王輔,吳浪,李秀云,李鴻波,代波
(西南科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,四川 綿陽)
功能材料有幾十大類,十多萬種,且國(guó)內(nèi)外每年都有大量新型功能材料問世,發(fā)展非常迅速,新工藝也層出不窮[1]。在國(guó)家新興產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整下,高校除了與材料相關(guān)的專業(yè)有開設(shè)《功能材料》課程外,功能材料專業(yè)也應(yīng)運(yùn)而生,是國(guó)家特設(shè)專業(yè),也是多學(xué)科領(lǐng)域的跨學(xué)科專業(yè)[2-4]。西南科技大學(xué)于2012 年將材料科學(xué)與工程專業(yè)下的電子信息材料方向發(fā)展為功能材料專業(yè),并以獨(dú)立專業(yè)的方式招生至今。其專業(yè)特色為以電子信息材料及元器件為特色,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用新材料技術(shù)原理進(jìn)行電子材料與元器件生產(chǎn)、應(yīng)用研發(fā)的能力。開設(shè)該專業(yè)的最初的培養(yǎng)目標(biāo)是:以國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)材料的需求為導(dǎo)向,培養(yǎng)具有良好的思想品德與人文社會(huì)科學(xué)素養(yǎng),具有堅(jiān)實(shí)的自然科學(xué)基礎(chǔ)和功能材料專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí),具備功能材料設(shè)計(jì)、制備、性能、應(yīng)用開發(fā)等方面的基本理論和基本技能,具有較強(qiáng)的工程素質(zhì)、實(shí)踐能力、溝通交流能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí),德智體美勞全面發(fā)展的復(fù)合型高級(jí)技術(shù)人才。為了適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展,根據(jù)基于成果導(dǎo)向教育模式(OBE)理念和工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求[5],功能材料專業(yè)培養(yǎng)方案及課程體系較成立之初有較大的持續(xù)改進(jìn)。其中一個(gè)重要方面就是加大培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。鑒于此,近幾年,各高校功能材料專業(yè)在課程體系中增加了《功能材料專業(yè)課程設(shè)計(jì)》這門實(shí)踐類課程[4]。
在教學(xué)過程中,課程設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用結(jié)合最緊密,其課程內(nèi)容和教學(xué)方法就尤為重要[6-7]。在傳統(tǒng)意義上,課程設(shè)計(jì)是在一定目標(biāo)要求下,將專業(yè)課程的理論知識(shí)內(nèi)容應(yīng)用在具體的工業(yè)實(shí)踐中,是高等學(xué)校培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的重要課程[8-10]。課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容豐富[7,10,11],作為一個(gè)“年輕”的專業(yè),各高校在這門課的課程內(nèi)容上各自都有自己的特色和重點(diǎn),教學(xué)方法和手段也不盡相同,目前還無比較一致的看法。截至2021年,我校功能材料專業(yè)的該課程的課程內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段已經(jīng)歷了兩學(xué)年的實(shí)踐探索。本文系統(tǒng)的總結(jié)并探討了該課程在這兩學(xué)年的實(shí)踐探索方面的經(jīng)驗(yàn)和積累,以期能為國(guó)內(nèi)開設(shè)功能材料專業(yè)的院校有啟迪與借鑒作用。
我校《功能材料專業(yè)課程設(shè)計(jì)》是一門專業(yè)必修實(shí)踐類課程,與認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、課程實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)和畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)共同構(gòu)成專業(yè)教育平臺(tái)下的集中實(shí)踐環(huán)節(jié)類課程。課程的設(shè)置學(xué)分為1學(xué)分,全部16 學(xué)時(shí)均為實(shí)踐學(xué)時(shí)。