新工科背景下“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革探索

劉麗麗

（南京工業(yè)大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院 江蘇 南京 211816）

新工科背景下，高校新能源材料與器件專業(yè)為了滿足國家新能源戰(zhàn)略對(duì)人才的需求，亟須培養(yǎng)具有良好的道德情操、文化修養(yǎng)和身心素質(zhì)；具有扎實(shí)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，畢業(yè)后能從事與新能源材料和器件相關(guān)的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、研發(fā)、教學(xué)、咨詢、管理和貿(mào)易等工作的高級(jí)專業(yè)人才。充分結(jié)合新能源材料與器件專業(yè)的特征，需進(jìn)一步深化新能源材料與器件專業(yè)課程教學(xué)改革[1-2]。習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會(huì)議上指出，要堅(jiān)持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)的全過程，實(shí)現(xiàn)全程育人，全方位育人[3]?！安牧峡茖W(xué)基礎(chǔ)”課程是材料類專業(yè)包括材料化學(xué)、新能源材料與器件、材料科學(xué)與工程、材料與化工等專業(yè)非常重要的基礎(chǔ)課之一，是新能源材料與器件專業(yè)的核心課程之一，主要介紹材料的成分、結(jié)構(gòu)與性能三者之間的內(nèi)在關(guān)系。該課程讓學(xué)生充分學(xué)習(xí)掌握材料科學(xué)中的理論知識(shí)并理解材料微觀結(jié)構(gòu)到宏觀性質(zhì)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，進(jìn)一步運(yùn)用專業(yè)所學(xué)的原理和理論來解釋并解決實(shí)際應(yīng)用中的工程問題，為日后從事新能源材料相關(guān)領(lǐng)域的工作奠定基礎(chǔ)[4-6]。另一方面，材料科學(xué)是現(xiàn)代國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的三大支柱之一，材料更是各個(gè)先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域的基石。材料科學(xué)的發(fā)展和創(chuàng)新是我國由制造業(yè)大國向制造業(yè)強(qiáng)國轉(zhuǎn)變的重要一環(huán)[7-8]。

1 傳統(tǒng)“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程教學(xué)的不足

“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程知識(shí)點(diǎn)繁多且內(nèi)容抽象，學(xué)生理解起來較困難，另外各章節(jié)之間知識(shí)跨度較大，依賴于數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)，對(duì)學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備要求較高；概念定義和原理規(guī)律較多，缺乏趣味性，學(xué)生學(xué)起來多靠死記硬背，傳統(tǒng)的單一的課堂教學(xué)模式不利于培養(yǎng)具有實(shí)踐精神、創(chuàng)新能力的學(xué)生；另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容中缺乏對(duì)學(xué)生思政方面的引導(dǎo)，不利于新時(shí)代對(duì)學(xué)生的全面培養(yǎng)?；谝陨蟽牲c(diǎn)，應(yīng)當(dāng)對(duì)“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)進(jìn)行改革。根據(jù)新工科背景下高校培養(yǎng)學(xué)生的內(nèi)在需求，構(gòu)建科學(xué)合理的教學(xué)內(nèi)容,探索行之有效的教學(xué)模式，為社會(huì)輸出具有正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀和高尚道德情操，扎實(shí)理論知識(shí)功底和卓越實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神的工程人才。

2 課程教學(xué)改革探索

新工科背景下，新能源領(lǐng)域人才培養(yǎng)具有更高的要求，需在新能源材料與器件專業(yè)的培養(yǎng)方案和專業(yè)特征指導(dǎo)下，加強(qiáng)“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革。在教學(xué)內(nèi)容上結(jié)合時(shí)代特色切實(shí)融入課程思政，教學(xué)模式上進(jìn)行多方位改革，并改革考核方式，最終實(shí)現(xiàn)人才的全方位培養(yǎng)。

