新工科背景下冶金實(shí)驗(yàn)研究方法課程教改探索*

王喜然，王 維，姚 懷，劉 偉

(河南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 洛陽 471023)

世界范圍內(nèi)新一輪科技革命的興起，新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式、新產(chǎn)業(yè)為代表的新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展和“一帶一路”、“中國制造 2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等國家重大戰(zhàn)略的實(shí)施，對工程科技人才提出了更高的要求，使得高等學(xué)校工程教育的改革和發(fā)展面臨新的問題和挑戰(zhàn)[1-3]。教育部于2017年以來發(fā)布《教育部高等教育司關(guān)于開展“新工科”研究與實(shí)踐的通知》等系列文件，提出工程教育的新理念、學(xué)科專業(yè)的新結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)的新模式、教育教學(xué)的新質(zhì)量、分類發(fā)展的新體系五個(gè)“新”工程教育改革戰(zhàn)略，并積極推進(jìn)新工科建設(shè)和工程教育改革創(chuàng)新[4-6]。同時(shí)，為了落實(shí)三全育人的思想和推進(jìn)高校思政教育，實(shí)現(xiàn)高等學(xué)校專業(yè)知識(shí)傳授、專業(yè)能力培養(yǎng)和價(jià)值觀重塑三位一體的育人目標(biāo)，就必須積極推動(dòng)高校的課程改革[7-9]。

專業(yè)課作為高等教育人才培養(yǎng)課程體系中的重要組成部分，在完善學(xué)生專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)創(chuàng)新性思維及工程應(yīng)用能力、開闊專業(yè)視野、促進(jìn)學(xué)生個(gè)性化發(fā)展、適應(yīng)社會(huì)就業(yè)需求等方面起著不可替代的作用。因此，培養(yǎng)具有“創(chuàng)新、創(chuàng)造、創(chuàng)業(yè)”能力的“新工科”技術(shù)人才，必須重視高等學(xué)校中專業(yè)課的教育改革和創(chuàng)新。冶金實(shí)驗(yàn)研究方法是冶金工程專業(yè)重要的一門專業(yè)選修課，是集理論、實(shí)踐和創(chuàng)新于一體的綜合性課程，有很強(qiáng)的實(shí)用性。在“新工科”背景下，如何在有限學(xué)時(shí)內(nèi)完成課程的講授，并將思政教育融入課堂，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生冶金實(shí)驗(yàn)研究技能、專業(yè)知識(shí)工程運(yùn)用能力和創(chuàng)新能力，成為任課老師亟待解決的問題。為此，本文從以下幾個(gè)方面，針對冶金實(shí)驗(yàn)研究方法課程的教學(xué)改革進(jìn)行了相關(guān)探索。

1 切合畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，明確教學(xué)目標(biāo)

冶金工程專業(yè)畢業(yè)要求的中心是培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析并解決冶金領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力，設(shè)計(jì)冶金工藝方案及實(shí)施工程實(shí)驗(yàn)的專業(yè)能力和非專業(yè)素養(yǎng)[10]。在新工科背景下，結(jié)合工程認(rèn)證和畢業(yè)要求，從提高學(xué)生知識(shí)、實(shí)踐能力，特別是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)分析冶金工程問題、解決問題的能力出發(fā)，將該課程內(nèi)容分解為三大部分，各知識(shí)體系關(guān)系如圖1所示。該課程要求學(xué)生掌握冶金實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，并解決工業(yè)生產(chǎn)所遇到的復(fù)雜問題，擁有從事冶金工程專業(yè)及其相關(guān)專業(yè)科研、生產(chǎn)的基本技能。

圖1 冶金實(shí)驗(yàn)研究方法的課程知識(shí)體系

2 優(yōu)化配置課程內(nèi)容

本校開設(shè)的《冶金實(shí)驗(yàn)研究方法》課程目前授課學(xué)時(shí)為24個(gè)。為了保證在較少學(xué)時(shí)內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)和實(shí)現(xiàn)課程的教學(xué)目標(biāo)，同時(shí)解決多門課程間授課內(nèi)容相互重復(fù)的問題，對該課程內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化，刪減了與其他課程內(nèi)容重復(fù)的部分，如化學(xué)平衡與相平衡章節(jié)和物理化學(xué)、冶金原理課程中的內(nèi)容重復(fù)，現(xiàn)代檢測技術(shù)章節(jié)和冶金及材料分析檢測技術(shù)課程中的內(nèi)容重復(fù)等。這部分教學(xué)內(nèi)容由學(xué)生自主學(xué)習(xí)，以作業(yè)的形式反饋給老師，考核其對該知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。同時(shí)，關(guān)注學(xué)科的前沿動(dòng)態(tài)，將學(xué)科新發(fā)現(xiàn)、新理論、新工藝、新的科研成果融入日常教學(xué)中，拓寬學(xué)生的專業(yè)視野，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3 利用各種教學(xué)手段，多途徑呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容

