基于培養(yǎng)工匠精神的“無機非金屬材料學(xué)”課程教學(xué)實踐

張 浩 歐陽曉妍 羅穗蓮

(華南師范大學(xué) 化學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510631)

工匠一般指從事器物制作的人，工匠精神狹義指凝結(jié)在工匠身上、廣義指凝結(jié)在所有人身上的，制作或工作中精益求精的態(tài)度和品質(zhì)[1]。工匠精神一直以來都是中華民族的優(yōu)良傳統(tǒng)，從古至今，我國涌現(xiàn)了一批又一批的能工巧匠，他們推動著時代的前進與發(fā)展。工匠精神作為新時代技術(shù)人才應(yīng)具備的基本素質(zhì)，如何在高校課程中融入相應(yīng)培養(yǎng)內(nèi)容成為目前思政教育的一個研究方向。

“無機非金屬材料學(xué)”作為我校材料化學(xué)專業(yè)的專業(yè)必修課，是關(guān)于無機非金屬材料的成分和組織結(jié)構(gòu)、材料性質(zhì)、制備工藝、使用性能以及他們之間相互關(guān)系的一門基礎(chǔ)課程[2]。“無機非金屬材料學(xué)”作為必修課程，在教學(xué)中對標(biāo)“會創(chuàng)新、會創(chuàng)業(yè)、善應(yīng)用”的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，以“培養(yǎng)什么樣的人”定位課程，結(jié)合無機非金屬材料發(fā)展史實、科學(xué)家的故事、生產(chǎn)生活中的無機材料以及當(dāng)代前沿研究等內(nèi)容，通過課內(nèi)教學(xué)和課外教學(xué)相結(jié)合的方式將課程思政融入課堂之中。工匠精神作為課程思政中的一個重要元素，同時也是材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生所必須具備的專業(yè)精神。如何在無機非金屬材料學(xué)課程中將實際生產(chǎn)生活與專業(yè)知識進行結(jié)合，進而融入對學(xué)生工匠精神的培養(yǎng)是一個值得思考的問題。

作者以“無機非金屬材料學(xué)”中的“玻璃的成型”課堂教學(xué)設(shè)計為例，對基于工匠精神培養(yǎng)的課程教學(xué)進行初步探索。

1 “玻璃的成型”教學(xué)內(nèi)容簡介

“玻璃的成型”是“無機非金屬材料學(xué)”中工藝設(shè)備模塊的一節(jié)重要課程，學(xué)生將在這一節(jié)課中學(xué)習(xí)到玻璃成型的工藝以及相關(guān)知識，具有良好的實用性。該節(jié)課程選用的教材是姜建華主編、化學(xué)工業(yè)出版社出版的《無機非金屬材料工藝原理》[3]。其中有關(guān)玻璃成型方面的教學(xué)內(nèi)容主要包括：(1)日常玻璃的成型方法(人工成型、機械成型)；(2)平板玻璃的成型方法(浮法成型、垂直引上法成型、平拉法成型、延壓法成型)；(3)基板玻璃的制備(浮法成型、溢流下拉法、狹縫下拉法)。該部分內(nèi)容計劃教學(xué)時數(shù)為2學(xué)時。

2 “玻璃的成型”課程設(shè)計

2.1 教學(xué)目標(biāo)

(1) 知識目標(biāo)：①掌握玻璃成型流程具體內(nèi)容及原理；②把握材料的組成、結(jié)構(gòu)、工藝和性能之間的聯(lián)系，并能對其影響因素進行綜合分析；③了解玻璃成型的新技術(shù)，了解基板玻璃組成和工藝。

(2) 能力目標(biāo)：①具有自我完善能力及可持續(xù)發(fā)展的潛力；②增強認(rèn)識自我、管理自我的能力，具有團隊協(xié)作能力和包容他人的能力。

(3) 思政目標(biāo)：①通過對玻璃成型工藝的學(xué)習(xí)，具有精益求精、追求創(chuàng)新的工匠精神；②通過對基板玻璃市場情況的分析，了解我們國家的技術(shù)發(fā)展情況，增強家國情懷。

2.2 教學(xué)設(shè)計

結(jié)合本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容，為了實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，作者嘗試使用“三段式”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，從課前、課中以及課后的時間維度上設(shè)計該節(jié)課的教學(xué)過程。

圖1 翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)設(shè)計

第一階段為課前導(dǎo)學(xué)階段。課前教師在勵儒云課堂平臺上發(fā)布任務(wù)，上傳PPT、教材、科研前沿內(nèi)容、工藝流程等學(xué)習(xí)資源，學(xué)生根據(jù)小組分工在觀看教學(xué)資源之后，合力完成教學(xué)任務(wù)并在小組間與同學(xué)和老師進行在線交流和評價。課堂平臺上教師根據(jù)學(xué)生完成的情況及問題反饋，分析教學(xué)的重點和難點。這一階段的目的在于讓學(xué)生在課前了解玻璃成型和基板玻璃相關(guān)的知識，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，鍛煉學(xué)生的自我完善能力以及可持續(xù)發(fā)展的潛力。

