新工科背景下“硅酸鹽材料”的教學(xué)改革與實(shí)踐

孫青 張儉 盛嘉偉

[摘 要] 以硅酸鹽產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型對高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才的培養(yǎng)需求為切入點(diǎn)，分析了當(dāng)前“硅酸鹽材料”課程的教學(xué)現(xiàn)狀，從課程目標(biāo)、課程架構(gòu)、組織形式和考核模式等方面提出了多維度、多層面的教學(xué)改革方案，探討了教學(xué)、科研和實(shí)踐三者之間的循環(huán)體系關(guān)系，落實(shí)體系建設(shè)、知識傳授和能力培養(yǎng)的“三位一體”人才培養(yǎng)目標(biāo)，為培養(yǎng)復(fù)合型工科人才提供新思路。下一步的工作重點(diǎn)將放在開發(fā)“硅酸鹽材料”課程的配套實(shí)驗(yàn)和搭建企業(yè)與高?；ネㄆ脚_上，助力學(xué)生創(chuàng)新能力、綜合能力和團(tuán)隊(duì)精神的培育。

[關(guān)鍵詞] 新工科;硅酸鹽材料;教學(xué)改革;實(shí)踐探索

[基金項(xiàng)目] 2019年度浙江工業(yè)大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目資助“新工科背景下面向行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的‘硅酸鹽材料教學(xué)改革探索與實(shí)踐”（JG201905）

[作者簡介] 孫 青（1987—），男，山東滕州人，博士，浙江工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院講師，碩士生導(dǎo)師，主要從事硅酸鹽材料和環(huán)境功能材料研究;張 儉（1970—），女，浙江杭州人，碩士，浙江工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院助理研究員，主要從事無機(jī)復(fù)合材料研究;盛嘉偉（1970—），男，浙江新昌人，博士，浙江工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，主要從事無機(jī)功能材料研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）12-0063-04 [收稿日期] 2021-07-02

根據(jù)教育部、人力資源和社會保障部、工業(yè)和信息化部等部門共同編制的《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》，預(yù)測到2025年新材料領(lǐng)域人才需求缺口將達(dá)到400萬人。新時(shí)代呼喚材料類新工科人才，新型人才的培養(yǎng)需面向行業(yè)轉(zhuǎn)型、新興產(chǎn)業(yè)和區(qū)域發(fā)展方向同步推進(jìn)。深化教學(xué)改革，調(diào)整人才培養(yǎng)的模式和結(jié)構(gòu)是培養(yǎng)新工科人才的有效路徑[1，2]。

以硅酸鹽材料為主的無機(jī)非金屬材料與金屬材料、高分子材料、復(fù)合材料并列為現(xiàn)代四大材料，是材料領(lǐng)域的重要組成部分[3，4]。傳統(tǒng)硅酸鹽材料主要以天然礦物或者巖石等礦物資源為原料生產(chǎn)水泥、玻璃和陶瓷三大硅酸鹽產(chǎn)品，是國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。改革開放以來，特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國硅酸鹽行業(yè)取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，行業(yè)規(guī)模擴(kuò)張迅速，科技進(jìn)步明顯加快，行業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化。在新型光電材料、電子信息材料、生物陶瓷材料和納米復(fù)合材料中均能頻繁看到硅酸鹽材料的影子[5，6]。

目前，傳統(tǒng)硅酸鹽材料水泥、玻璃和陶瓷三大產(chǎn)業(yè)正處在轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時(shí)期，產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)向以下三方面推進(jìn)：傳統(tǒng)與智能相結(jié)合;產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)向產(chǎn)業(yè)鏈高端延伸;發(fā)展方式在綠色可持續(xù)上著力。由此可見，硅酸鹽材料的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型方向與新工科人才的培養(yǎng)要求相一致;因此，亟待革新“硅酸鹽材料”課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式，緊跟新工科人才培養(yǎng)方向。