2.1 融入課程思政

作為理工科的專業(yè)課程，專業(yè)課教師需要全面探索并深入挖掘本專業(yè)知識(shí)點(diǎn)與思政教育的契合點(diǎn)，構(gòu)建專業(yè)課內(nèi)容與思政內(nèi)容有機(jī)交叉并深度融合的高校思政教育課程體系,從而實(shí)現(xiàn)專業(yè)課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)[9-10]。在“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)中，一方面向?qū)W生介紹我國材料領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和我國在材料科學(xué)史上重大發(fā)現(xiàn)和發(fā)明，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)本專業(yè)學(xué)科知識(shí)重要性的認(rèn)識(shí)；還可結(jié)合國際大背景，向?qū)W生列舉并討論目前我國在材料領(lǐng)域的一些急需攻關(guān)的新材料和新技術(shù)，融入家國情懷造就使命擔(dān)當(dāng)。另一方面以書本課程知識(shí)點(diǎn)為契機(jī)，適當(dāng)引入人類科學(xué)史上一些新材料的探索和發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在課堂上可以體會(huì)新科技的發(fā)展所離不開創(chuàng)新精神和工匠精神。材料學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展來源于多位先驅(qū)科學(xué)家的貢獻(xiàn)，可以在每章課程講解之前，與學(xué)生分享材料學(xué)領(lǐng)域科學(xué)家以及諾貝爾獎(jiǎng)獲得者的故事，并由此展開本章節(jié)的內(nèi)容，例如，在講述到共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)材料章節(jié)，可以引入安德烈 海姆和康斯坦丁 諾沃肖洛夫利用膠帶發(fā)現(xiàn)石墨烯的小故事，讓學(xué)生理解科學(xué)的突破性和創(chuàng)造性離不開鍥而不舍，以及敢于打破常規(guī)，嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的精神，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)研究和本專業(yè)的熱情，最終實(shí)現(xiàn)思政元素與教學(xué)內(nèi)容的有機(jī)融合。除了線下授課方式之外，一些優(yōu)質(zhì)的線上教學(xué)平臺(tái)和資源，比如大國工匠、大國重器等精品在線課程，也可以作為一種更直觀的教學(xué)方式。更形象直接地引導(dǎo)學(xué)生樹立良好的科學(xué)觀、人文觀，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中既開闊了眼界又培養(yǎng)了愛國主義情懷，收獲了知識(shí)又增強(qiáng)民族自豪感；課余還可以向?qū)W生分享、推送材料科學(xué)領(lǐng)域最新的發(fā)現(xiàn)和動(dòng)態(tài)，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感和對(duì)材料學(xué)的興趣；此外還可以鼓勵(lì)學(xué)生和本專業(yè)教師進(jìn)行互動(dòng)，了解并充分參與導(dǎo)師們的科研工作，了解科技前沿動(dòng)態(tài)和行業(yè)未來發(fā)展格局。

2.2 改革教學(xué)模式

2.2.1 混合式教學(xué)

多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為教學(xué)模式的創(chuàng)新提供了新的方向。網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)與傳統(tǒng)線下教學(xué)模式優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，多渠道促進(jìn)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握和創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)。一方面，教師可以利用在線平臺(tái)為學(xué)生提供“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程的授課視頻資料、課件以及參考材料。學(xué)生可以在課余時(shí)間進(jìn)行課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)以及疑難知識(shí)點(diǎn)的進(jìn)一步學(xué)習(xí)。另一方面，在線下教學(xué)過程中，尤其是在一些疑難知識(shí)點(diǎn)的講解過程中，可以借助多媒體技術(shù)在課件中插入動(dòng)畫、模擬仿真視頻等資源，從而使口頭講解難以清晰表達(dá)的內(nèi)容以圖文并茂的形式更生動(dòng)形象地展現(xiàn)給學(xué)生，進(jìn)一步增強(qiáng)授課效果。例如在講解位錯(cuò)章節(jié)時(shí)，可以借助動(dòng)畫來展現(xiàn)刃位錯(cuò)和螺位錯(cuò)的形成原理，動(dòng)畫中把刃位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)比喻成毛毛蟲的蠕動(dòng)，可以讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)理解刃位錯(cuò)的形成及運(yùn)動(dòng)規(guī)律，一顆鉚釘可以引發(fā)飛機(jī)失事的動(dòng)畫則展示出微觀原子缺陷如位錯(cuò)如何影響金屬材料的性能，通過視頻學(xué)生能將抽象的知識(shí)點(diǎn)和宏觀具象的材料性能結(jié)合起來，從而領(lǐng)略材料學(xué)的奧妙，產(chǎn)生科研的興趣。

2.2.2 定制化教學(xué)

本課程主要是面對(duì)新能源材料與器件專業(yè)的學(xué)生開設(shè)的，教學(xué)過程中教師應(yīng)結(jié)合新能源材料與器件專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，具體制訂教學(xué)方案和教學(xué)內(nèi)容。首先，在統(tǒng)籌整個(gè)教學(xué)過程中，除了整體教授“材料科學(xué)基礎(chǔ)”的基本知識(shí)，還應(yīng)當(dāng)在每章節(jié)中設(shè)計(jì)一些與新能源材料相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)拓展與延伸，幫助學(xué)生加深對(duì)本專業(yè)的認(rèn)知和認(rèn)同感。例如，在晶體結(jié)構(gòu)章節(jié)中，講述到共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，教師可以給學(xué)生引入碳材料、石墨烯材料等，并介紹其在鋰離子電池中的應(yīng)用；在缺陷章節(jié)中，通過對(duì)比金屬晶體缺陷和離子晶體缺陷的特征，并討論不同缺陷對(duì)材料導(dǎo)電性的影響，進(jìn)一步拓展到在電池領(lǐng)域內(nèi)這類材料的導(dǎo)電性對(duì)其電化學(xué)器件的電化學(xué)性能的影響。通過知識(shí)點(diǎn)的拓展和交叉融合，可以一方面培養(yǎng)學(xué)生對(duì)材料學(xué)的興趣，另一方面還可以加深他們對(duì)本專業(yè)的認(rèn)同感以及學(xué)以致用的信念感。

