新時代背景下材料學(xué)概論教學(xué)改革探索

付 林，楊 林，楊春亮，劉 飛

（貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，貴州貴陽 550025）

材料學(xué)概論是材料學(xué)相關(guān)專業(yè)一門重要的基礎(chǔ)課程，該課程開設(shè)的目的是使學(xué)生明白材料對人類社會發(fā)展巨大的推動作用、掌握材料科學(xué)的研究方法、了解材料的分類及各類材料的發(fā)展簡史，以及洞悉材料學(xué)科發(fā)展的前沿。材料學(xué)概論是面向低年級本科生開設(shè)的課程，對學(xué)生專業(yè)視野的開闊和職業(yè)生涯的規(guī)劃具有重要意義。材料學(xué)概論的開設(shè)能讓學(xué)生對所學(xué)專業(yè)有一個初步的認(rèn)識，拓寬知識面，提升專業(yè)熱愛度，為隨后的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

21世紀(jì)是中華民族實現(xiàn)偉大復(fù)興的時代，中國將成為具有重大國際影響力的創(chuàng)新型國家，中國智慧將為人類社會問題的解決提供中國方案。在美國對我國加大科技封鎖力度的當(dāng)下，需要加強基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域人才的培育，進而為“卡脖子”技術(shù)的突破提供高素質(zhì)的科技人才。在此形勢背景下，基礎(chǔ)學(xué)科相關(guān)專業(yè)的大學(xué)教育需要適時改革。材料學(xué)概論課程看似簡單，但因其內(nèi)容多、概念多、部分內(nèi)容專業(yè)性強等特點，導(dǎo)致高質(zhì)量地完成教學(xué)目標(biāo)難度極大。加之特殊的時代背景，傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容及模式已經(jīng)難以實現(xiàn)課程開設(shè)的既定目標(biāo)。

貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院以培育出具有家國情懷的高素質(zhì)材料領(lǐng)域的人才為己任，對材料學(xué)概論的課程教學(xué)內(nèi)容和方式進行改革：以“四個自信”為導(dǎo)向加強課程思政教育，培養(yǎng)具有家國情懷的科技人才[1]；利用基礎(chǔ)理論結(jié)合相關(guān)科技前沿激發(fā)學(xué)生的專業(yè)自信；通過調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，優(yōu)化教學(xué)評估模式，進而提高教學(xué)質(zhì)量。

1 加強課程思政教育，培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷

習(xí)近平在全國高校思想政治工作會議上強調(diào)要把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實現(xiàn)全程育人、全方位育人[2]。材料學(xué)概論課程的教學(xué)內(nèi)容廣，涉及各類材料的發(fā)展簡史及當(dāng)前的研究進展，能在不影響專業(yè)知識傳授的前提下，高效地開展課程思政教育[3]。陶瓷、青銅器、絲綢的發(fā)展及應(yīng)用都彰顯了我國古代勞動人民的智慧，表明了中國古代自然科學(xué)的發(fā)展一直處于世界領(lǐng)先水平，這些都是該課程內(nèi)容蘊含的思政元素，具有重要的育人價值。在課程開展過程中只需要進行簡單的言語引導(dǎo)，就能將這些思政元素高效地融入課堂，引發(fā)學(xué)生的民族自豪感和優(yōu)越感。另一方面，通過分析近代我國材料科學(xué)發(fā)展停滯不前的原因，闡述新中國成立以后中國材料人在研究條件極度匱乏的情況下披荊斬棘，追上甚至在一些領(lǐng)域超過西方國家的歷程。結(jié)合中華民族百年抗?fàn)幍臍v史，弘揚我們不屈的民族精神，培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷。以小故事的形式講述現(xiàn)當(dāng)代中國材料領(lǐng)域前輩們的“創(chuàng)新精神”“勞模精神”和“工匠精神”，展示新時代我國材料科學(xué)和制造業(yè)的新形象，培養(yǎng)學(xué)生正確的科學(xué)價值觀；以當(dāng)前受到歐美國家技術(shù)封鎖和在此背景下某些領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)突破為案例，在學(xué)生腦海中植入“科學(xué)無國界，但科學(xué)家有國界”的人生觀。以金屬材料的發(fā)展為例，我國從銅石頭并用時代就與世爭輝，到商周時期青銅器鑄造的輝煌成就，再到春秋時期發(fā)明生鐵冶煉技術(shù)（領(lǐng)先歐洲1 000多年）及隨后發(fā)明煉鋼技術(shù)，無不彰顯古代勞動人民的智慧和中國金屬材料發(fā)展在世界的領(lǐng)先地位。結(jié)合火藥的發(fā)明，講述西方經(jīng)過技術(shù)改進獲得高品質(zhì)的鋼材后，通過武裝侵略使中國逐步淪為半殖民地半封建社會。新中國建立后，李薰、師昌緒、柯俊等老一輩金屬材料領(lǐng)域科學(xué)家放棄國外舒適的生活環(huán)境，克服重重困難，為中國金屬材料事業(yè)奮斗一生的精神，及當(dāng)前歐美國家仍然在一些特殊鋼材領(lǐng)域?qū)ξ覈鴮嵭屑夹g(shù)封鎖的現(xiàn)狀。通過將金屬材料的發(fā)展與中國的歷史進程結(jié)合，讓學(xué)生明白中華民族是一個充滿智慧的民族，進而立志成為一個為中國材料科學(xué)發(fā)展奮斗的當(dāng)代青年。