其課程目標(biāo)為:通過本課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生具備下列能力:(1) 能夠自主查閱科技論文和相關(guān)資料,綜合運(yùn)用功能材料相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí),優(yōu)化設(shè)計(jì)制備某種功能材料的方案或優(yōu)化設(shè)計(jì)某種功能器件;(2)能夠規(guī)范地編寫設(shè)計(jì)說明書,正確分析設(shè)計(jì)的可行性,并具有團(tuán)結(jié)協(xié)作意識(shí),分析、總結(jié)問題的能力,具備一定的科學(xué)思維。兩個(gè)課程目標(biāo)分別支撐的兩個(gè)培養(yǎng)方案指標(biāo)點(diǎn)(知識(shí)與能力要求)為:(1)能夠根據(jù)器件應(yīng)用和工程要求進(jìn)行材料優(yōu)化設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)等,并體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí);(2)能運(yùn)用合適的軟件或理論模擬和預(yù)測(cè)材料設(shè)計(jì)、制備、生產(chǎn)中的相關(guān)參數(shù),并能理解模擬和預(yù)測(cè)的局限性。對(duì)兩個(gè)指標(biāo)點(diǎn)的支撐權(quán)重值各為0.2。課程以增強(qiáng)工程意識(shí)為出發(fā)點(diǎn),強(qiáng)化課程思政教育,有效融入課程思政元素,提高學(xué)生的分析問題和解決問題的能力,使學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí),初步能夠設(shè)計(jì)滿足特定需求的功能材料及工藝流程,并在設(shè)計(jì)過程中體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí),綜合考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。
學(xué)生可以從大綱規(guī)定的題目中選擇一題作為課程設(shè)計(jì)的題目;題目也可以自擬,經(jīng)指導(dǎo)教師審核同意后作為課程設(shè)計(jì)的題目,一人一題。
在教學(xué)大綱中供學(xué)生選擇的題目有:×××電介質(zhì)陶瓷材料的制備;××× 半導(dǎo)體材料的制備;××× 磁性材料的制備;××× 絕緣材料的制備;××× 導(dǎo)電材料的制備;××× 光電材料的制備;×××陶瓷電容器材料的制備;×××電阻器材料的制備;×××電感器材料的制備和×××電池材料的制備等。以上“×××”代表某類功能材料體系,由學(xué)生結(jié)合大學(xué)階段所學(xué)的專業(yè)知識(shí),根據(jù)自己的興趣自擬,同時(shí)企業(yè)導(dǎo)師和本科生導(dǎo)師參與題目的擬定,并全過程指導(dǎo)課程設(shè)計(jì)。所有擬定的題目需由指導(dǎo)教師審核和討論后確定。
所有課程設(shè)計(jì)須包含以下內(nèi)容:所選題目涉及領(lǐng)域的應(yīng)用背景及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀;本課程設(shè)計(jì)擬解決的問題及預(yù)期達(dá)到的目的;設(shè)計(jì)的方案和總結(jié)。設(shè)計(jì)方案需包含以下幾點(diǎn):(1)選用的原材料及其性狀說明;(2)需運(yùn)用儀器設(shè)備及說明;(3)工藝流程及說明;(4)需采用的成分及微結(jié)構(gòu)分析手段(儀器)及說明;(5)需測(cè)試的物理化學(xué)性質(zhì)及測(cè)試方法說明。
課程設(shè)計(jì)采取以學(xué)生自學(xué)、自行查閱資料和設(shè)計(jì)方案為主,教師輔導(dǎo)相結(jié)合的學(xué)習(xí)方式,完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定的內(nèi)容,并規(guī)范地編寫出課程設(shè)計(jì)說明書。課程設(shè)計(jì)的基本要求為:(1)查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料、學(xué)位論文及書籍,詳細(xì)了解所選功能材料的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展方向等;(2)設(shè)計(jì)滿足某性能指標(biāo)的該功能材料的制備方案,并畫出設(shè)計(jì)制備方案的工藝流程圖;(3)所選材料、工藝參數(shù)要有合理的論證、比較和說明;(4)撰寫《課程設(shè)計(jì)》設(shè)計(jì)說明書。課程設(shè)計(jì)的其他要求為:(1)在查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)之上,確定具體設(shè)計(jì)或制備方案要有依據(jù);(2)繪圖規(guī)范、清晰、整潔、正確;(3)要求與課程設(shè)計(jì)有關(guān)的主要參考文獻(xiàn)閱讀數(shù)量不少于10 篇;(4)嚴(yán)格遵守作息時(shí)間,按時(shí)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)階段各項(xiàng)工作;(5)按課程設(shè)計(jì)撰寫規(guī)范撰寫出完整的課程設(shè)計(jì)說明書、并打印提交。
