學(xué)科競賽提升材料專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)＊
——以金相大賽為例

董家亮

（貴州民族大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，貴州 貴陽 520025）

引言

材料是指人類可以利用的物質(zhì)，材料的歷史貫穿人類的整個文明，人類文明可以根據(jù)不同材料的使用，劃分為舊石器時代、新石器時代、青銅器時代、鐵器時代等，由此可見材料的發(fā)展對人類社會具有極其深刻的影響[1]。材料的發(fā)展也標(biāo)志著人類進(jìn)步，材料的設(shè)計和制造工藝推動著工程技術(shù)的發(fā)展。一種新材料的出現(xiàn)，必將有力推動文明的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展。因此，材料是工業(yè)的基礎(chǔ)之一，高等教育中培養(yǎng)高素質(zhì)新時代材料類專業(yè)人才是社會發(fā)展、國家發(fā)展的迫切要求。材料專業(yè)主要包含材料科學(xué)和材料工程的兩個領(lǐng)域，掌握材料的制備與組成、組織結(jié)構(gòu)和性能之間的映射關(guān)系，專業(yè)課涉及的內(nèi)容比較豐富，難度比較大，如何提高材料專業(yè)課程教學(xué)質(zhì)量是焦點問題。其中，金屬材料是至關(guān)重要的方向，在金屬材料專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中，如何提高教學(xué)質(zhì)量，提升教學(xué)效果，培養(yǎng)大學(xué)生分析和解決材料領(lǐng)域問題的能力是焦點所在[2]。材料學(xué)科的飛速發(fā)展對教學(xué)又提出了新的要求，創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)要求有創(chuàng)新性教學(xué)內(nèi)容的加入，因此對現(xiàn)有的教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法進(jìn)行創(chuàng)新性改革是我們面臨的一個艱巨任務(wù)[3]。全國大學(xué)生金相技能大賽是在2012年由清華大學(xué)等高校聯(lián)合發(fā)起的一項大學(xué)生賽事，后成為一項全國性大學(xué)生賽事，并得到教育部有關(guān)部門認(rèn)可。該賽事貫徹落實“以賽促教、以賽促學(xué)、以賽促創(chuàng)、賽教一體”，積極參與學(xué)科競賽，對提高材料科學(xué)人才的培養(yǎng)質(zhì)量起到明顯的促進(jìn)作用。

一、專業(yè)課程教學(xué)中存在的問題

1.課程內(nèi)容多，理論深奧，學(xué)習(xí)枯燥

材料專業(yè)課程內(nèi)容非常豐富，涵蓋晶體結(jié)構(gòu)學(xué)、擴散、材料塑性變形、相圖、相變以及材料物理化學(xué)等相關(guān)內(nèi)容，課程中的知識點繁多，理論性強，學(xué)生學(xué)起來相對比較枯燥，容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒。遇到不能深入理解知識點時，學(xué)生就會產(chǎn)生排斥情緒。特別是，材料專業(yè)基礎(chǔ)課程的授課中普遍存在許多專業(yè)概念難以理解，學(xué)習(xí)興趣受挫。對應(yīng)地，遇到學(xué)生不認(rèn)真學(xué)習(xí)、消極對待授課時，教師的教學(xué)熱情也會被消磨降低，從而使教學(xué)氣氛差，師生無法互動，教學(xué)質(zhì)量低下。

2.教學(xué)方式單一，教學(xué)方法陳舊

目前專業(yè)課的教學(xué)主要教師講授為主，學(xué)生深入學(xué)習(xí)的興趣比較低，仍然停留于較低的認(rèn)知層次。同時由于理論推導(dǎo)、公式證明過程比較難，所以基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生經(jīng)常對此漠不關(guān)心。此后形成惡性循環(huán)，對于專業(yè)課程相關(guān)內(nèi)容不能充分理解，沒有積極的正面反饋，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性越小，學(xué)習(xí)效果越差。