冶金實(shí)驗(yàn)研究方法課程的特點(diǎn)之一是涉及的知識(shí)點(diǎn)，設(shè)備多，且需要通過大量實(shí)例來講解。利用黑板板書講解復(fù)雜理論公式的推導(dǎo)(如固體電解質(zhì)電子導(dǎo)電率)和理論概念(如固體電解質(zhì)電池工作原理、熱電偶熱電勢等)時(shí)，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。課程中涉及的大量設(shè)備，實(shí)驗(yàn)室無法全部提供給學(xué)生觀摩和操作，設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)及工作實(shí)況(如機(jī)械泵、斯科特容量計(jì)等)也很難通過黑板上板書講解清楚。因此，在講解理論概念或設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作過程時(shí)，充分借助聲、像、動(dòng)畫、視頻等方式，生動(dòng)直觀的展現(xiàn)課程知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對所學(xué)知識(shí)的理解，以提高教學(xué)效果。冶金實(shí)驗(yàn)的前沿研究要使用許多精密的實(shí)驗(yàn)、檢測儀器，如掃描電鏡、透射電鏡、X射線衍射儀等，這部分儀器價(jià)格昂貴、數(shù)量稀少，無法對本科生全部開放，故在進(jìn)行粉體形貌分析實(shí)例講解時(shí)，借助多媒體進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的介紹，以彌補(bǔ)學(xué)生在該方面的不足。

同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生充分利用互聯(lián)網(wǎng)、電子圖書、圖書館資料等豐富的教學(xué)資源，自主進(jìn)行文獻(xiàn)檢索和資料查找，完成自學(xué)、預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)等學(xué)習(xí)任務(wù)。充分發(fā)揮微信、“雨課堂”等相關(guān)軟件的作用，鼓勵(lì)學(xué)生展開線上實(shí)時(shí)討論、答疑，加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)，交流、 探索有興趣的方向和領(lǐng)域，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)的意識(shí)和能力。

4 思政融入課堂

為了貫徹執(zhí)行教育部印發(fā)的《高校思想政治工作質(zhì)量提升工程實(shí)施綱要》中提出要大力推動(dòng)“課程思政”為目的的課堂教學(xué)改革，實(shí)現(xiàn)思想政治教育與知識(shí)體系教育的有機(jī)統(tǒng)一，根據(jù)冶金實(shí)驗(yàn)研究方法課程內(nèi)容，充分發(fā)掘思政元素，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，潛移默化接受思政教育，引導(dǎo)學(xué)生形成正確的價(jià)值觀和世界觀。

根據(jù)課程的特點(diǎn)，思政元素融入日常教學(xué)。在講解相關(guān)公式推導(dǎo)的過程中，注重培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性。在講解實(shí)驗(yàn)誤差對于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可疑值的舍棄時(shí)，教育學(xué)生應(yīng)該實(shí)事求是、去偽存真、明辨是非，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)，樹立求是信念。講解試驗(yàn)設(shè)計(jì)部分時(shí)，強(qiáng)調(diào)合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)可以節(jié)約成本、縮短時(shí)間，且達(dá)到良好的實(shí)驗(yàn)效果；同時(shí)拓展設(shè)計(jì)理念，引導(dǎo)學(xué)生對生活、未職業(yè)及人生路途進(jìn)行合理的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。通過固體電解質(zhì)傳感器在鋼鐵生產(chǎn)中提高產(chǎn)品質(zhì)量的實(shí)例講解，激發(fā)學(xué)生學(xué)以致用的信心和專業(yè)自豪感，增強(qiáng)學(xué)習(xí)動(dòng)力，為我國從鋼鐵大國邁向鋼鐵強(qiáng)國貢獻(xiàn)自己的力量。講解溫度的測量方法和原理時(shí)，聯(lián)系到目前體溫測是人們外出必檢的一項(xiàng)內(nèi)容，鼓勵(lì)學(xué)生抗擊新冠疫情，提高共同應(yīng)對突發(fā)社會(huì)重大事件的能力。在講解氣體中雜質(zhì)的危害及氣體凈化方面的知識(shí)時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生思考面對新時(shí)代的使命和擔(dān)當(dāng)該如何凈化自身的思想，排除不良思潮的影響，磨煉堅(jiān)定自己的意志，樹立對社會(huì)的責(zé)任、對國家的忠誠。通過粉體熔體物性之間相互影響的講解，引導(dǎo)學(xué)生要明辨事物之間的聯(lián)系，采用唯物辯證思維的方法看待問題。

