黨的二十大精神指引航空航天類教學(xué)的實踐探索

宋樹豐 劉鋒 胡寧

摘? 要：新工科建設(shè)是應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革、推動我國新經(jīng)濟(jì)發(fā)展、布局未來戰(zhàn)略競爭、加快我國高等教育改革創(chuàng)新而提出的我國工程教育改革方向。黨的二十大精神對航空航天類教學(xué)提出了新要求，在總結(jié)分析航空航天工程材料課程教學(xué)的現(xiàn)狀與問題的基礎(chǔ)上，通過知識模塊化、實踐項目化的教學(xué)內(nèi)容改革，以學(xué)生為中心、強化能力培養(yǎng)的教學(xué)方法改革，探索“四位一體”的航空航天工程材料教學(xué)實踐，努力培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞暮娇蘸教旃こ谈邔哟稳瞬拧?/p>

關(guān)鍵詞：新工科;四位一體;航空航天;教學(xué)內(nèi)容;教學(xué)方法

中圖分類號：G640? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）S2-0027-04

Abstract： The construction of Emerging Engineering Education（3E） is the direction of China's engineering education reform that answers the new round of scientific and technological revolution and industrial reform， promotes new economy development， plans future strategic competition， and accelerates our higher education reform and innovation. To respond the spirit of the 20th National Congress of the CPC， the undergraduate teaching of aerospace specialties faces new challenge， this paper analyzes the current situation and problems of aerospace engineering material courses， and proposes four integrated teaching content and methodology reforms for the aerospace engineering material courses， viz.modularization of knowledge， projectization of practical experiments， student centering， and reinforcement of ability training， cultivating high-level talents in aerospace engineering with both moral integrity and talent.

Keywords： emerging engineering education; four integrated reforms; aerospace engineering; teaching content; teaching methodology

經(jīng)過改革開放40年來的不懈拼搏，我國建成了全球規(guī)模最大的工程教育體系。面對世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工程科技的不斷進(jìn)步，為推動工程教育改革創(chuàng)新，2017年，“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”[1-3]，構(gòu)成了新工科建設(shè)的“三部曲”，奏響了人才培養(yǎng)主旋律，開拓了工程教育改革新路徑，啟動新工科建設(shè)，加快培養(yǎng)新興領(lǐng)域工程技術(shù)人才，主動布局未來戰(zhàn)略必爭之地，提升國家硬實力和國際競爭力，新工科建設(shè)具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義[4]。黨的二十大報告指出：“深入實施人才強國戰(zhàn)略。培養(yǎng)造就大批德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)人才，是國家和民族長遠(yuǎn)發(fā)展大計。”《孫子·謀攻篇》曰：“知己知彼，百戰(zhàn)不殆;不知彼而知己，一勝一負(fù);不知彼，不知己，每戰(zhàn)必殆?！弊鳛橐幻咝＝處?，踐行新工科戰(zhàn)略，深入學(xué)習(xí)貫徹黨的二十大精神，努力為國家培養(yǎng)卓越人才，需要做到知己知彼，“彼”即新工科的理念內(nèi)涵，“己”即教師的教育教學(xué)實踐。

一? 新工科理念的內(nèi)涵

新工科理念的內(nèi)涵可以從以下方面來理解[5-6]。

（一）? 理念新：面向未來、謀劃未來、引領(lǐng)未來、收獲未來

理念是實踐的先導(dǎo)，新工科建設(shè)更強調(diào)主動迎接新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革。習(xí)近平總書記2021年5月28日在中國科學(xué)院第二十次院士大會、中國工程院第十五次院士大會和中國科協(xié)第十次全國代表大會上指出，“當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革突飛猛進(jìn)，科學(xué)研究范式正在發(fā)生深刻變革，學(xué)科交叉融合不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展加速滲透融合”。新工科建設(shè)要求主動迎接新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，創(chuàng)新進(jìn)取，推動高等教育改革，在未來戰(zhàn)略必爭之地儲備人才，搶占制高點。