2 優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)生專業(yè)認(rèn)同感

材料學(xué)概論傳統(tǒng)的教學(xué)核心內(nèi)容包括材料的定義、材料的基本要素、材料對人類社會發(fā)展的重要性、四大類材料（金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料及復(fù)合材料）的發(fā)展簡史及相應(yīng)代表性材料的基本情況。此外，從20世紀(jì)90年代公認(rèn)新型材料、生物工程、信息技術(shù)為新一輪產(chǎn)業(yè)革命的標(biāo)志至今，發(fā)現(xiàn)或制備出許多在成分和組織結(jié)構(gòu)均不同于傳統(tǒng)材料且性能獨特的新材料。這些新材料在信息、能源、生物醫(yī)學(xué)、航空航天等事關(guān)國家科技發(fā)展和國際競爭力的領(lǐng)域中展現(xiàn)出重要作用，是新時代背景下材料學(xué)概論教學(xué)必不可少的內(nèi)容。事實上，學(xué)科相關(guān)的科研動態(tài)對培養(yǎng)高素質(zhì)的新時代材料領(lǐng)域?qū)I(yè)人才具有重要意義。如果全面詳細地講授完這些內(nèi)容，需要約180個學(xué)時，但沒有任何一所高校會給一門專業(yè)課程如此多的課時，因而必須對教學(xué)內(nèi)容做出合理的取舍并進行巧妙的編排。面對時代發(fā)展的要求，為保證學(xué)生學(xué)有所成，優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容、突出教學(xué)重點、增加知識維度（學(xué)科研究前沿）是新時代背景下材料學(xué)概論課程教學(xué)變革的關(guān)鍵。

2.1 優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容

材料學(xué)概論在我院是無機非金屬材料專業(yè)學(xué)生學(xué)科知識入門的重要課程，對后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)具有引領(lǐng)性的作用，是完善學(xué)科知識體系的重要一環(huán)。材料學(xué)概論課程的教學(xué)內(nèi)容多、知識點分散、綜述性強，但教學(xué)課時僅為32學(xué)時，因而通過舉行針對該課程的教學(xué)研討會，決定以“降低專業(yè)性，加強故事性”為改革方針。教學(xué)內(nèi)容不再追求理論深度和邏輯連續(xù)性，而是以日常生活所見所聞為主線展現(xiàn)給學(xué)生，以“講故事”實現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)。比如對金屬腐蝕的原理、高分子材料形成的反應(yīng)機制、復(fù)合材料中增強體的類型及作用機制等專業(yè)性較強的知識點只進行簡單講解，不再使用大量的時間進行深入剖析。事實上，這些專業(yè)知識將在其他專業(yè)課程中被詳細講解，如此設(shè)計并不存在知識點漏講的問題。另一方面，專業(yè)性的降低有助于任課教師以“講故事”的形式完成授課，進而有效摒棄填鴨式的教學(xué)方式，讓學(xué)生感受到材料的“親切”，從而在不知不覺中培養(yǎng)學(xué)生對材料學(xué)專業(yè)的熱愛度。

