打造“五有”新工科范式的工程材料學(xué)課程

摘 要：針對機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生在工程材料學(xué)課程學(xué)習(xí)過程中表現(xiàn)出的學(xué)習(xí)興趣不足、學(xué)習(xí)意識被動、工程應(yīng)用與實踐能力不強(qiáng)等學(xué)習(xí)之惑，反思教學(xué)過程中存在的課程內(nèi)容時代前沿性差，與社會生產(chǎn)生活嚴(yán)重脫節(jié)，課程思政難入人心等痛點問題。從學(xué)生需求、社會需要、專業(yè)發(fā)展角度出發(fā)，創(chuàng)建符合新工科發(fā)展特色的多維度課堂、多層次實驗、多元化考核評價、雙師型隊伍建設(shè)和一班多師制的“五有”課程教學(xué)范式。

關(guān)鍵詞：工程材料學(xué) 教學(xué)改革 新工科 全面育人

2019年2月，中共中央、國務(wù)院印發(fā)了《中國教育現(xiàn)代化2035》，提出創(chuàng)新人才培養(yǎng)方式，著重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與實踐能力，對應(yīng)用型、技能型和復(fù)合型人才需求作了重要闡述[1]。2021年4月，習(xí)近平總書記在清華大學(xué)考察時強(qiáng)調(diào)，對現(xiàn)有學(xué)科專業(yè)體系進(jìn)行升級調(diào)整，瞄準(zhǔn)科技前沿和關(guān)鍵領(lǐng)域，推進(jìn)“四新”學(xué)科建設(shè)，加快培養(yǎng)現(xiàn)代化建設(shè)緊缺人才[2]。新工科教育是一種融合了工程技術(shù)、科學(xué)知識、創(chuàng)新思維和實踐能力的教育模式。相對于傳統(tǒng)的工科人才，未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的是具備工程技術(shù)能力、創(chuàng)新精神、團(tuán)隊合作能力和社會責(zé)任感的高素質(zhì)工程技術(shù)人才[3-5]。工程材料學(xué)是機(jī)械類本科專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，也是本科生教學(xué)中的主干課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，能夠使學(xué)生了解掌握工業(yè)常用材料的基本性能，對以后產(chǎn)品設(shè)計到生產(chǎn)的選材用材打下良好的基礎(chǔ)。但工程材料學(xué)是一門與工程實際緊密相關(guān)的專業(yè)技術(shù)課程，內(nèi)容多，涉及的知識面廣，加上新技術(shù)層出不窮，推動了新材料迅速發(fā)展。通過多年的實際教學(xué)情況來看，課程內(nèi)容更新太慢，過度傾向理論知識講授，而忽視實際應(yīng)用。導(dǎo)致學(xué)生很難將所學(xué)的知識應(yīng)用于工程實際，很難達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。為了響應(yīng)復(fù)合人才培養(yǎng)的需要，更好地提高工程材料學(xué)課程教學(xué)效果，結(jié)合學(xué)校實際情況，探討基于學(xué)生能力提升的工程材料學(xué)課程教學(xué)改革與創(chuàng)新迫在眉睫。

1 教學(xué)“痛點”問題剖析

基于當(dāng)前新工科背景下的人才培養(yǎng)方案要求，結(jié)合山東省新舊動能轉(zhuǎn)換政策下的用人需求，工程材料學(xué)課程在經(jīng)過多輪次的實際教學(xué)過程后，發(fā)現(xiàn)課程存在很多與當(dāng)前人才需求不匹配的問題。

1.1 課程內(nèi)容時代性與前沿性差，與當(dāng)下社會生產(chǎn)和生活嚴(yán)重脫節(jié)

基于工程材料學(xué)課程內(nèi)容，往往很難與實際的社會生產(chǎn)需求接軌，忽視了生活中的熱點事件等學(xué)生應(yīng)當(dāng)關(guān)注的問題。因此，如何重構(gòu)拓展課程內(nèi)容，緊密聯(lián)系企業(yè)生產(chǎn)實際，幫助學(xué)生解決“為什么學(xué)”，“怎樣學(xué)”，“怎樣用”這三個核心關(guān)鍵，是我們亟待解決的問題。

1.2 課程實驗體系結(jié)構(gòu)單一，實驗環(huán)節(jié)缺乏主動性，創(chuàng)新性，內(nèi)化性

由于實驗室設(shè)備陳舊、實驗類型單一，導(dǎo)致“學(xué)生模仿老師做實驗，上交實驗報告”的傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式，從而對培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題與解決問題的能力大打折扣，對學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力和科研綜合素質(zhì)的培養(yǎng)失去保障。

1.3 教學(xué)模式、手段單一，學(xué)習(xí)過程缺乏思政元素和快樂元素

探索多元化的教學(xué)模式，如項目式學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、實踐教學(xué)等，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動力。引入新技術(shù)、多媒體教學(xué)等現(xiàn)代手段來豐富教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)習(xí)體驗。思政元素的融入以及快樂元素的引入都能夠為學(xué)生提供更豐富、更有意義的學(xué)習(xí)體驗，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

1.4 課程考核方式單一，結(jié)果導(dǎo)向嚴(yán)重，輕視過程性考核

課程考核是教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)，單一的考核方式與單調(diào)的考核內(nèi)容無法準(zhǔn)確地檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，全面衡量教師的教學(xué)成效，也無法有效開展教學(xué)反思和持續(xù)性改進(jìn)。

2 課程教學(xué)目標(biāo)