（二）? 要求新：探索創(chuàng)新型、綜合化、全周期、開放式的人才培養(yǎng)理念

新工科人才的特征在于：掌握基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識、強大的自學(xué)與實踐能力、創(chuàng)造創(chuàng)新與批評的品質(zhì)、合作精神、家國情懷等。周遠(yuǎn)清[7]曾對人才培養(yǎng)模式的含義作出論述，人才培養(yǎng)模式本質(zhì)上是人才的培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)規(guī)格以及實現(xiàn)這些培養(yǎng)目標(biāo)的方法或手段。具體的人才培養(yǎng)目標(biāo)和規(guī)格已經(jīng)難以適應(yīng)新工科人才的特征，必須探索創(chuàng)新型、綜合化、全周期、開放式的人才培養(yǎng)新理念。

（三）? 質(zhì)量理念新：以學(xué)生為中心、以結(jié)果為導(dǎo)向、持續(xù)質(zhì)量改進(jìn)

堅持以學(xué)生為中心，要從傳統(tǒng)的“教什么、怎么教、教得怎么樣”轉(zhuǎn)變到“學(xué)什么、怎么學(xué)、學(xué)得怎么樣”，強調(diào)學(xué)生的主體地位，培養(yǎng)學(xué)生全面發(fā)展，實現(xiàn)從以“教”為中心向以“學(xué)”為中心的轉(zhuǎn)變，使教育教學(xué)改革成果惠及全體學(xué)生。堅持以結(jié)果為導(dǎo)向，強調(diào)教育質(zhì)量，根據(jù)“產(chǎn)出”倒推和設(shè)計教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。堅持持續(xù)質(zhì)量改進(jìn)，建立“政策響應(yīng)-發(fā)現(xiàn)問題-改進(jìn)”的持續(xù)質(zhì)量改進(jìn)循環(huán)機(jī)制。

二? 航空航天工程材料課程教學(xué)的現(xiàn)狀與問題

工程材料是高等院校機(jī)類專業(yè)的一門專業(yè)必修基礎(chǔ)課，涉及機(jī)械、能源動力、材料等專業(yè)領(lǐng)域，也可作為高等職業(yè)技術(shù)院校、高等專科院校相關(guān)專業(yè)教材和有關(guān)工程技術(shù)人員參考知識[8]。航空航天工程材料是在工程材料的基礎(chǔ)上開展起來的航空航天學(xué)院的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。隨著新工科建設(shè)的推進(jìn)，結(jié)合教學(xué)實踐，航空航天工程材料存在的問題日益凸顯，概括起來就是：固守經(jīng)典，缺乏改革。

（一）? 課程體系經(jīng)典傳統(tǒng)

課程內(nèi)容主要包括材料的成分、結(jié)構(gòu)、組織、性能及其影響因素等基本理論，以及金屬材料、高分子材料、陶瓷材料、碳材料等常用工程材料及應(yīng)用。涉及純金屬的結(jié)晶、二元合金相結(jié)構(gòu)及合金、碳鋼和鑄鐵、金屬熱處理與表面處理、金屬材料的力學(xué)性能及塑性變形、有色金屬及合金等金屬材料基礎(chǔ)知識，以及特種陶瓷工藝學(xué)、結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷、陶瓷基復(fù)合材料等陶瓷材料基礎(chǔ)知識，又涵蓋工程塑料、合成纖維及應(yīng)用、特種合成橡膠等高分子材料基礎(chǔ)知識，以及碳材料簡介、碳纖維、碳/碳復(fù)合材料、新型納米碳材料等新型碳材料基礎(chǔ)知識。教學(xué)內(nèi)容廣，知識點多[9]。課程體系沿用了清華大學(xué)出版社出版的朱張校、姚可夫主編的《工程材料（第5版）》（2011年），該教材是在鄭明新教授主編的《工程材料（第1版）》（1983年）基礎(chǔ)上完善起來的。課程體系經(jīng)典而傳統(tǒng)，工程材料，特別是航空航天領(lǐng)域工程材料的發(fā)展變化和新工科的需求變化在教材中難以體現(xiàn)。

（二）? 培養(yǎng)模式經(jīng)典傳統(tǒng)