一、教學(xué)現(xiàn)狀

在以往教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，“硅酸鹽材料”作為材料類專業(yè)課，知識點(diǎn)較多、系統(tǒng)性較強(qiáng)，教學(xué)授課內(nèi)容主要集中在傳統(tǒng)水泥、玻璃和陶瓷的制備工藝和結(jié)構(gòu)性能方面，涉及新興硅酸鹽材料的相關(guān)知識偏少。學(xué)生在課堂上只能掌握該學(xué)科的基礎(chǔ)知識，無法真正通過學(xué)習(xí)掌握硅酸鹽材料共性的制備和應(yīng)用方法，以及先進(jìn)硅酸鹽材料及無機(jī)非金屬材料最新的知識，不利于未來的學(xué)習(xí)和就業(yè)。從教學(xué)層面來講，課程出現(xiàn)了無法避免的由專業(yè)背景帶來的枯燥性，個(gè)別學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容較難產(chǎn)生濃厚的興趣。

在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)上，教師也面臨著較大的挑戰(zhàn)。學(xué)生在上大學(xué)前接受的基本是“灌輸式”教學(xué)模式，如果到大學(xué)階段仍繼續(xù)沿用這種學(xué)習(xí)模式，可能會導(dǎo)致部分學(xué)生喪失獨(dú)立思考的能力和學(xué)習(xí)動力，最終對課程喪失興趣。從改變教學(xué)模式到適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生適應(yīng)極強(qiáng)專業(yè)性帶來的不適，上述問題都需面對。

二、教學(xué)改革

教學(xué)改革的主要理念如下：（1）新工科教育理念：適應(yīng)新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟(jì)對高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才的需求，將理論教學(xué)與創(chuàng)新應(yīng)用相結(jié)合。（2）工程教育理念：在新工科教育背景下，人才培養(yǎng)目標(biāo)主要以產(chǎn)業(yè)需要和社會需求為導(dǎo)向，注重培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，培養(yǎng)引領(lǐng)未來技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的卓越工程技術(shù)人才。（3）關(guān)注學(xué)生發(fā)展，重視目標(biāo)導(dǎo)向：建立完善的學(xué)業(yè)評價(jià)體系，注重評價(jià)學(xué)生學(xué)到和掌握的知識情況及運(yùn)用能力。

教學(xué)改革主要分為教學(xué)層面的改革及學(xué)生層面的改革。教學(xué)層面的改革可細(xì)化為教學(xué)內(nèi)容的改革、教學(xué)模式的改革、教學(xué)方法的改革及教材的改革[7，8];學(xué)生層面的改革則旨在關(guān)注每位學(xué)生本身，引導(dǎo)其學(xué)習(xí)、發(fā)展。

（一）教學(xué)層面的改革

教學(xué)內(nèi)容的改革需緊跟新工科建設(shè)要求，針對新型硅酸鹽材料行業(yè)對人才的需求對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行刪減、補(bǔ)充和更新。為了保證學(xué)生對課程內(nèi)容有良好的接受能力，在現(xiàn)行授課內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對課程結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)梳理，刪除重復(fù)和陳舊過時(shí)的教學(xué)內(nèi)容，增加最新的研究成果和相關(guān)學(xué)科內(nèi)容。例如，重點(diǎn)講授硅酸鹽材料的微觀結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)性能關(guān)系，研究硅酸鹽材料制備的基礎(chǔ)理論和共性技術(shù)，并通過聯(lián)系當(dāng)前我國硅酸鹽材料的實(shí)際生產(chǎn)與技術(shù)發(fā)展水平，突出介紹硅酸鹽材料的新工藝、新方法及新產(chǎn)品方面的研究進(jìn)展。此外，還可以將課堂教學(xué)內(nèi)容與“中國制造2025”“大國重器”等新興戰(zhàn)略材料需求相結(jié)合，將硅酸鹽材料的教學(xué)和研究轉(zhuǎn)向高新技術(shù)領(lǐng)域，介紹硅酸鹽材料的整體加工和功能材料高層次化的設(shè)計(jì)應(yīng)用。

