材料科學與工程專業(yè)教學改革的若干思考*

李 盼，薛鄭州，劉應敏，許雪霞

(商丘師范學院化學化工學院，河南 商丘 476000)

1 材料科學與工程專業(yè)的現狀

材料科學與工程專業(yè)最初開始于20世紀70年代的美國，它是隨著科技發(fā)展和社會進步而誕生的一門工科專業(yè)。目前，由于經濟發(fā)展對于材料的需求日益俱增，新材料領域得到迅速發(fā)展，我國大多數理工、綜合類大學先后開設了材料科學與工程專業(yè)[1]。材料科學與工程專業(yè)正式成為一門獨立的學科已經有近五十年的歷史，它滲透到與材料結構、性質和應用有關的諸多領域，受到了世界各國的高度重視[2]。目前，中國40余所高校材料科學與工程專業(yè)通過工程教育專業(yè)認證，大大提高了中國材料工程教育的國際影響力和競爭力[3]。材料類專業(yè)是專業(yè)布點數最多的工科專業(yè)之一，材料類專業(yè)人才培養(yǎng)質量對于中國工程教育的整體質量具有決定性影響。因此，各大地方高校正在積極尋求轉型發(fā)展，如何培養(yǎng)出高素質的材料科學與工程復合型人才已成為各國的共識[4]。

隨著信息和科學技術的爆炸式發(fā)展，對材料科學與工程專業(yè)相關課程內容的設置要求越來越高。然而，材料科學與工程專業(yè)部分課程體系的教學內容過于陳舊，課程內容枯燥、抽象，新時代下材料科學領域的發(fā)展狀況以及一些新材料的最新研究進展等內容嚴重缺失。此外，國內大部分高校教師在講授材料科學與工程專業(yè)相關課程時，仍然采用傳統(tǒng)的多媒體教學模式，教師在講臺上通過 PPT 的形式一味地將自己的理論知識“灌注”給學生，缺少與學生互動，學生的積極性和參與度不高。另外，大部分學生只是“機械”地接收，并沒有經過大腦的思考吸收轉變?yōu)樽约旱闹R，學習效果較差。目前，材料科學與工程專業(yè)相關課程內容及教學方式等已經不適用當前社會發(fā)展的趨勢，嚴重阻礙了高素質創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)， 因此， 改革材料科學基礎課程的體系迫在眉睫。

2 材料科學與工程專業(yè)的課程建設探索

2.1 整合優(yōu)化教學內容

材料科學與工程專業(yè)人才培養(yǎng)的核心是圍繞材料組成與結構、表征、制備和性能等方面展開，開設了相關的專業(yè)基礎課程、專業(yè)核心課程和專業(yè)方向課程。根據企業(yè)對高質量畢業(yè)生的需求，學校與企業(yè)共同制訂人才培養(yǎng)方案，篩選出核心課程，對部分課程進行整合，讓課程標準與企業(yè)崗位標準對接。以工學結合的專業(yè)核心課程建設為重點，與企業(yè)密切合作，共同構建基于職業(yè)崗位工作過程導向的工學課程體系和課程內容。根據創(chuàng)新型、應用型人才培養(yǎng)的特點和規(guī)律，結合崗位要求，加大課程體系，不斷更新教學內容，著重加強實踐教學環(huán)節(jié)，以提高學生的實踐能力和職業(yè)素養(yǎng)為核心，建立多樣性與專業(yè)性培養(yǎng)相統(tǒng)一的教學機制。同時將職業(yè)道德、職業(yè)素養(yǎng)、安全教育等思政教育融入理論和實踐教學環(huán)節(jié)中去，強化課程思政建設，提升育人效果。

以商丘師范學院材料科學與工程專業(yè)為例，為了開闊學生的視野，開設了功能材料概論和光電材料導論等幾門科學前沿課程。這些課程主要介紹光功能材料，電功能材料，光子晶體、超材料等新型微納光電材料與器件，在講授基本知識的基礎上，介紹一些相關領域近年來的最新研究進展和應用成果，使教學內容跟得上最新研究成果，讓學生及時了解學習最新的材料知識，了解科技前沿領域最新的研究進展，為學生將來從事科研工作打下良好的基礎。

