基于一流課程的材料科學(xué)基礎(chǔ)課程改革與實(shí)踐

摘 "要 "結(jié)合一流本科課程建設(shè)要求，針對(duì)材料科學(xué)基礎(chǔ)課程，從課程內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)、考核方式方面進(jìn)行改革與實(shí)踐，提出“一中心，六結(jié)合”的教學(xué)方法。通過(guò)課程改革激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力、高階思維的能力和創(chuàng)新實(shí)踐的能力，最終實(shí)現(xiàn)價(jià)值塑造、知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)的有機(jī)融合。

關(guān)鍵詞 "一流本科課程建設(shè)；材料科學(xué)基礎(chǔ)；課程改革

中圖分類號(hào)：G642.3 " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2022）14-0083-03

Reform and Practice of Fundamentals of Materials Science

Based on First-Class Course//LI Jianhui， ZHANG Xin， WANG Jiangang， WANG Qian， LIANG Yongmei

Abstract "In combination with the requirements of first-class

undergraduate curriculum construction， the reforms and prac-tices of the course of Fundamentals of Materials Science are

carried out from the aspects of course content， teaching me-thod， practical teaching and assessment method， and the tea-

ching method of “one center and six combinations” is put for-

ward. The curriculum reform has fully stimulated students’ interest in learning， improved their ability to solve complex engineering problems， high-order thinking ability and inno-vative practice ability， and finally realized the organic integra-

tion of value shaping， knowledge transmission and ability cultivation.

Key words "first-class undergraduate curriculum construction;

fundamentals of materials science; curriculum reform

0 "引言

2019年10月，教育部頒布《關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見》，明確提出：“課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量，應(yīng)確立學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)的理念，提升課程的高階性，突出課程的創(chuàng)新性，增加課程的挑戰(zhàn)度?！逼渲?，高階性指的是課程應(yīng)改變傳統(tǒng)傳授知識(shí)或培養(yǎng)能力的單一目標(biāo)，將知識(shí)、能力、素養(yǎng)三種目標(biāo)有機(jī)融合，并用于指導(dǎo)課程建設(shè)；課程知識(shí)應(yīng)具備創(chuàng)新性、具有挑戰(zhàn)度，培養(yǎng)學(xué)生用于解決復(fù)雜問(wèn)題的能力和思維，如探索未知、精益求精、勇于創(chuàng)新等，這些需要通過(guò)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式等創(chuàng)新來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，課程建設(shè)要重塑課程內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)理念，科學(xué)設(shè)計(jì)考核方式，并堅(jiān)持立德樹人，將思政教育貫穿課程建設(shè)的整個(gè)過(guò)程。

材料科學(xué)基礎(chǔ)是河北科技大學(xué)面向材料類專業(yè)開設(shè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，包括金屬材料工程、材料成型及控制工程、焊接技術(shù)與工程、冶金工程等。該課程也是材料類專業(yè)研究生入學(xué)的必考科目。該課程是銜接基礎(chǔ)課與專業(yè)課的重要橋梁，是構(gòu)建專業(yè)學(xué)科知識(shí)體系的基石，但對(duì)于剛接觸專業(yè)課的學(xué)生來(lái)說(shuō)，課程涉及的知識(shí)專業(yè)性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)抽象、內(nèi)容繁雜，很難提起學(xué)習(xí)興趣，更難抓住學(xué)習(xí)重點(diǎn)。任課教師如何改革教學(xué)方法，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)效果，成為亟待解決的問(wèn)題。目前，已有一些教師對(duì)該課程的教學(xué)方法進(jìn)行研究，例如：成都大學(xué)的宋慧瑾等[1]提出通過(guò)上好第一課來(lái)激發(fā)學(xué)生興趣；太原科技大學(xué)的劉寶勝等[2]指出以實(shí)際應(yīng)用吸引學(xué)生注意力，幫助理解基礎(chǔ)理論。課程團(tuán)隊(duì)針對(duì)課程特點(diǎn)，結(jié)合一流本科課程建設(shè)要求，在課程內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)及考核方式等方面進(jìn)行改革與實(shí)踐，取得良好的教學(xué)效果。

1 "課程內(nèi)容建設(shè)

課程選用哈爾濱工業(yè)大學(xué)編著的普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《金屬學(xué)與熱處理》。課程內(nèi)容主要為三部分，即金屬學(xué)、熱處理原理和工藝、金屬工程材料。其中，金屬學(xué)是理論基礎(chǔ)，熱處理原理和工藝是方法，金屬工程材料是應(yīng)用。除基本課程內(nèi)容外，任課教師要根據(jù)不同專業(yè)的特點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)容的拓展和延伸，構(gòu)建從基礎(chǔ)知識(shí)到專業(yè)知識(shí)的銜接。同時(shí)，以材料成分、組織、結(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在關(guān)系和規(guī)律為主線，通過(guò)思維導(dǎo)圖的形式梳理各章節(jié)知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，幫助學(xué)生形成清晰的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。