3.課程安排不合理

材料專業(yè)作為工科中非常重要的一個領(lǐng)域，它的本質(zhì)更是一種實踐學(xué)科。不僅要傳授學(xué)生專業(yè)知識，更重要的是通過專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生在材料領(lǐng)域從事教學(xué)與研究、技術(shù)開發(fā)與生產(chǎn)及經(jīng)營管理等方面工作的能力，成為推動社會主義市場經(jīng)濟發(fā)展的全面發(fā)展的高素質(zhì)人才。因此專業(yè)課程內(nèi)容廣泛。但是目前存在為適應(yīng)人才培養(yǎng)的需要，減少材料專業(yè)基礎(chǔ)課程課時的情況，造成不少知識點不在授課范圍，同時高校盡管也重視實驗教學(xué)，但重視程度仍然不夠，特別是學(xué)生的主觀能動性不夠，而且實驗教學(xué)由于課程安排的限制，學(xué)生實踐學(xué)習(xí)的效果不佳。課程安排不合理，必然導(dǎo)致教師側(cè)重于考點的教授，忽視了對學(xué)生在專業(yè)課完整框架的構(gòu)建，，學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)在一定程度上被弱化了。

4.教學(xué)評價單一

傳統(tǒng)教學(xué)模式中，學(xué)業(yè)的評價標(biāo)準(zhǔn)主要是以平時成績和期末考試成績?yōu)橹鳎處煹慕K結(jié)性評價占據(jù)絕對作用，而學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的過程性評價被忽略了，這種評價標(biāo)準(zhǔn)沒有考慮到工學(xué)一體理念，并沒有對標(biāo)實際工作[4]?？己嗽u價方式不全面，學(xué)生真實的學(xué)習(xí)效果沒有被真實體現(xiàn)，出現(xiàn)存在只為混學(xué)分的學(xué)生的情況，同時也會導(dǎo)致學(xué)生中不良的學(xué)風(fēng)。

二、以賽促教，促進(jìn)教學(xué)提升

1.促教一線教師交流，提升教學(xué)質(zhì)量

高校實驗教學(xué)一線教師缺乏交流機會，閉門造車，教學(xué)方案改進(jìn)、教學(xué)質(zhì)量提升有限。以金相大賽為契機和依托，可以多次開展實驗教學(xué)研討會，針對教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等各個方面開展交流分享，大大提高各參賽高校的材料學(xué)科實驗教學(xué)水平，促進(jìn)實驗教學(xué)質(zhì)量提升。通過參加學(xué)科競賽，教師更加深入地了解了一體化課程模式，將理論教學(xué)和實踐教學(xué)融為一體，將專業(yè)學(xué)習(xí)和工作實踐融為一體，將能力培養(yǎng)和教學(xué)工作融為一體。老師們的教育理念有了很大的轉(zhuǎn)變，更加深刻的認(rèn)識和理解了全新的教育理念，將之充分應(yīng)用到日常教學(xué)當(dāng)中。依托學(xué)科競賽，高校教師們可以不斷改革教學(xué)方式，豐富教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)出很多富有創(chuàng)意的課堂形式和內(nèi)容，通過創(chuàng)新不斷激發(fā)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的效率，從而顯著提高教學(xué)效果。以筆者為例，筆者所在學(xué)校承辦了2022年貴州省首屆金相技能大賽，這種“以賽代訓(xùn)、以賽代學(xué)”的形式，促進(jìn)貴州兄弟院校之間相關(guān)學(xué)科的發(fā)展和交流協(xié)作，提高了省內(nèi)高校大學(xué)生的動手實踐能力和競爭意識，促進(jìn)學(xué)校、教師進(jìn)一步重視加強實踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的“工匠精神”，踐行“以賽促教、以賽促改、以賽促學(xué)”的宗旨，不斷激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和提高創(chuàng)新能力。

2.促進(jìn)實驗教學(xué)建設(shè)

盡管材料科學(xué)與工程一級學(xué)科下設(shè)了若干二級學(xué)科，專業(yè)課程設(shè)置中也包括了實驗教學(xué)內(nèi)容，但是實驗教學(xué)內(nèi)容各有不同各有側(cè)重。而實驗動手能力以及通過實驗發(fā)現(xiàn)問題、分析問題最終解決問題，是一個材料學(xué)科學(xué)生必須具備的基本功。實驗樣品制備則是實驗動手能力培養(yǎng)的最基本內(nèi)容。不同種類的材料其樣品制備技能方面存在著相似之處，可以相互借鑒。從各高校教學(xué)水平的參差不齊以及實驗教學(xué)條件限制角度考慮，金相技能門檻低、對實驗設(shè)備的要求不高，一般院校都可以開展正常的教學(xué)和賽前訓(xùn)練；對于金屬材料工程專業(yè)之外的其他材料類專業(yè)學(xué)生來說也存在簡單易學(xué)、上手快的優(yōu)勢。筆者所在學(xué)校承辦了2022年貴州省首屆金相技能大賽，以此為契機，規(guī)范和發(fā)展了金相實驗室建設(shè)，在金相大賽的帶動下，突出基礎(chǔ)實驗教學(xué)的重要性，陸續(xù)開始投入經(jīng)費對教學(xué)實驗室進(jìn)行改造，對實驗教學(xué)的實驗儀器、設(shè)備進(jìn)行更新?lián)Q代，為學(xué)生創(chuàng)造了更好的實驗條件。以金相大賽為抓手，促進(jìn)實驗教學(xué)改革和建設(shè)，最終實現(xiàn)“以賽促教、以賽促學(xué)、以賽促改”的目標(biāo)。