新時代背景下材料學(xué)概論課程的教學(xué)工作不但要讓學(xué)生了解各類材料的發(fā)展簡史及被廣泛應(yīng)用的各種經(jīng)典材料，還要引領(lǐng)他們洞悉材料學(xué)相關(guān)的國家戰(zhàn)略需求和研發(fā)動態(tài)。加快基礎(chǔ)材料升級換代、提前布局和研制戰(zhàn)略前沿材料、研發(fā)新材料制備關(guān)鍵技術(shù)和裝備等作為國家重大需求的重點研發(fā)領(lǐng)域出現(xiàn)在國務(wù)院2015年印發(fā)的《中國制造2025》中，它們都和材料專業(yè)密切相關(guān)。教材的更新一般比較緩慢，因而在課程教學(xué)開展過程中，授課教師應(yīng)利用最新的文獻報道向?qū)W生展現(xiàn)材料學(xué)科的無限魅力，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。事實上，隨著計算機、信息技術(shù)等新領(lǐng)域的快速發(fā)展，材料學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科專業(yè)的學(xué)生存在所學(xué)專業(yè)領(lǐng)域不夠“尖端前沿”的深造和就業(yè)困惑。通過優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，合理講授各類材料的發(fā)展簡史及當(dāng)前科研動態(tài)，展現(xiàn)材料發(fā)展對人類社會發(fā)展的重要作用，尤其是對新興領(lǐng)域發(fā)展的支撐性作用，可以消除學(xué)生的這些困惑。

貴州大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院無機非金屬材料工程專業(yè)本科畢業(yè)生以服務(wù)貴州本地產(chǎn)業(yè)為主。2021年7月，貴州省發(fā)布了《關(guān)于推進鋰電池材料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》，成為全國第一個從省級層面明確扶持鋰電池材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的省份。基于此，適時增加在二次電池材料及器件方面的教學(xué)內(nèi)容，主要包括鋰離子電池的原理及發(fā)展歷程、鋰離子電池材料及發(fā)展現(xiàn)狀、下一代高比能二次電池體系及發(fā)展方向等。

2.2 優(yōu)化任課教師團隊

材料學(xué)概論知識覆蓋面極廣、涉及材料種類繁多，各類材料之間既有共性，也存在根本的差異，比如金屬材料和高分子材料在組成、結(jié)構(gòu)、性能、工藝、用途等方面均表現(xiàn)出明顯的不同。若由單一老師講授多種材料，因受專業(yè)背景限制，很難全面地做到“深入淺出”，難以獲得良好的課程教學(xué)效果。因此，摒棄由單一老師完成全程教學(xué)的傳統(tǒng)模式，組建一支由不同專業(yè)研究背景的老師組成的教學(xué)團隊對材料學(xué)概論課程教學(xué)工作的開展具有重要意義。我院材料學(xué)概論課程由一位教學(xué)經(jīng)驗豐富的老師負(fù)責(zé)教學(xué)內(nèi)容的整體設(shè)計，根據(jù)不同章節(jié)的內(nèi)容選取研究背景相同或相近的老師負(fù)責(zé)具體教學(xué)工作。此外，充分考慮國家及地方發(fā)展需求，適當(dāng)調(diào)整任課教師的課時比重，讓從事電化學(xué)儲能材料及器件研究的教師作為課程主要講授者，并要求其在教學(xué)工作開展過程中穿插講授相關(guān)的知識點和開展專題講授。為了確保教學(xué)內(nèi)容的多元化，還邀請從事智能材料、生物醫(yī)用材料、光電轉(zhuǎn)換材料、電子信息材料等先進材料研究的老師以專題講座形式參與教學(xué)工作。

