、慕課資料、題庫、教學大綱和中英文授課課件，以及達成度評價體系。

五、未來材料工程基礎課程建設方向

新材料作為國民經(jīng)濟先導性產(chǎn)業(yè)和高端制造及國防工業(yè)等的關鍵保障，是各國戰(zhàn)略競爭的焦點。本課程未來建設方向將進一步瞄準材料領域的工程實際的基礎問題，凝練課程內容，立足立德樹人，并實現(xiàn)線上線下多維度互動的教學，在課程案例設計、課堂教學模式創(chuàng)新上下功夫，為國家培養(yǎng)卓越材料工程師貢獻力量。