2.2.3 多維度聯(lián)合教學(xué)

專業(yè)課教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育相結(jié)合的聯(lián)合教學(xué)方式可以培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。以“互聯(lián)網(wǎng)+”“挑戰(zhàn)杯”等國家級(jí)或省部級(jí)賽事為載體，實(shí)現(xiàn)“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程教學(xué)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的融合，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。一方面，教師可以根據(jù)“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程的具體教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)并衍生出一些科技創(chuàng)新或者競(jìng)賽課題，在學(xué)校學(xué)院的支持下，帶領(lǐng)學(xué)生開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練并參加一些競(jìng)賽類活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新和挑戰(zhàn)意識(shí)。在這個(gè)過程中，教師必須發(fā)揮指導(dǎo)者的作用，從專業(yè)層面給予參賽學(xué)生相應(yīng)的指導(dǎo)。另一方面，專業(yè)課教育還可以與學(xué)校教師的科研課題相結(jié)合，專業(yè)課教師可以給學(xué)生介紹分享本專業(yè)教師的研究方向，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)了解并參與院系導(dǎo)師們的科研活動(dòng)，并積極申報(bào)國家、省部以及學(xué)校等不同級(jí)別的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目。通過科研項(xiàng)目的有效訓(xùn)練和培養(yǎng)，學(xué)生在學(xué)科競(jìng)賽、挑戰(zhàn)杯等項(xiàng)目上取得優(yōu)異成績，更好地達(dá)到新工科背景下人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

2.3 改革課程考核模式

新工科背景下人才的培養(yǎng)離不開合理有效的考核模式。傳統(tǒng)的試卷考核方式能夠在一定程度上反映學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握情況，但缺少對(duì)學(xué)生的品德素質(zhì)、學(xué)習(xí)效果以及創(chuàng)新能力等方面的全面衡量，因此對(duì)現(xiàn)有教學(xué)考核模式的改革勢(shì)在必行?！安牧峡茖W(xué)基礎(chǔ)”課程為了盡可能全面、客觀、準(zhǔn)確地反映學(xué)生對(duì)知識(shí)、基本技能的掌握程度，評(píng)價(jià)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力，平時(shí)成績應(yīng)包含課堂表現(xiàn)、學(xué)習(xí)態(tài)度、課程測(cè)驗(yàn)等方面。例如，教師可以在每章節(jié)準(zhǔn)備幾個(gè)開放性的思考題，鼓勵(lì)學(xué)生利用課下時(shí)間思考，并在后續(xù)課堂上進(jìn)行充分交流討論，既訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，又可以把學(xué)生思考與討論的情況作為考核依據(jù)。在期末考核部分，應(yīng)適當(dāng)刪減傳統(tǒng)試卷中純背誦的問答和計(jì)算題目，增加一些本課程與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系緊密的綜合性和分析性試題，更加全面地考查學(xué)生應(yīng)用本課程所學(xué)知識(shí)去理解、歸納、分析、解決實(shí)際問題的能力，從而達(dá)到對(duì)于人才創(chuàng)新性和實(shí)踐性能力的培養(yǎng)目標(biāo)。

3 結(jié)語

“材料科學(xué)基礎(chǔ)”是新能源材料與器件專業(yè)重要的專業(yè)核心課程之一，課程的教學(xué)成效對(duì)“新工科”背景下創(chuàng)新型、專業(yè)型、復(fù)合型人才的培養(yǎng)至關(guān)重要。該課程在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式上必須要同步進(jìn)行改革。本文對(duì)“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革進(jìn)行了探討，從融入課程思政，到改革教學(xué)模式包括混合式教學(xué)、定制式教學(xué)、多維度聯(lián)合教學(xué)方式，在改革考核模式等方面開展了教學(xué)改革與探索，為新工科模式下高校培養(yǎng)具有高尚道德品質(zhì)、家國情懷和卓越創(chuàng)新精神、實(shí)踐精神的工程人才提供了一定的參考。同時(shí)，本文所提出的“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)改革內(nèi)容和模式還需要在后續(xù)的教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)一步探索與改進(jìn)。