3 豐富教學(xué)開展模式，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性

在新時代背景下，單一的教學(xué)模式不但容易引起學(xué)生的學(xué)習(xí)疲勞，還不利于學(xué)生領(lǐng)悟能力、動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，進而難以培養(yǎng)出滿足國家和社會需要的復(fù)合型專業(yè)（科技）人才。因此，結(jié)合課程教學(xué)的具體內(nèi)容，使用多種模式開展教學(xué)工作不但是調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性的有效方法，還是高質(zhì)量完成教學(xué)任務(wù)的有效途徑。當(dāng)前的大學(xué)課堂以多媒體教學(xué)為主，相較傳統(tǒng)的板書教學(xué)，既有利于呈現(xiàn)更豐富的內(nèi)容，又容易讓老師不自覺地照本宣科。因此，除了優(yōu)化多媒體課件的內(nèi)容外，豐富教學(xué)開展模式對高水平完成大學(xué)課程教學(xué)十分重要。我院要求任課老師以多媒體教學(xué)為主，板書補充為輔進行講授，以提高教師上課的專注度，避免填鴨式教學(xué)，進而增加教學(xué)內(nèi)容的維度，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。此外，除了講授模式，部分內(nèi)容的教學(xué)工作以課堂互動形式開展，通過合理地設(shè)置豐富多樣的主題，充分發(fā)揮學(xué)生查詢、收集、整理資料的能力，讓學(xué)生成為教學(xué)工作開展的主體，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力。同時，將這些主題互動活動加入最終的成績考評中，進而調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。除了課堂互動形式，還采用了視頻、實物演示等教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，延展知識體系的維度。比如在開展金屬材料部分的教學(xué)工作時，通過剪輯幾分鐘電影《鋼鐵俠》中的片段進行開場；在開展高分子材料部分的教學(xué)工作時，通過演示紙浸泡在水和油中發(fā)生不同現(xiàn)象進行開場，并從球類、家庭用具等淺顯易懂的材料出發(fā)闡述高分子材料的分類和特點。如果只使用傳統(tǒng)的講授教學(xué)模式，材料學(xué)概論的教學(xué)內(nèi)容使其教學(xué)過程容易引起學(xué)生學(xué)習(xí)疲勞。教學(xué)模式的多樣化能在緩解學(xué)生學(xué)習(xí)疲勞的同時提升其學(xué)習(xí)的積極性，進而高質(zhì)量地完成教學(xué)活動。

4 結(jié)語

在貴州大學(xué)大類招生的背景下，當(dāng)前我院無機非金屬材料工程專業(yè)的學(xué)生源于化工與制藥類，因而大一時的培養(yǎng)以化工及制藥方向的知識為主，基本沒有涉及材料類的專業(yè)知識。從課程安排實際情況來說，材料學(xué)概論作為我院無機非金屬材料工程專業(yè)的第一門專業(yè)課程，材料學(xué)概論課程教學(xué)的成功與否關(guān)系到學(xué)生對所選專業(yè)的認(rèn)可度和熱愛度，對學(xué)生專業(yè)視野的開闊和職業(yè)生涯的規(guī)劃具有重要意義。通過該課程的教學(xué)，務(wù)必使學(xué)生明白材料對人類社會發(fā)展巨大的推動作用、掌握材料科學(xué)的研究方法、了解材料的分類及各類材料的發(fā)展簡史以及洞悉材料學(xué)科發(fā)展的方向，為今后的學(xué)習(xí)奠定學(xué)科專業(yè)視野。另一方面，隨著我國國家競爭力的提升，以美國為代表的西方國家加大了對我國的技術(shù)封鎖力度。我國要想在21世紀(jì)實現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興，成為具有重大國際影響力的創(chuàng)新型國家，對科技人才的培育必須兼顧專業(yè)技能和思想政治素質(zhì)。結(jié)合我院的實際情況，在材料學(xué)概論課程開展過程中須借助其獨特的課程內(nèi)容，深入進行課程思政教育，進而培育出具有家國情懷的高素質(zhì)專業(yè)人才。處于高速發(fā)展和不斷變革的時代，本科生教學(xué)工作要適時更新教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式，不能一味地根據(jù)教學(xué)大綱安排教學(xué)工作。為高質(zhì)量地完成教學(xué)工作，從教學(xué)過程面臨的困難出發(fā)，深入探討新時代背景下該課程教學(xué)模式和課程內(nèi)容的改革方向，以學(xué)生為根本，以市場需求為導(dǎo)向，敢于變革，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，豐富教學(xué)模式，培養(yǎng)滿足國家對新時代材料學(xué)領(lǐng)域科技發(fā)展需求的人才。