2.2 改進教學方法

翻轉課堂是運用現代技術實現知識傳授與知識內化的顛倒教學模式，是一種師生互動，激發(fā)學習興趣的有力手段，真正體現以學生為中心的教育理念[5]。傳統(tǒng)的教學模式一般是老師在課堂上講課，讓學生做作業(yè)鞏固學習內容，然而在大學教學中，課堂時間有限，老師很難將教學內容全面而細致地講授，學生也不能保證每一節(jié)課都精力集中，而翻轉課堂可以有效解決這一問題。翻轉課堂著重表現為“先學后教”，這樣的教學模式使教師從傳統(tǒng)課堂中的知識傳授者轉變?yōu)閷W習的促進者和指導者，通過翻轉課堂不僅可以解放教師，提高課堂效率，同時還可以提高學生的學習能力、創(chuàng)新能力、思考能力、動手能力。

在教學過程中，通過積極探索，形成了線上線下相結合的教學模式。課前教師提前做好線上教學規(guī)劃和安排，在學習通上整合課程體系，將課程知識系統(tǒng)化，提出明確的學習目標和學習任務，真正實現學習有內容、有質量、有效果的學生自主學習過程。課上采用翻轉課堂的形式讓學生講解，檢驗課前預習效果，充分調動學生課堂參與的積極性；課后學生可以重復觀看教學視頻，及時鞏固知識，同時教師可以布置相關的練習或者進行知識拓展，讓學生利用課上所學理論知識解決實際中的問題，培養(yǎng)學生分析、解決問題的能力。

以“功能材料概論”為例，把課程內容分成幾個模塊，將學生分為多個小組，每個小組可以根據自己的興趣，選擇出一個具體的功能材料。小組長帶領組員一起查閱相關文獻資料，包括材料的發(fā)展歷史、材料的結構性能、最新研究進展，以及自己對此材料的創(chuàng)新性想法，并制作成PPT在課堂上進行匯報。教師對匯報的內容進行打分、點評并給予補充?！笆谌艘贼~不如授人以漁”，傳授給學生知識，不如教給學生獲取知識的能力。在小組匯報過程中，學生作為學習的主體，教師充當引導者的角色。通過這個過程，一方面能夠培養(yǎng)學生對文獻的綜合分析能力，調動學生的學習積極性，另一方面也可以提高學生的團結協(xié)作能力。

2.3 強化實踐環(huán)節(jié)

在材料科學與工程專業(yè)的課程教學過程中，“重知識、輕實踐”的傳統(tǒng)教學模式容易導致學生思想僵化，不利于復合型高素質人才的培養(yǎng)。許多高校由于教學條件的限制，在進行實踐環(huán)節(jié)時多以老師講述、演示為主，而忽視了對學生基本動手能力及知識綜合應用能力的訓練。因此，在教學過程中，應該以學生為中心，實行理論教學與實驗、實訓、實習教學的有機融合，融“教、學、做”為一體，由教師和工程師全面培養(yǎng)學生的技術應用能力和職業(yè)綜合素質。以化學化工學院材料科學與工程的專業(yè)實訓為例，在進行化工原理實訓之前，老師先讓學生預習將要進行實訓的內容，同時讓學生歸納本次實訓所用到的知識點；在實訓過程中，讓學生自己動手操作，遇到問題時啟發(fā)學生找到解決辦法；在實訓結束之后，讓學生完成思考題的解答，讓學生在實踐中開拓自己思維，增強自己的動手操作能力。此外，還可以采用“項目教學法”，將專業(yè)能力分解成若干項目，學生在教師或工程師指導下獨立完成各項目。學生在項目實踐過程中，理解和掌握課程要求的知識和技能，學會了分析問題和解決問題的思想和方法。通過課程內容與職業(yè)標準對接、教學過程與生產過程對接，著力培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力，徹底解決教學內容與崗位要求脫節(jié)的現象。

商丘師范學院化學化工學院現有 3 個校內實訓基地(電化學實訓室、鋰離子電池實訓室、太陽能電池實訓室)，目前也與河南順之航能源科技有限公司、河南金邁科科技有限公司、河南赫聯新能源科技有限公司等建立了良好的合作關系，通過學校和校企之間建立校內實習實訓基地，使學生親身體驗企業(yè)實驗室工作，更多了解現代化生產實際情況，將所學基礎理論知識與實際生產緊密地聯系起來，將學校里所學知識技能轉化為實踐能力，極大地增強了學生的實踐能力。