課程設(shè)計(jì)說明書的內(nèi)容包括:設(shè)計(jì)說明書封面(題目)、任務(wù)書、學(xué)生日志與師生見面情況表、課程設(shè)計(jì)考勤表和評(píng)語表、成績(jī)?cè)u(píng)分表、摘要和關(guān)鍵詞、目錄、正文、總結(jié)和心得體會(huì)、致謝和參考文獻(xiàn)。其中正文內(nèi)容至少包括四個(gè)章節(jié)(不強(qiáng)制要求章節(jié)按四章劃分,但應(yīng)至少包含以下四章的內(nèi)容)。第一章為緒論,描述所選功能材料的背景、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、材料結(jié)構(gòu)和性能等基本物理化學(xué)性質(zhì)等以及設(shè)計(jì)依據(jù);第二章為滿足某性能指標(biāo)的功能材料的制備方案設(shè)計(jì),學(xué)生根據(jù)所學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí),設(shè)計(jì)所選功能材料的制備方案,使其能達(dá)到任務(wù)書規(guī)定的性能指標(biāo),且設(shè)計(jì)的制備方案所選原材料、設(shè)備、工藝參數(shù)等都要有合理的論證、比較和說明,有依有據(jù);第三章為設(shè)計(jì)的制備方案的工藝流程圖,要求繪圖規(guī)范、清晰、整潔、正確。第四章為預(yù)期結(jié)果和可行性分析,要求學(xué)生合理分析設(shè)計(jì)方案所達(dá)到的預(yù)期結(jié)果,并根據(jù)所學(xué)專業(yè)知識(shí)詳細(xì)地分析其可行性。
教學(xué)采取線上線下結(jié)合的方式進(jìn)行。首先集中為學(xué)生講解課程的基本信息、題目選擇、主要內(nèi)容、基本要求和成績(jī)?cè)u(píng)定方式等,并建立網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)(如釘釘班級(jí)群),給予學(xué)生一周左右的時(shí)間選題,確定好題目后,通過學(xué)習(xí)平臺(tái)發(fā)給指導(dǎo)教師審核,審核通過后企業(yè)導(dǎo)師、本科生導(dǎo)師和指導(dǎo)教師共同下達(dá)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書,任務(wù)書的內(nèi)容至少包括:(1)查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn),詳細(xì)了解所選功能材料的背景、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀;(2)介紹所選功能材料的研究背景、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀,并詳細(xì)比較幾種制備該功能材料的原料選擇、制備方法、配方改進(jìn)或性能優(yōu)化方法的優(yōu)缺點(diǎn),確定達(dá)到的性能指標(biāo);(3)設(shè)計(jì)出合理的滿足規(guī)定性能指標(biāo)的該功能材料的制備方案;(4)畫出制備的詳細(xì)的設(shè)計(jì)工藝流程圖;(5)分析設(shè)計(jì)方案的可行性,并寫出總結(jié)及心得體會(huì)。任務(wù)書確定后,開始計(jì)算課程設(shè)計(jì)的課時(shí),進(jìn)入課程設(shè)計(jì)內(nèi)容。在學(xué)生做課程設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中,要求企業(yè)導(dǎo)師和本科生導(dǎo)師全程參與。此外,指導(dǎo)教師選定一個(gè)場(chǎng)所,作為答疑地點(diǎn)。學(xué)生遇到任何問題,可以通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)或者到答疑地點(diǎn)請(qǐng)指導(dǎo)教師解答。教師也通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái),實(shí)時(shí)監(jiān)督并指導(dǎo)學(xué)生的進(jìn)展情況,掌握并把握好課程設(shè)計(jì)進(jìn)程,并及時(shí)糾偏。學(xué)生課程設(shè)計(jì)說明書初稿編寫完成后,同學(xué)之間必須相互討論、互改,然后提交給指導(dǎo)教師進(jìn)行一對(duì)一修改指導(dǎo),最后定稿、打印、簽字并同時(shí)提交紙質(zhì)版和電子版說明書。所有課程設(shè)計(jì)及指導(dǎo)過程均需做好記錄,寫入課程設(shè)計(jì)說明書中的師生見面情況記錄頁(yè)。
在教學(xué)過程中,該課程充分融入課程思政內(nèi)容,思政元素和思政目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1 所示。