3.理論實踐相結(jié)合，提升教學(xué)效果

參加技能大賽的學(xué)生為材料專業(yè)的大學(xué)生，多數(shù)為金相材料類專科課程或者即將開始專業(yè)課程的學(xué)生。全國大學(xué)生金相技能大賽的訓(xùn)練過程其實就是一個專業(yè)學(xué)習(xí)過程：如何制備出一個能準(zhǔn)確顯示材料真實顯微組織的樣品，本身就已經(jīng)涉及了材料結(jié)構(gòu)、性能的一些基本知識；更何況選手在平時的訓(xùn)練過程中還需經(jīng)常性地在指導(dǎo)教師引導(dǎo)下思考并解決制樣過程中出現(xiàn)的問題，這需要選手進(jìn)一步去學(xué)習(xí)和掌握相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識[5]。所以，金相技能不僅僅是制備出一個通過機械性的重復(fù)訓(xùn)練制備出一個合格樣品的技能，更包括了對制樣過程的分析、對樣品性能的把控、對樣品結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，甚至包括選擇合適設(shè)備、耗材的能力。在這一過程中，學(xué)生可以將課堂上講授的專業(yè)理論知識，充分與動手實踐相結(jié)合，學(xué)習(xí)效果得到顯著提升。在這種積極、正面的反饋中，學(xué)生學(xué)習(xí)效率會大大提高，創(chuàng)造性得到最大限度的激發(fā)。

三、學(xué)科競賽引入課堂，提升教學(xué)質(zhì)量

在我國高等教育教育取得巨大成就并已經(jīng)進(jìn)入普及化階段的背景下，應(yīng)用型人才培養(yǎng)近年來已經(jīng)成了普通高等學(xué)校普遍關(guān)注的問題。具體到材料學(xué)科，材料是一門實驗學(xué)科，材料領(lǐng)域絕大多數(shù)成果的取得都是建立在科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒灮A(chǔ)上的。因此，實驗技能的培養(yǎng)更是材料學(xué)科大學(xué)生培養(yǎng)的重要組成部分。因此在材料專業(yè)課程教授上、材料專業(yè)人次的培養(yǎng)上，就要求我們加強學(xué)生基本實驗技能的培訓(xùn)，引導(dǎo)學(xué)生重視基本實驗技能的培訓(xùn)。將學(xué)科競賽引入課堂，理論聯(lián)系實踐，提升教學(xué)效果，同時也提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。

1.學(xué)科競賽內(nèi)容與教學(xué)有機結(jié)合

金相大賽主要考察金相制樣技能，一般指的是通過預(yù)磨、拋光、腐蝕等程序?qū)σ粔K材料樣品的表面進(jìn)行處理，以使其在光學(xué)顯微鏡下顯示出清晰的顯微結(jié)構(gòu)。

金相大賽的內(nèi)容與課程教學(xué)可有機結(jié)合，提升教學(xué)質(zhì)量。例如，在相圖章節(jié)中，我們主要學(xué)習(xí)了合金、組元、固溶體與化合物、相、組織等相關(guān)內(nèi)容，其中主要以Fe-C相圖為例引入相關(guān)內(nèi)容教學(xué)。因此在相圖相關(guān)章節(jié)課程的教學(xué)中，將金相大賽中采用的試樣的組織加入理論教學(xué)中去，同時在課程實驗教學(xué)中進(jìn)行金相實驗，兩者有機結(jié)合，豐富了材料學(xué)科課程教育的內(nèi)容。