航空航天工程材料作為一門技術(shù)基礎(chǔ)課，除了理論知識廣，與工程亦結(jié)合緊密，這是其自身的特色所在，因此，該門課程除了32學(xué)時的理論教學(xué)，還包括一周的綜合實踐教學(xué)。實踐教學(xué)中往往強調(diào)與理論教學(xué)的相呼應(yīng)，但卻忽視了讓全體學(xué)生利用這一寶貴的綜合實踐周“有效”接觸科技前沿中的工程材料的教育;實踐教學(xué)評價單一，往往是以學(xué)生完成一份實驗報告而結(jié)束，學(xué)生云里霧里，只知其一不知其二，難以契合全產(chǎn)業(yè)鏈所需求的從研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、銷售到管理、服務(wù)的多元化人才結(jié)構(gòu)[10];教學(xué)方式通常為“滿堂灌”，忽視學(xué)生的主體地位。

（三）? 缺乏改革理性和勇氣

《工程材料（第5版）》作為“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材、國家級精品課程教材、北京高等教育教學(xué)成果二等獎、清華大學(xué)優(yōu)秀教材特等獎，我們習(xí)慣了將“經(jīng)典”拿來用，面對教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，缺乏了改革和創(chuàng)新的理性和勇氣。新工科建設(shè)如火如荼，時不我待，迫切需要探索航空航天工程材料課程體系的重構(gòu)和教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的改革，踐行新工科理念。

三? 航空航天工程材料教學(xué)內(nèi)容改革

航空航天工程材料課程教學(xué)以黨的二十大精神為指引，需要根據(jù)科技進(jìn)展、航空航天專業(yè)特色和社會發(fā)展的要求，不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，逐步實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)代化。經(jīng)典的工程材料教學(xué)內(nèi)容范圍廣、知識點多，在學(xué)生學(xué)時有限的前提下，如何設(shè)計“加減法”，改革教學(xué)內(nèi)容，提升航空航天工程材料與航空航天類專業(yè)的關(guān)聯(lián)度，凸顯航空航天工程材料的前沿性，尤為重要。

在教學(xué)實踐中，如圖1所示，可以從以下兩方面進(jìn)行思考。

（一）? 知識模塊化

教師不再固守工程材料知識結(jié)構(gòu)的連續(xù)性不放，通過調(diào)整知識結(jié)構(gòu)，增刪教學(xué)內(nèi)容，適應(yīng)航空航天類新工科專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，形成以學(xué)生為中心、以結(jié)果為導(dǎo)向的教育模式。將航空航天工程材料課程設(shè)置為“經(jīng)典模塊”“空天模塊”“前沿模塊”?！敖?jīng)典模塊”涉及工程材料的成分、結(jié)構(gòu)、組織、性能及其影響因素等基本理論和基本規(guī)律的經(jīng)典知識。“空天模塊”涉及金屬材料、陶瓷材料、高分子材料以及復(fù)合材料等主要工程材料在航空航天領(lǐng)域的研究和應(yīng)用。“前沿模塊”涉及金屬材料、陶瓷材料、高分子材料等主要工程材料的代表性前沿科技和進(jìn)展。

例如，在“純金屬的結(jié)晶”章節(jié)中，純金屬容易形成樹枝狀晶體，其原因在于：晶核長大過程中有潛熱放出，晶體尖角處散熱速度快，成為伸入液體中的晶枝;同時，尖角處缺陷多，從液體中轉(zhuǎn)移過來的原子容易在這些地方固定，有利于晶體的長大而獲得樹枝晶。這是在“經(jīng)典模塊”中講授的知識點。結(jié)合筆者的科研背景，電化學(xué)電池儲能技術(shù)在航空航天、電動汽車等新興領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，經(jīng)過30來年的發(fā)展，傳統(tǒng)鋰離子電池已經(jīng)達(dá)到其技術(shù)極限，難以滿足新興領(lǐng)域的快速發(fā)展，新材料、新技術(shù)的研究轟轟烈烈;金屬鋰，一種純金屬作為鋰電池負(fù)極材料，由于超高的比容量，被寄予厚望，金屬枝晶的問題是其面臨的最關(guān)鍵的問題之一，得到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的普遍關(guān)注[11]。可將金屬鋰的枝晶問題引入到“前沿模塊”中，使學(xué)生了解金屬鋰的應(yīng)用背景、枝晶的產(chǎn)生機(jī)制、抑制策略和機(jī)制等前沿科學(xué)研究進(jìn)展。