在教學(xué)模式上，將傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)模式與實(shí)物、訪談和專題調(diào)研等多種教學(xué)模式相結(jié)合，多渠道、多形式讓學(xué)生了解產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和人才需求方向?！皢l(fā)—討論式”授課模式就是一種較好的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)能動性的教學(xué)方式，通過引入趣味性強(qiáng)、互動性強(qiáng)的閱讀文獻(xiàn)和自學(xué)內(nèi)容，采用問題導(dǎo)向、分組討論或前沿講座的形式，激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生充分融入課堂教學(xué)活動[9]。另外，教師在教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段，開發(fā)新的多媒體教學(xué)課件，結(jié)合教師的科研活動，引入更加生動、圖文并茂的教學(xué)內(nèi)容。但要注意，不同的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該采用不同的教學(xué)模式，杜絕用一種教學(xué)方式應(yīng)對所有的教學(xué)內(nèi)容，防止教學(xué)單一化現(xiàn)象的出現(xiàn)。

教材的改革。同一門課程的不同教材在主體內(nèi)容上十分相似，但實(shí)際的側(cè)重點(diǎn)各有不同。參考我校的培養(yǎng)模式和課程設(shè)置，“硅酸鹽材料”這門課程所選的教材還存在需要完善的地方?？筛鶕?jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和調(diào)研實(shí)際，重新選擇教材內(nèi)容，補(bǔ)充最新的研究成果，同步更新教案，讓學(xué)生通過教材的變革以小見大，窺見整個(gè)行業(yè)的變革和進(jìn)展。

（二）學(xué)生層面的改革

1.可在課程教學(xué)設(shè)計(jì)上做出改變。在實(shí)際操作中，要強(qiáng)調(diào)不同相關(guān)學(xué)科之間的融合，設(shè)計(jì)課堂討論問題，讓學(xué)生從簡單的課題入手邊學(xué)邊做，采用漸進(jìn)式和研究式學(xué)習(xí)方式，理解并運(yùn)用原本枯燥乏味的科學(xué)原理和理論知識。通過引入科學(xué)實(shí)例，尤其是生活中較熟悉的能夠激發(fā)學(xué)生興趣的例子，更能引發(fā)學(xué)生的興趣和共鳴，達(dá)到舉一反三、靈活運(yùn)用課本知識的教學(xué)目的。

2.教師要當(dāng)好學(xué)生的領(lǐng)路人，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)模式上進(jìn)行改變。在大學(xué)學(xué)習(xí)階段，學(xué)生除了接受教師教授的知識外，還應(yīng)當(dāng)盡快養(yǎng)成主動式、探索式、研究式的學(xué)習(xí)習(xí)慣，養(yǎng)成批判性及創(chuàng)新性思維方式。但學(xué)習(xí)習(xí)慣的改變不是一朝一夕就可以完成的，教師應(yīng)當(dāng)以引導(dǎo)和鼓勵為主，針對不同學(xué)生對環(huán)境的適應(yīng)能力、對知識的接受能力和學(xué)生自身領(lǐng)悟能力的不同，采用不同的引導(dǎo)方法，幫助學(xué)生順利度過適應(yīng)期，讓學(xué)生逐漸形成自主學(xué)習(xí)的能力，這就要求教師掌握因材施教的教學(xué)方法。教師帶領(lǐng)學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”“新苗”等大型賽事也是有助于教學(xué)相長的有效方式，可幫助學(xué)生在籌備賽事的過程中，通過查閱文獻(xiàn)培養(yǎng)快速檢索能力、閱讀分析能力、分析問題及解決問題的能力，也有助于自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，還可以在團(tuán)隊(duì)協(xié)作過程中培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，積累合作經(jīng)驗(yàn)。

三、教學(xué)、科研和實(shí)踐三者的結(jié)合

教學(xué)、科研、實(shí)踐這三者并非是獨(dú)立存在的，也不是層層遞進(jìn)的關(guān)系，而是在同一個(gè)循環(huán)中相互關(guān)聯(lián)和影響（見圖1）。教學(xué)理論在科研發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用中可起到指示性作用，反之，理論的完善需要借助于科研和實(shí)踐，實(shí)踐中產(chǎn)生的問題、發(fā)現(xiàn)的規(guī)律可補(bǔ)充形成一個(gè)新結(jié)論。