表1 《功能材料專業(yè)課程設(shè)計(jì)》課程思政
綜合學(xué)生在課程設(shè)計(jì)中的表現(xiàn)和提交的課程設(shè)計(jì)說明書質(zhì)量評(píng)定學(xué)生的考核成績(jī)??己顺煽?jī)實(shí)行結(jié)構(gòu)評(píng)分,按百分制給出最終成績(jī),其最終成績(jī)?cè)u(píng)定方法如表2 所示。
表2 《功能材料專業(yè)課程設(shè)計(jì)》學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)表
總體上,學(xué)生提交的課程設(shè)計(jì)說明書比較規(guī)范,達(dá)到了指導(dǎo)教師的預(yù)期效果。在內(nèi)容上,學(xué)生能夠在自己查閱文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上,了解和掌握所選功能材料的背景、現(xiàn)狀及基本性質(zhì),然后結(jié)合所學(xué)專業(yè)知識(shí),通過原材料選擇、制備方法優(yōu)劣、配方改進(jìn)或性能優(yōu)化方法的比較和論證,設(shè)計(jì)出了滿足一定性能要求的該功能材料的合理制備方案,畫出了工藝流程圖,預(yù)測(cè)達(dá)到的效果,并進(jìn)行合理的可行性分析,且所選原材料、工藝參數(shù)有相關(guān)的合理論證、比較和說明。根據(jù)課程2020 年的考核情況,課程目標(biāo)1 的達(dá)成度為87.7%,課程目標(biāo)2 的達(dá)成度為83.8%,課程總體達(dá)成度85.7%,完成了課程目標(biāo)的達(dá)成,達(dá)到畢業(yè)要求規(guī)定的指標(biāo)值。
按所設(shè)計(jì)的教學(xué)方法,學(xué)生學(xué)習(xí)本課程后,通過問卷星對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行了調(diào)查。問卷設(shè)置了三個(gè)單選題,分別為:(1)您對(duì)本課程的教學(xué)目標(biāo)與知識(shí)、能力培養(yǎng)要求了解的程度;(2)通過本課程的學(xué)習(xí),您的收獲情況;(3)您認(rèn)為學(xué)習(xí)《功能材料專業(yè)課程設(shè)計(jì)》對(duì)畢業(yè)后工作或繼續(xù)學(xué)習(xí)的幫助情況。2017 級(jí)我校本專業(yè)學(xué)生共41 人,參與調(diào)查的學(xué)生有35 人,調(diào)查結(jié)果如圖1 所示。結(jié)果顯示,通過本課程的學(xué)習(xí),77% 左右的學(xué)生對(duì)課程的教學(xué)目標(biāo)與知識(shí)、能力培養(yǎng)要求的了解程度達(dá)90%以上,其余學(xué)生也能達(dá)75~89%。這說明,所設(shè)計(jì)的教學(xué)方法可以讓學(xué)生很好地了解和掌握課程目標(biāo)及培養(yǎng)要求。另外,97% 的學(xué)生認(rèn)為通過該課程的學(xué)習(xí),可以為本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),且97% 左右的學(xué)生認(rèn)為該課程的學(xué)習(xí)對(duì)畢業(yè)后工作或繼續(xù)深造的幫助很大或較大(分別為65.71%和31.43%)。其原因主要為課程設(shè)計(jì)的說明書編寫參照了《西南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)撰寫規(guī)范》,通過學(xué)生自己查閱資料,讓學(xué)生結(jié)合大學(xué)期間所學(xué)的所有知識(shí),以學(xué)生為中心,指導(dǎo)教師為輔的教學(xué)方式,解決設(shè)計(jì)過程中遇到的各種問題,設(shè)計(jì)滿足性能要求的某種功能材料的制備方案,不僅鍛煉了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力,還規(guī)范和提高了學(xué)生的寫作能力。
圖1 《功能材料專業(yè)課程設(shè)計(jì)》問卷調(diào)查結(jié)果
此外,調(diào)查還設(shè)置了兩個(gè)主觀問題,以調(diào)查學(xué)生對(duì)本課程學(xué)習(xí)的總體評(píng)價(jià)(包括學(xué)習(xí)目的、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)效果等)和建議/ 意見。在總體評(píng)價(jià)方面,調(diào)查顯示,學(xué)生認(rèn)為課程的學(xué)習(xí)目的明確,態(tài)度良好,效果較佳;輔導(dǎo)模式較好;通過課程設(shè)計(jì),從文獻(xiàn)查閱、作圖、到論文格式的修改,都有了很大的提升,對(duì)格式規(guī)范性有更強(qiáng)的意識(shí),對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)寫作有較大用處;提前了解到了相關(guān)的工藝流程,產(chǎn)品性能,裝置使用和注意事項(xiàng)等;掌握了論文書寫格式和敘述順序。