例如，在“金屬材料及其合金”這一章中，涉及純金屬的結(jié)晶、二元合金相結(jié)構(gòu)及合金、碳鋼和鑄鐵、金屬熱處理與表面處理、金屬材料的力學(xué)性能及塑性變形、有色金屬及合金6節(jié)內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容幾乎都是黑色金屬，有色金屬的教學(xué)內(nèi)容非常薄弱，黑色金屬在工程實際中發(fā)揮著重要作用，但在航空航天領(lǐng)域中，鋁合金、鎂合金、鈦合金等有色金屬由于其自身性質(zhì)和性能，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[12]，結(jié)合航空航天專業(yè)特色，在金屬材料這一章中，除了在“經(jīng)典模塊”中講授黑色金屬等經(jīng)典知識，更應(yīng)增加空天模塊，講授航空航天中的有色金屬材料及其應(yīng)用。與黑色金屬的知識結(jié)構(gòu)不同，有色金屬的知識更為發(fā)散，研究進(jìn)展也更為迅速。針對有色金屬材料這些獨特的特點，課程可以設(shè)置成有色金屬與航空航天的開放課程，將學(xué)生分成若干小組，將有色金屬按照材料體系分成若干類，每小組選擇一類材料，課下進(jìn)行材料調(diào)研、文獻(xiàn)檢索、制作PPT，課上進(jìn)行報告，其他小組則進(jìn)行提問與評分，以此作為平時成績之一。這種開放課的教學(xué)方式，可以大大促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，加強學(xué)生對有色金屬的認(rèn)識，特別是對有色金屬在航空航天領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展加深了解，增強學(xué)生對本專業(yè)的熱愛。

在航空航天工程材料教學(xué)實踐中，既包含經(jīng)典理論知識，又包含能夠反映學(xué)生所讀航空航天類專業(yè)實際問題的案例，又包含典型工程材料的前沿研究，實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容與工科專業(yè)學(xué)習(xí)、科學(xué)研究相融相通，使學(xué)生切實感受到所學(xué)專業(yè)的魅力、所學(xué)知識的益處、知識交叉的樂趣，從而達(dá)到習(xí)近平總書記提出的建設(shè)具有突出技術(shù)創(chuàng)新能力、善于解決復(fù)雜工程問題的工程師隊伍的要求。

（二）? 實踐項目化

以結(jié)果為導(dǎo)向，設(shè)計綜合實踐教學(xué)內(nèi)容，圍繞著航空航天領(lǐng)域和科技前沿，設(shè)置實踐主題，按照“項目”管理的方式，指導(dǎo)學(xué)生調(diào)研學(xué)術(shù)文獻(xiàn)，弄清楚所選綜合實踐的研究意義、研究背景、研究目標(biāo)、研究內(nèi)容、研究方案和預(yù)期結(jié)果等，在完成實踐報告的基礎(chǔ)上，并作“實踐項目”結(jié)題匯報，從而達(dá)到培養(yǎng)全產(chǎn)業(yè)鏈所需的多元化人才要求。

四? 航空航天工程材料教學(xué)方法改革

除了課程教學(xué)內(nèi)容的變革，還需要教學(xué)方法變革，如圖1所示。

（一）? 角色轉(zhuǎn)換，以學(xué)生為中心

唐代韓愈說：“師者，所以傳道受業(yè)解惑也”。什么是好老師？習(xí)近平總書記認(rèn)為，好老師沒有統(tǒng)一的模式，可以各有千秋、各顯身手，但有一些共同的、必不可少的特質(zhì)。他在不同場合勉勵教師，甘當(dāng)“鋪路石”，做學(xué)生的“引路人”，要做“四有”好老師，要做“大先生”?；ヂ?lián)網(wǎng)時代，使學(xué)生集中注意力聽講，提起興趣學(xué)習(xí)，越來越奢侈。教師需要從傳統(tǒng)的知識灌輸者轉(zhuǎn)變成導(dǎo)師，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的終身學(xué)習(xí)能力。從傳統(tǒng)的灌輸課堂向?qū)υ捳n堂轉(zhuǎn)變。