2.4 培養(yǎng)大學生的學習積極性

大學是學生接受高等教育的場所，同時也具有向社會輸送人才的職能，大學生作為國家的未來，是國家在未來發(fā)展中的最為重要的中堅力量，因此學生在大學階段應努力學習專業(yè)知識與技能，爭取為國家的建設添磚加瓦。而大學生的學習積極性的高低不僅關系到其學習效果的好壞，同時也關系到其專業(yè)知識與專業(yè)技能掌握的牢固與否。

隨著高等教育的普及以及網絡時代的到來，高校大學生學習積極性不高已經成為一個普遍現象，在教學過程中，想要獲得良好的教學效果，就必須讓學生積極主動地參與到學習過程中，重視對學生學習積極性的培養(yǎng)。傳統(tǒng)的教學模式是“以教材為中心、以教師為中心、以教室為中心”[6]，其本質是以傳遞書本知識為核心，這種灌溉式的傳授模式并不能激發(fā)學生的學習積極性，因此，在高校教學中應以學生為中心進行教學，針對不同的學生進行因材施教，經常與學生互動，啟發(fā)學生積極地進行思考，使學生在思考和實踐中增強對本專業(yè)的興趣，提高學生的學習積極性。以化學化工學院材料科學與工程專業(yè)為例，在大一上學期就已開展“材料科學與工程導論”這一課程，使學生明白材料科學與工程專業(yè)的重要性，提高本專業(yè)學生的學習興趣。同時學院在每學年的最后兩周都會開展專業(yè)實訓，比如在進行甲基丙烯酸甲酯的本體聚合(有機玻璃)實訓時，讓學生在自己動手實驗中體會到材料世界的奧妙，提高其學習積極性。

2.5 提高大學生的創(chuàng)新能力

創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)已成為一個國家國際競爭力和國際地位提升的重要決定因素，創(chuàng)新能力是促進大學生全面發(fā)展的重要因素。然而傳統(tǒng)的教育模式往往忽略對大學生創(chuàng)造性思維的啟發(fā)和創(chuàng)造能力的鍛煉，致使大學生在學習以及實踐中缺乏自信、探索意識和冒險精神，不善于把握機會和創(chuàng)造條件，創(chuàng)新知識基礎相對薄弱。因此，高?？梢越M織相關學科的知識競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃，彌補教師課堂教學的不足，發(fā)展學生創(chuàng)造性思維。以商丘師范學院化學化工學院為例，其利用課余時間舉辦化學工藝創(chuàng)新設計大賽，不僅給學生提供一個在教師指導幫助下自行開展課題的機會，而且能讓學生自行設計實驗，并就實驗過程中存在的問題發(fā)表自己獨特的見解，同時也讓學生在與評委老師們一問一答中開拓自己的思維、培養(yǎng)自己的創(chuàng)新意識。

此外，科研創(chuàng)新訓練是激發(fā)大學生的創(chuàng)造性思維和提高大學生實踐能力和創(chuàng)新能力的有效途徑之一，在大學生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)中扮演著非常重要的角色[7]。商丘師范學院具有百名具有博士學位的教師，并且具有相應的科研項目。因此，教師可以開設一些創(chuàng)新綜合性的材料專業(yè)實驗，提出一些思考題或者拓展題，啟發(fā)、引導學生思考，讓學生通過預習提交預習報告，自行設計實驗所需要用到的材料、儀器設備、實驗方法，并考慮實驗時的注意事項。這樣學生才能真正做到自主思考，進而掌握實驗原理、方法，自行處理實驗數據，分析實驗結果，獨立思考并找到解決問題的方法，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

3 結 語

材料科學與工程專業(yè)的發(fā)展通過學科相互交叉、滲透，最終形成具有共同理論和技術基礎的大材料科學。當前我國材料科學與工程專業(yè)的發(fā)展得到了難得的機遇和嚴峻的挑戰(zhàn)。在新工科的時代背景下，社會對材料科學與工程專業(yè)人才的培養(yǎng)提出了全新的要求，培養(yǎng)創(chuàng)新性和適應性人才是材料專業(yè)人才培養(yǎng)的基本目標，必須從教學內容、教學方法等方面進行全面改革，以滿足新工科背景下對本專業(yè)人才的要求。