通過過程監(jiān)控,學(xué)習(xí)態(tài)度變好,學(xué)習(xí)目的變強(qiáng)。但也部分學(xué)生認(rèn)為自己的學(xué)習(xí)態(tài)度可以更積極些。在建議/ 意見方面,學(xué)生認(rèn)為課程設(shè)計(jì)的時(shí)間較為緊張,導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案未能充分周全考慮;在細(xì)節(jié)上,認(rèn)為可以在專業(yè)課程開設(shè)作圖軟件的訓(xùn)練課程,避免畫工藝流程圖吃力且作圖不規(guī)范;適當(dāng)延長(zhǎng)課程設(shè)計(jì)時(shí)間,在剛開始的時(shí)候給往屆學(xué)生的課程設(shè)計(jì)說明書樣文做參考,有利于具體地了解課程內(nèi)容和說明書規(guī)范;加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)或平臺(tái)過程監(jiān)控。
經(jīng)過查閱資料、討論、編寫說明書、畫工藝流程圖等環(huán)節(jié),學(xué)生學(xué)到了不少以前理論課程中未涉及到的知識(shí),提高了學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)工具和數(shù)據(jù)庫(kù)查閱、分析和總結(jié)學(xué)術(shù)資料的能力,提升了學(xué)生綜合分析問題能力和實(shí)踐能力,學(xué)生基本能綜合運(yùn)用功能材料相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)和查閱資料,設(shè)計(jì)某種功能材料制備方案。通過編寫說明書,提高學(xué)生的技術(shù)文件整理、寫作及語言表達(dá)能力。通過兩年的實(shí)踐,仍然后諸多不足,總結(jié)如下:(1)課程時(shí)間緊迫,僅有一周的時(shí)間,而設(shè)計(jì)需要學(xué)生綜合應(yīng)用《材料科學(xué)基礎(chǔ)》《材料合成與制備》等多門專業(yè)基礎(chǔ)課程的相關(guān)知識(shí),這些知識(shí)通常貫穿了大學(xué)所學(xué)的大多數(shù)課程,需加以融會(huì)貫通才能順利進(jìn)行;(2)指導(dǎo)教師需加強(qiáng)在課程設(shè)計(jì)進(jìn)程中利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行過程監(jiān)控;(3)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)加強(qiáng)與工程應(yīng)用方面聯(lián)系,以提高學(xué)生的工程意識(shí)。大多數(shù)學(xué)生的設(shè)計(jì)方案只從理論上進(jìn)行了設(shè)計(jì),且局限于實(shí)驗(yàn)室小批量的制備方案,學(xué)生的實(shí)際操作和工程制備考慮較少;(4)需進(jìn)一步加強(qiáng)工藝流程圖的規(guī)范性和合理性、制備方案的可行性分析的指導(dǎo);(5)雖然企業(yè)導(dǎo)師和本科生導(dǎo)師也參與了課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo),但具有豐富工程經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)指導(dǎo)教師的參與度還應(yīng)加強(qiáng)。
本文闡述了基于OBE 理念的《功能材料專業(yè)課程設(shè)計(jì)》的課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和過程的探索,以及課程目標(biāo)達(dá)成情況、教學(xué)反饋和教學(xué)改進(jìn)意見。我校《功能材料專業(yè)課程設(shè)計(jì)》包括選題、任務(wù)書的下發(fā)、文獻(xiàn)調(diào)研、比較論證、制備方案設(shè)計(jì)、工藝流程圖的繪制、預(yù)期結(jié)果和方案的可行性的分析、課程設(shè)計(jì)說明書的編寫等內(nèi)容,根據(jù)課程考核和學(xué)生反饋情況,本課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法能很好的支撐課程目標(biāo),達(dá)到畢業(yè)要求規(guī)定的指標(biāo)值。本課程的教學(xué)理念,強(qiáng)化了學(xué)生應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng),有效地融入了思政元素,滿足了基于OBE 理念和工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求,有利于培養(yǎng)出競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的應(yīng)用型和創(chuàng)新型技術(shù)人才,更好地為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)。