例如，將學(xué)生分割成若干學(xué)習(xí)小組，在課堂教學(xué)過程中，教師進(jìn)行設(shè)問，學(xué)習(xí)小組不同成員進(jìn)行解答，直到這一問題被這一小組解答完畢。通過短視頻等導(dǎo)入教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生好奇心，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。設(shè)置“開放研討”環(huán)節(jié)，以問題為導(dǎo)向，讓學(xué)習(xí)小組調(diào)研匯報金屬材料、陶瓷材料、高分子材料等工程材料在航空航天工程領(lǐng)域中的研究和應(yīng)用，報告內(nèi)容需要涉及課程講解的至少2個知識點，結(jié)束后，其他小組提問，并打分，作為平時成績之一。通過這種“開放研討”的模式，學(xué)生深刻感受到所學(xué)理論知識在航空航天工程領(lǐng)域中的實際應(yīng)用，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，通過文獻(xiàn)調(diào)研、PPT制作、PPT匯報、設(shè)問及回答等環(huán)節(jié)鍛煉了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、邏輯思維能力、應(yīng)用能力、協(xié)作能力，提升教學(xué)質(zhì)量。

（二）? 強化能力培養(yǎng)，加強創(chuàng)新實踐，深化本研融合

創(chuàng)新能力是對未來卓越工程人才的重要要求，不僅要教授學(xué)生理論知識，更應(yīng)強化學(xué)生創(chuàng)新能力。在教學(xué)實踐中，通過“前沿模塊”提升學(xué)生對前沿科技的興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新研究興趣，利用重慶大學(xué)大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃和交叉創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺，鼓勵學(xué)生參與，使本科生從切身的科研實踐中體驗到科技前沿，懂得科學(xué)研究既“尖端”又“近人”，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新潛力。通過研究生協(xié)助指導(dǎo)本科生科研，深化本研融合，協(xié)同發(fā)展。

五? 教學(xué)效果

通過上述“四位一體”的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的探索，航空航天工程材料課程教學(xué)得到了顯著提升，圖2是2022年重慶大學(xué)航空航天學(xué)院工程力學(xué)專業(yè)學(xué)生航空航天工程材料課程的期末綜合成績。綜合成績由70%的考試成績、30%的平時成績構(gòu)成，由結(jié)果可知，90分以上的同學(xué)占比27.5%，80～90分的同學(xué)占比62.9%，沒有同學(xué)的綜合成績低于70分，說明了通過該教學(xué)實踐，極大促進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。另外，值得一提的是，在該課程教學(xué)過程以及教學(xué)結(jié)束后，班級有9名同學(xué)申請作者為指導(dǎo)教師，獲批了2個重慶大學(xué)第十四屆大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃（SRTP）項目、1個市級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目，并于2023年順利通過結(jié)題驗收。

六? 結(jié)束語

中國已成為全球最大經(jīng)濟(jì)體，面對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，迫切需要加快德才兼?zhèn)涞母邔哟稳瞬排囵B(yǎng)，高等教育創(chuàng)新改革恰逢其會。面向未來、探索未來、塑造未來，新工科建設(shè)方興未艾，高等教育教學(xué)改革不可能一揮而就，但是，在黨的二十大精神指引下，一線教師同心協(xié)力，通過不斷的研究-探索-實踐-改進(jìn)，新工科建設(shè)將有力促進(jìn)我國高等教育創(chuàng)新變革。

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基金項目：重慶大學(xué)教學(xué)改革研究項目“國家一流本科專業(yè)建設(shè)背景下教育教學(xué)改革的探索與實踐——《航空航天工程材料》課程科教融合的研究”（2021Y54）;重慶大學(xué)研究生教育教學(xué)改革研究項目“基于‘科教融合+預(yù)演畢業(yè)雙驅(qū)動的德才兼?zhèn)涞暮娇蘸教旄邔哟稳瞬排囵B(yǎng)模式探索”（cquyjg22309）

第一作者簡介：宋樹豐（1982-），男，漢族，吉林長春人，博士，副教授，碩士研究生導(dǎo)師。研究方向為航空航天新能源。