“硅酸鹽材料”作為應(yīng)用型工科類課程，實(shí)踐在教學(xué)中的重要性不容忽視。如何從理論教學(xué)轉(zhuǎn)向?qū)嵺`應(yīng)用，這中間需要以科研作為橋梁。因此，將教學(xué)、科研、實(shí)踐三者有效結(jié)合起來對于培養(yǎng)新工科背景下的應(yīng)用型人才非常關(guān)鍵。

（一）科研的重要性

科研能力的培養(yǎng)在學(xué)生整體培養(yǎng)過程中十分重要，對學(xué)生科研能力的要求是隨著時(shí)代背景的變化而加深的。學(xué)生參與科研是一種探究式學(xué)習(xí)過程，是一種創(chuàng)新型的人才培養(yǎng)模式，是一條幫助學(xué)生從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動學(xué)習(xí)的有效途徑，有助于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力和將理論知識轉(zhuǎn)為實(shí)踐的能力，有助于幫助學(xué)生建立科研思維，有助于教學(xué)相長。

（二）教學(xué)與科研的有機(jī)統(tǒng)一

教學(xué)與科研應(yīng)當(dāng)是相互成就的關(guān)系，教學(xué)應(yīng)用于科研，科研反哺教學(xué)，二者有機(jī)結(jié)合，達(dá)到教學(xué)與科研共同前進(jìn)的目的。

教師在課堂上可將教學(xué)與所做的科研項(xiàng)目串聯(lián)起來，將科研項(xiàng)目轉(zhuǎn)換為典型科研教學(xué)案例展示給學(xué)生。一方面可以幫助學(xué)生直觀感受理論向科研的轉(zhuǎn)化與應(yīng)用，使學(xué)生對相關(guān)知識的理解更加深刻;另一方面對于教師而言，通過和學(xué)生討論科研案例，或許能在溫故科研案例的過程中得到新的啟發(fā)，使案例本身煥發(fā)出新的科研活力。另外，在科研案例的分享展示過程中，還可以幫助學(xué)生了解教師所做課題的基礎(chǔ)情況，為有志于進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)的學(xué)生做好鋪墊。

具體到“硅酸鹽材料”課程，科研實(shí)驗(yàn)的開展可圍繞陶瓷、水泥、玻璃的制作展開，例如：搭建陶瓷小屋、水泥基材模型屋、玻璃工藝房等趣味性實(shí)驗(yàn)小屋，以及制作陶瓷杯、陶瓷工藝品、多彩玻璃杯等有趣有益的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品等。在新型陶瓷研制過程中，產(chǎn)品的一些工藝參數(shù)、燒結(jié)參數(shù)、氣氛選擇可與教材原理相結(jié)合，讓學(xué)生切身領(lǐng)悟到教材原理之于實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用的指示性作用。

（三）串聯(lián)教學(xué)與實(shí)踐

教學(xué)滲透科研，科研反哺教學(xué)，再經(jīng)科研邁向?qū)嵺`[10]。這是教學(xué)的最終目的，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的必經(jīng)之路。在教學(xué)通往實(shí)踐的道路上，可以參觀實(shí)習(xí)為基石，構(gòu)筑教學(xué)通往實(shí)際應(yīng)用的大道。參觀實(shí)習(xí)的形式需依托于高校與企業(yè)的合作。企業(yè)通常設(shè)有研發(fā)部與生產(chǎn)車間，這兩個(gè)部門很好地涵括了科研與實(shí)踐。在學(xué)期中或寒暑期組織學(xué)生進(jìn)入工廠參觀學(xué)習(xí)，從基礎(chǔ)的工廠生產(chǎn)運(yùn)營到企業(yè)最新成果的展示，讓學(xué)生深切體會科研成果轉(zhuǎn)為直接生產(chǎn)力的過程，感悟“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”的魅力。