為實(shí)現(xiàn)課程內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)，課程團(tuán)隊(duì)定期開展教學(xué)研討，將材料學(xué)科研究和工程領(lǐng)域最新成果引入課程，一方面通過(guò)生動(dòng)實(shí)例激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，另一方面結(jié)合所學(xué)理論知識(shí)培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。在加強(qiáng)課程內(nèi)容建設(shè)的同時(shí)，注重課程思政元素的挖掘和融入[3]，將職業(yè)素養(yǎng)、工匠精神、家國(guó)情懷、創(chuàng)新意識(shí)與專業(yè)知識(shí)相結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)價(jià)值塑造、知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)的有機(jī)融合。

2 "教學(xué)方法改革

以往的教學(xué)方法是以課堂講授為主的單一模式。實(shí)踐證明，材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容復(fù)雜抽象，學(xué)生很難提起學(xué)習(xí)興趣，往往機(jī)械性地死記硬背，學(xué)習(xí)效果較差。因此，課程團(tuán)隊(duì)打破滿堂灌的沉默式教學(xué)，提出“一中心，六結(jié)合”的教學(xué)方法，能夠有效增強(qiáng)教學(xué)效果。“一中心”指堅(jiān)持“面向產(chǎn)出，以學(xué)生為中心”，“六結(jié)合”指以下六個(gè)方面的結(jié)合。

2.1 "線上資源與線下教材相結(jié)合

有效利用數(shù)字信息化教學(xué)資源，以超星學(xué)習(xí)通為媒介，建立材料科學(xué)基礎(chǔ)課程網(wǎng)站，實(shí)現(xiàn)課程大綱、課件、視頻、習(xí)題等教學(xué)資源共享，建立學(xué)生與教師的互動(dòng)交流平臺(tái)。根據(jù)課程內(nèi)容需要，引入網(wǎng)上精品課或優(yōu)質(zhì)課程資源作為學(xué)生學(xué)習(xí)資料或補(bǔ)充。在教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)課程網(wǎng)站發(fā)布作業(yè)、練習(xí)、測(cè)試、討論等，根據(jù)學(xué)生完成情況監(jiān)測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，并根據(jù)出現(xiàn)的問(wèn)題適時(shí)調(diào)整教學(xué)方式和內(nèi)容。這種線上與線下結(jié)合的教學(xué)方法，可以有效地促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和教師的教學(xué)效果。

2.2 "工程案例與教學(xué)實(shí)踐相結(jié)合

針對(duì)應(yīng)用性較強(qiáng)的內(nèi)容，結(jié)合工程實(shí)踐及生產(chǎn)實(shí)例進(jìn)行案例教學(xué)，通過(guò)引入實(shí)踐中存在的問(wèn)題及解決問(wèn)題時(shí)涉及的理論知識(shí)，引出課程內(nèi)容。將抽象的知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樘剿骱徒鉀Q問(wèn)題的方法，不僅有利于學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，而且能引導(dǎo)學(xué)生積極思考，引起討論問(wèn)題的興趣，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的有效結(jié)合，從而提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題和審辨式思維的能力。

2.3 "科研項(xiàng)目與課堂教學(xué)相結(jié)合

教師將個(gè)人的科研項(xiàng)目引入教學(xué)，提升課程內(nèi)容的時(shí)代感和深度。比如在講解機(jī)器零件用鋼內(nèi)容時(shí)，引入團(tuán)隊(duì)教師在科研項(xiàng)目中提高高鐵齒輪服役壽命的內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；然后針對(duì)教師科研過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，以專題—主題的方式設(shè)計(jì)學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)；最后，采用翻轉(zhuǎn)課堂的方式，讓學(xué)生通過(guò)分組合作、相互討論、小組展示的方法完成任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)師生互評(píng)互動(dòng)、生生互評(píng)互動(dòng)，真正讓課堂“活起來(lái)”。

2.4 "虛擬仿真與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合

鑒于學(xué)時(shí)與條件限制，課程團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)采取“以虛補(bǔ)實(shí)，虛實(shí)結(jié)合”的教學(xué)方法，引入虛擬仿真的教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)鐵碳平衡組織、奧氏體晶粒度、鋼的淬透性、熱處理工藝設(shè)計(jì)等重要內(nèi)容進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)。學(xué)生在相關(guān)內(nèi)容學(xué)習(xí)前后可進(jìn)入平臺(tái)進(jìn)行操作及練習(xí)，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。虛擬仿真平臺(tái)的運(yùn)用可以有效解決因知識(shí)點(diǎn)抽象、理論脫離實(shí)踐而導(dǎo)致學(xué)生理解不佳的問(wèn)題。