參加金相大賽的主要為大二和大三的學(xué)生，剛開始或者正在材料專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)。將金相大賽引入到教學(xué)中，可以充分起到調(diào)動學(xué)習(xí)主動性與積極性作用，不斷激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果，最終使學(xué)生具備扎實的材料科學(xué)知識的基礎(chǔ)。將金相大賽融入材料專業(yè)課程的課堂教學(xué)中，提高學(xué)生的動手實踐能力以及分析問題、解決問題的能力，能使學(xué)生進(jìn)一步理解和并把握材料學(xué)中的相關(guān)概念，提高學(xué)生作為一名材料人的科學(xué)素養(yǎng)。同時，學(xué)科競賽獲獎的學(xué)生對后面的學(xué)生起到很好的引導(dǎo)與促進(jìn)，起到模范帶頭作用，讓低年級的學(xué)生意識到扎實材料專業(yè)基礎(chǔ)的重要性，真正起到“以賽促學(xué)”的作用[6]。

2.磨煉品格，培養(yǎng)工匠精神

我們要承認(rèn)，目前教師教育學(xué)生側(cè)重點仍然是限于專業(yè)知識的傳授，而對于學(xué)生的品格教育仍然欠缺[7]。技能比賽前的訓(xùn)練過程是一個極為有效的育人過程。諸如金相制樣這樣的訓(xùn)練更是如此：枯燥、乏味，大多數(shù)時間都是機械性重復(fù)操作，沒有一定的毅力是不可能堅持下來的。只有能夠靜心忍受寂寞勤學(xué)苦練才能真正成為工匠。高校學(xué)生在這個過程中培養(yǎng)了一種工匠精神，就是在以后的不管什么工作崗位上，要將一件非常簡單的事做到極致、做到完美。

3.豐富教學(xué)內(nèi)容與形式，完善考核評價方式

材料專業(yè)課程涉及物理學(xué)、化學(xué)、分析測試技術(shù)等多個學(xué)科，課程往往涉及較為抽象的知識點。而將學(xué)科競賽引入課堂，通過理論聯(lián)系實踐，有助于學(xué)生深入理解相關(guān)知識。例如通過金相實驗課程，了解了純鐵、球墨鑄鐵、低碳鋼等不同材料的組織特征，結(jié)合課堂關(guān)于不同成分、工藝對組織性能影響的相關(guān)內(nèi)容。將書本上理論知識與動手操作得到的實際結(jié)果相對應(yīng)，提高了學(xué)生對專業(yè)知識的掌握。教學(xué)內(nèi)容與形式進(jìn)一步豐富，課堂教學(xué)趣味性得到顯著提高，也給了同學(xué)們積極反饋，提高了對專業(yè)課程學(xué)習(xí)的主動性。

此外，一般的考核方式主要以平時考勤作業(yè)和期末試卷為主。事實上，這種評價標(biāo)準(zhǔn)不但不能真實反映出學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，反而會讓部分學(xué)生“魚目混珠”。因此，我們將學(xué)科競賽引入教學(xué)，豐富考核方式。按照金相技能大賽操作標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行金相實驗，按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分。另外撰寫實驗報告，根據(jù)所學(xué)的理論知識對實驗結(jié)果進(jìn)行分析，針對實驗過程中出現(xiàn)的問題（如麻點問題等）提出解決方案，并進(jìn)行驗證。將學(xué)科競賽引入教學(xué)中，學(xué)生的學(xué)業(yè)評價方式就不再是單一的教師評價。采取多種評價方式能夠激發(fā)出學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，同時也避免了傳統(tǒng)考核方式中存在部分學(xué)生僅靠抄襲“作業(yè)”、刷“出勤率”以及“期末考試背答案”來“混”學(xué)分的現(xiàn)狀[8]。

結(jié)語

本文分析了材料?？普n程教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，探討了學(xué)科競賽-金相大賽為例，對教學(xué)質(zhì)量的提升。金相大賽促進(jìn)了一線教師的交流，促進(jìn)了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等內(nèi)容提升，提高了各參賽高校的材料學(xué)科實驗教學(xué)水平，同時也促進(jìn)了高校關(guān)于實驗教學(xué)建設(shè)。另一方面理論聯(lián)系實際、豐富教學(xué)方式和評價方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，培養(yǎng)學(xué)生勇于創(chuàng)新、敢于攻堅的科研精神，踐行“以賽促教、以賽促改、以賽促學(xué)”的宗旨，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)大學(xué)生的“工匠精神”。