四、優(yōu)化考核體系

課程考核不僅是對學(xué)生整體學(xué)習(xí)情況的評價(jià)，也可以體現(xiàn)出教學(xué)成效，對修正、完善下一步的教學(xué)方案具有重要意義。在考核中，要注意教學(xué)的多元化發(fā)展，均衡理論和實(shí)踐在最終考核成績中的體現(xiàn)。具體來講，在考核時(shí)要將課堂表現(xiàn)和考試成績結(jié)合起來。課堂表現(xiàn)主要參考小組討論和課堂活躍度兩方面。小組討論的初衷是為了培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的主動思考能力，也可以體現(xiàn)出學(xué)生在團(tuán)隊(duì)中的組織能力和協(xié)調(diào)能力等。在小組討論評價(jià)中應(yīng)確保每個(gè)成員都得到認(rèn)可，但也要根據(jù)學(xué)生的具體表現(xiàn)，做出成績區(qū)分，以此來調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。此外，本課程還將引入小論文考核，考查學(xué)生的資料收集水平、討論分析能力及解決實(shí)際問題的能力。

結(jié)語

課程是人才培養(yǎng)的核心環(huán)節(jié)，課程的改革不是一蹴而就的，需要不斷總結(jié)成功或失敗的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，一步一個(gè)腳印地穩(wěn)步前行。本文對“硅酸鹽材料”課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)方法、考核方式等方面的改革進(jìn)行了深入探索及分析，并開展了教學(xué)實(shí)踐，已初見成效。

參考文獻(xiàn)

[1]陶占良，程方益，陳軍.理科背景下新工科人才培養(yǎng)的思考：以南開大學(xué)“新能源科學(xué)與工程”探索為例[J].大學(xué)化學(xué)，2020，35（10）：40-44.

[2]謝曼，干勇，王慧.面向2035的新材料強(qiáng)國戰(zhàn)略研究[J].中國工程科學(xué)，2020，22（5）：1-9.

[3]干福熹.新技術(shù)領(lǐng)域中的硅酸鹽材料[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，1991（1）：52-63.

[4]中國硅酸鹽學(xué)會，中國建筑工業(yè)出版社，武漢理工大學(xué).硅酸鹽辭典[M].2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2020.

[5]LI Dong-ni， YANG Kuo， LI Ye et al. A porous lithium silicate ceramic separator prepared from diatomite： effect of LiOH on pore structure， composition and electrochemical properties of the separator[J]. Journal of power sources，2021，482：228945.

[6]王興軍，周治平.硅基光電集成用鉺硅酸鹽化合物光源材料和器件的研究進(jìn)展[J].中國光學(xué)，2014，7（2）：274-280.

[7]張曉亮，武春霞，楊文姝，等.工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下材料力學(xué)性能課程教學(xué)改革研究[J].廣東化工，2020，47（22）：182-183.

[8]張春艷，楊明波，田中青，等.材料工程基礎(chǔ)課程建設(shè)探討與實(shí)踐[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（社會科學(xué)版），2007（6）：196-197.

[9]孫志明.關(guān)于“礦物材料工程”學(xué)科課程建設(shè)的探討[J].中國校外教育，2015（21）：111.

[10]宋金剛，游遨，林莎.基于“科研反哺教學(xué)”視角下的課堂改革思考與實(shí)踐[J].廣東化工，2020，47（22）：216-217.

Teaching Reform and Practice in the Course of Silicate Material Based on “Emerging Engineering Education”

SUN Qing， ZHANG Jian， SHENG Jia-wei

（College of Materials Science and Engineering， Zhejiang University of Technology， Hangzhou， Zhejiang 310014， China）

Abstract： Taking the transformation of silicate industry for high-quality compound new engineering talents as the entry point， this paper analyzes the current teaching status of the course of Silicate Material. From the aspects of the course objectives， the course structure， the organizational form and the assessment mode， it discusses the multidimensional and multifaceted teaching reform plan. The circulatory relationship among teaching， scientific research and practice is discussed， and the “trinity” talent training goals of system construction， knowledge imparting and ability cultivation are carried out to provide new ideas for the cultivation of compound engineering talents. The next step will focus on the development of supporting experiments of Silicate Material course and the construction of a communication platform between enterprises and universities， so as to cultivate students innovation ability， comprehensive ability and team spirit.

Key words： “Emerging Engineering Education”; Silicate Material; teaching reform; exploration and practice