2.5 "過(guò)程考核與期末考試相結(jié)合

加大過(guò)程考核比例，除在教學(xué)過(guò)程中加入學(xué)生平時(shí)作業(yè)、練習(xí)、測(cè)試之外，增加項(xiàng)目式、論文式大作業(yè)，并注重學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)能力的考核，以提高學(xué)生分析解決復(fù)雜工程問(wèn)題的綜合能力，促進(jìn)學(xué)生高階性目標(biāo)的達(dá)成。課程結(jié)束后，按照工程教育認(rèn)證要求，形成課程持續(xù)改進(jìn)報(bào)告，科學(xué)評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)效果，有效追溯評(píng)價(jià)過(guò)程，不斷優(yōu)化評(píng)價(jià)方式。

2.6 "知識(shí)傳授與思政育人相結(jié)合

將課程思政融入教學(xué)全過(guò)程，引入材料強(qiáng)國(guó)、大國(guó)工匠等實(shí)例。如在講解工業(yè)用鋼內(nèi)容時(shí)，引入師昌緒院士的經(jīng)歷：他于國(guó)外學(xué)成后選擇歸國(guó)，開啟實(shí)業(yè)救國(guó)的強(qiáng)國(guó)夢(mèng)，在中國(guó)不僅開創(chuàng)了高溫合金，發(fā)展了第一代鐵基高溫合金，還開發(fā)了空心氣冷鑄造鎳基高溫合金渦輪葉片，為中國(guó)材料科學(xué)作出巨大貢獻(xiàn)。通過(guò)典型實(shí)例的啟發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。

3 "加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)

材料科學(xué)基礎(chǔ)課程具有配套的實(shí)踐教學(xué)，即實(shí)驗(yàn)操作，不但能使學(xué)生加深對(duì)課堂所學(xué)理論知識(shí)的理解，還能增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力。課程原配套實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，即對(duì)課堂所學(xué)理論知識(shí)的驗(yàn)證，用于鞏固加深對(duì)知識(shí)的理解。為進(jìn)一步培養(yǎng)和加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力，課程團(tuán)隊(duì)開放實(shí)驗(yàn)室，結(jié)合工程實(shí)踐案例及教師科研項(xiàng)目，開發(fā)具有設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性特征的實(shí)驗(yàn)，在操作過(guò)程中真正將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，從而增強(qiáng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新能力。

在實(shí)踐教學(xué)基礎(chǔ)上，鼓勵(lì)學(xué)生參加金相技能大賽、熱處理創(chuàng)新大賽等，以達(dá)到以賽促學(xué)的目的[4]。河北科技大學(xué)已連續(xù)舉辦六屆學(xué)校大學(xué)生金相技能大賽，累計(jì)參賽學(xué)生1 000余人，并擇優(yōu)參加省級(jí)、國(guó)家級(jí)大學(xué)生金相技能大賽，斬獲省部級(jí)以上榮譽(yù)50余項(xiàng)。將實(shí)踐與競(jìng)賽相結(jié)合，一方面可以極大地鍛煉學(xué)生的動(dòng)手操作能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，另一方面可以有效地增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

4 "優(yōu)化考核方式

為加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程管理，摒棄期末考試“一考定終身”的方式，實(shí)施多元化的課程考核方式，加大形成性評(píng)價(jià)。將學(xué)生平時(shí)作業(yè)、課堂討論、章節(jié)測(cè)試、論文報(bào)告、實(shí)驗(yàn)成績(jī)等計(jì)入考核中，參照學(xué)生整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程的數(shù)據(jù)記載形成過(guò)程考核成績(jī)，再按一定權(quán)重計(jì)入學(xué)生的最終考核成績(jī)中，從而得出更客觀、更公正的考核結(jié)果。將實(shí)驗(yàn)成績(jī)納入考核中，更加突出學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)。在多元化考核的同時(shí)，考核內(nèi)容由概念性、記憶性為重點(diǎn)的命題，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐跃C合分析應(yīng)用為重點(diǎn)的命題。在考查學(xué)生對(duì)基本知識(shí)掌握理解的同時(shí)，更加注重對(duì)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的考核。考核方式和內(nèi)容的改革有助于從根本上改變學(xué)生期末靠死記硬背突擊過(guò)關(guān)的狀況。

5 "結(jié)束語(yǔ)

河北科技大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)課程團(tuán)隊(duì)結(jié)合一流本科課程建設(shè)要求，對(duì)課程內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)及考核方式進(jìn)行改革與實(shí)踐，指出課程內(nèi)容應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)、優(yōu)化考核方式，并提出“一中心，六結(jié)合”的教學(xué)方法。上述改革可以激發(fā)學(xué)生對(duì)材料科學(xué)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，逐漸提高學(xué)生利用理論知識(shí)解決實(shí)踐工程問(wèn)題的能力、高階思維和創(chuàng)新實(shí)踐能力，學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)逐步形成，最終實(shí)現(xiàn)知識(shí)、能力和素養(yǎng)的綜合提升。

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