第二階段為課中研學(xué)階段。課堂教學(xué)分為3個步驟：首先教師對教學(xué)的重點和難點進行講解，讓學(xué)生結(jié)合課前自學(xué)的內(nèi)容掌握材料的組成、結(jié)構(gòu)和性能之間的聯(lián)系，并對其影響因素進行綜合分析；然后，教師根據(jù)講解的內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，教師提出問題和案例，引導(dǎo)學(xué)生分組進行深入討論，并聽取各組的討論結(jié)果，在小組討論的過程中讓學(xué)生感受團隊的力量，相互交流，相互學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作以及包容他人的能力；教師在聽取學(xué)生的討論結(jié)果后進行分析總結(jié)，深化在玻璃成型工藝教學(xué)中滲透的工匠精神，加強對于學(xué)生精益求精、追求創(chuàng)新的工匠精神的培養(yǎng)。

第三階段為課后練學(xué)階段。學(xué)生在課后需要完成教師在勵儒云課堂平臺上發(fā)布的拓展型任務(wù)，通過對開放性問題的回答檢驗并加強學(xué)生對工匠精神的理解。

2.3 課程教學(xué)案例——我國基板玻璃技術(shù)的突破

教師在“玻璃的成型”這一節(jié)教學(xué)中使用關(guān)于我國基板玻璃技術(shù)的突破作為教學(xué)素材，在課前自學(xué)和課中研學(xué)的過程中都可作為工匠精神培養(yǎng)的載體。

21世紀(jì)最為主流的彩色平板顯示技術(shù)即TFT-LCD(薄膜晶體管液晶顯示器)，因其具有有效顯示尺寸大、清晰度高、重量輕、環(huán)保性能好等優(yōu)勢而逐漸取代了傳統(tǒng)的CRT(陰極射線管)型產(chǎn)品。而TFT-LCD基板玻璃是TFT-LCD顯示器面板的前后兩片關(guān)鍵玻璃材料，是TFT-LCD顯示器面板的重要組成部分，也是TFT-LCD發(fā)展的重要制約因素[4]。

TFT-LCD基板玻璃作為新型高技術(shù)玻璃，與傳統(tǒng)的鈉鈣硅玻璃不同，它具有尺寸精度高、熱穩(wěn)定性高、耐化學(xué)腐蝕性好、表面和內(nèi)部缺陷少、熱膨脹系數(shù)適宜、輕質(zhì)高強度等特點，可以說是一項高技術(shù)集結(jié)的發(fā)明，其生產(chǎn)工藝的難度可想而知。

目前TFT基板玻璃領(lǐng)域市場頭部企業(yè)有美國Corning、日本Asahi Glass和NEG。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2019年這3家公司分別占據(jù)TFT基板玻璃市場份額的50%、25.8%和19.6%，合計超過95%[5]。國際TFT基板玻璃的市場和先進的生產(chǎn)技術(shù)幾乎都被美國公司和日本公司所壟斷。

面對國外企業(yè)的壟斷和技術(shù)封鎖，在國家政策傾斜以及國內(nèi)本土廠商的多年積累下，我國目前也具備了8.5代TFT-LCD基板玻璃核心生產(chǎn)技術(shù)，并已建成第一座8.5代TFT-LCD玻璃基板生產(chǎn)基地[6]。2020年因為疫情的影響，日本、韓國TFT-LCD生產(chǎn)廠家不斷減產(chǎn)和關(guān)閉，全球平板顯示行業(yè)生產(chǎn)及加工中心加速向我國轉(zhuǎn)移。目前大陸建成投產(chǎn)及在建的高世代TFT-LCD/OLED(Organic Light-Emitting Diode)面板生產(chǎn)線達21條，另有3條生產(chǎn)線在規(guī)劃建設(shè)，我國的產(chǎn)能將近達到全球產(chǎn)能的60%，面板生產(chǎn)的快速發(fā)展對上游TFT-LCD超薄基板玻璃的生產(chǎn)和發(fā)展起到極強的推動作用[7]。我國的基板玻璃生產(chǎn)還有非常廣闊的市場和發(fā)展空間。

超薄玻璃基板定義為厚度≤1.1 mm且>0.1 mm的玻璃。而我國的超薄基板從1988年四川依安玻璃廠以平拉法產(chǎn)出0.5～1 mm的玻璃到2001年建立我國首條浮法玻璃生產(chǎn)線，再到2011年突破0.5 mm生產(chǎn)出0.45 mm STN級超薄玻璃，到2014年的0.33 mm、2015年的0.25 mm、2016年的0.15 mm，直到2018年4月，0.12 mm超薄浮法電子玻璃下線，創(chuàng)造了浮法技術(shù)工業(yè)化生產(chǎn)的世界最薄玻璃記錄[8]。一代又一代超薄玻璃的發(fā)展歷程讓學(xué)生看到了身為材料行業(yè)的研究人員需要的精益求精的工匠精神，無論在學(xué)習(xí)、研究還是工作中，都應(yīng)該有這種做到最好的追求，鉆研技術(shù)，追求質(zhì)量。

3 結(jié)語

“玻璃的成型”作為“無機非金屬材料學(xué)”這門課程中工藝設(shè)備模塊的一節(jié)重要內(nèi)容，作者以我國基板玻璃發(fā)展歷史作為教學(xué)載體，利用實際生產(chǎn)工藝的發(fā)展設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生工匠精神的翻轉(zhuǎn)課堂，讓學(xué)生認(rèn)識到學(xué)習(xí)生活中需要具有追求卓越、精益求精的精神，更讓學(xué)生認(rèn)識到自己所學(xué)的專業(yè)領(lǐng)域?qū)ι鐣畹膬r值，建立忠誠的崗位意識，加強對行業(yè)的宏觀認(rèn)識，從而將工匠精神融入學(xué)生的個人素養(yǎng)發(fā)展之中。