在冶金實(shí)驗(yàn)研究方法教學(xué)過程中，通過依托具體的專業(yè)知識(shí)點(diǎn)，把握好課程教學(xué)的切入點(diǎn)，融入課程思政元素，因勢利導(dǎo)開展思政教育，同步實(shí)現(xiàn)學(xué)生專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)與道德情操的培養(yǎng)。

5 實(shí)踐環(huán)節(jié)

在“新工科”和工程認(rèn)證背景下，實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)在人才培養(yǎng)的過程中起著重要作用，理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，更有利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)[11]。冶金實(shí)驗(yàn)研究方法課程與實(shí)踐環(huán)節(jié)的緊密結(jié)合，能夠很好的促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立科研意識(shí)和工程技術(shù)能力的提高。

目前，我校冶金實(shí)驗(yàn)研究方法課程以課堂教學(xué)為主，實(shí)驗(yàn)教學(xué)并入冶金專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程及綜合技能訓(xùn)練中。同時(shí)，該課程知識(shí)的實(shí)踐應(yīng)用還貫穿在冶金專業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)。冶金實(shí)驗(yàn)研究常用的基本技術(shù)、設(shè)備和測試分析儀器的選擇、操作及維護(hù)等(如電阻爐、馬弗爐、真空干燥箱等)，學(xué)生可以通過冶金專業(yè)實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)進(jìn)行直觀了解和掌握。冶金工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練、畢業(yè)設(shè)計(jì)和課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，需要學(xué)生文獻(xiàn)查閱，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，然后根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)安排、選擇設(shè)備、搭建實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)施實(shí)驗(yàn)，并通過文獻(xiàn)分析結(jié)果解決實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題，分析和處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案(如采用極差法或方差法進(jìn)行方案的篩選)，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行理論分析并與文獻(xiàn)結(jié)果對比，提出創(chuàng)新點(diǎn)，最后撰寫科學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告、論文或說明書。學(xué)生在冶金專業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)過程中，將冶金實(shí)驗(yàn)研究方法課程知識(shí)在生產(chǎn)實(shí)際中進(jìn)行印證和應(yīng)用，如真空技術(shù)在煉鋼爐外精煉中的應(yīng)用，二氧化鋯氧傳感器測定鋼液中的氧含量等。

同時(shí)，為學(xué)生提供綜合的軟、硬件實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生可以根據(jù)自己的情況參加“自主實(shí)踐”，如進(jìn)行開放性實(shí)驗(yàn)，參加冶金虛擬仿真煉鋼訓(xùn)練及大學(xué)生科研訓(xùn)練項(xiàng)目等，激發(fā)科學(xué)實(shí)驗(yàn)興趣和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)和提高個(gè)體特長和優(yōu)勢。

在冶金實(shí)驗(yàn)研究方法課堂教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)的有機(jī)結(jié)合，圓滿實(shí)現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)。在此過程中，學(xué)生把學(xué)過的課堂知識(shí)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容聯(lián)系起來，理論知識(shí)得到了很好的鞏固和應(yīng)用，自主學(xué)習(xí)能力、科學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合技能、理論應(yīng)用于實(shí)際、獨(dú)立思考、分析及解決實(shí)際問題的能力也大大提高。

6 結(jié) 語

在新工科的背景下，高等學(xué)校教育改革、學(xué)生培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)變均圍繞知識(shí)型、技能型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行。冶金實(shí)驗(yàn)研究方法作為冶金工程專業(yè)重要的選修課之一，從課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、實(shí)踐環(huán)節(jié)、思政教育等方面進(jìn)行的改革和創(chuàng)新，促進(jìn)了教學(xué)效果的提升和培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成；同時(shí)，課程思政教育與專業(yè)知識(shí)的融合，努力實(shí)現(xiàn)“三全育人”的要求，增強(qiáng)了學(xué)生的專業(yè)情懷，加強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感，使得學(xué)生樹立科學(xué)的價(jià)值觀和人生觀學(xué)生綜合素質(zhì)的提高，從而促進(jìn)現(xiàn)代化“新”的高素質(zhì)冶金人才的培養(yǎng)。