知識目標(biāo)：通過本課程的學(xué)習(xí)，能夠使學(xué)生了解工程中常見金屬材料的分類、構(gòu)成，掌握鐵碳相圖的變化規(guī)律，掌握各類材料的基本特征及選擇材料與使用材料的原則和方法。

能力目標(biāo)：通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備將理論知識運用到解決實際問題過程中的轉(zhuǎn)化能力，初步掌握研究與開發(fā)新材料的理論基礎(chǔ)，學(xué)會分析和改進(jìn)材料性能。培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和創(chuàng)新意識。

價值目標(biāo)：通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生養(yǎng)成認(rèn)真、細(xì)致分析解決問題的良好習(xí)慣。培養(yǎng)他們對科學(xué)事業(yè)的熱愛和執(zhí)著，為未來科技發(fā)展的推動者和引領(lǐng)者做好鋪墊，建立起專業(yè)素養(yǎng)和科學(xué)精神，實現(xiàn)立德樹人。

3 教學(xué)的創(chuàng)新探索與實踐

針對教學(xué)中長期存在的痛點問題，課程采用“多維度課堂、多層次實驗、多元化考核評價、雙師型隊伍建設(shè)和一班多師制”的“五有”教學(xué)舉措，課程創(chuàng)新路徑如圖1所示。實現(xiàn)工程材料學(xué)課程教學(xué)的專業(yè)教育、價值引領(lǐng)、 實踐創(chuàng)新的全面育人目標(biāo)，徹底解決教學(xué)痛點問題。

3.1 建設(shè)多維度課堂，讓理論知識在實際應(yīng)用中“活起來”

以新工科為背景的課程體系建設(shè)下，多維度課堂通過分享學(xué)科前沿技術(shù)，理論學(xué)習(xí)結(jié)合恰當(dāng)?shù)墓こ贪咐涂蒲许椖?，能有效啟發(fā)和幫助教學(xué)對象理解有關(guān)知識、原理，從而樹立工程觀念，了解行業(yè)發(fā)展動向，增強(qiáng)實踐意識，提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力。運用多媒體等有效信息化手段參與教學(xué)，使課堂更加生動形象。專業(yè)知識學(xué)習(xí)中賦予思政元素，讓學(xué)生在專業(yè)教育中接受情感教育，培養(yǎng)正確的人生觀、價值觀，達(dá)到全面育人目標(biāo)。

探索基于學(xué)科前沿、工程案例和科研項目的工程材料學(xué)教學(xué)方法改革，通過講授與工程材料學(xué)技術(shù)理論教學(xué)相關(guān)的科研項目和工程案例，將理論知識和實踐教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來，提升學(xué)生分析和解決實際問題的能力，分別為以后從事科學(xué)研究和工程應(yīng)用的學(xué)生提供實踐的機(jī)會。改變傳統(tǒng)的工程材料學(xué)的教學(xué)方式，由原來枯燥的“以教師為中心”教學(xué)變成“師生共同學(xué)習(xí)”，由原來的單純理論學(xué)習(xí)變成理論與實踐相結(jié)合。

3.2 構(gòu)建多層次實驗教學(xué)，讓學(xué)生在浸入式實踐中找尋快樂

構(gòu)建以學(xué)生為中心的“多層次”實驗教學(xué)體系。這對培養(yǎng)學(xué)生動手能力、實踐能力、創(chuàng)新意識和解決實際工程問題的能力都會有很大提升。探索實驗教學(xué)體系改革，構(gòu)建以認(rèn)知性實驗、驗證性實驗和創(chuàng)新性實驗“三位一體”的實驗教學(xué)體系，遵循理論與實踐相融合的原則，做到整個實驗過程的時間、儀器、空間等諸多因素的柔性化，讓學(xué)生在實驗和探索中進(jìn)行實踐學(xué)習(xí)，打造沉浸式實驗?zāi)Ｊ健Ｒ詫W(xué)生為中心，構(gòu)建實驗教學(xué)的特有教學(xué)方法和策略，以培養(yǎng)學(xué)生獨立操作實驗、解決實際問題的能力[6]。為保證學(xué)生具備新工科人才培養(yǎng)的基本能力和素質(zhì)，進(jìn)行實驗教學(xué)上的范式改革和嘗試。

3.3 建設(shè)雙師型，學(xué)習(xí)常態(tài)化的教師隊伍

建設(shè)“雙師”型教師隊伍，青年教師定期深入企業(yè)參與實踐活動等，使其具備扎實的理論功底和較強(qiáng)的實踐能力。這樣同一個教師講授理論和指導(dǎo)實驗實訓(xùn)課，就可以全面深入了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，使得理論與實踐不分離和不脫節(jié)。作為機(jī)械類專業(yè)的教師，每隔一段時間應(yīng)到企業(yè)的相應(yīng)崗位實訓(xùn)或者到企業(yè)、社會去調(diào)研，這樣做才能不斷地接觸到企業(yè)的新產(chǎn)品、新設(shè)備，學(xué)到新知識、新工藝，更好地為培養(yǎng)高素質(zhì)人才“充電”。

實施老教師傳幫帶、集體教研活動常態(tài)化工作制度。開展集體備課、教學(xué)觀摩、說課、專題研討等教學(xué)法活動，集思廣益，資源共享，共同提高，培養(yǎng)團(tuán)隊精神，注重協(xié)同發(fā)展。積極申報教改課題，開展教學(xué)研究，加強(qiáng)課程內(nèi)涵建設(shè)，創(chuàng)新教學(xué)模式，革新教學(xué)方法，以研促教。

3.4 探討一班多師制的課程教學(xué)實踐模式

探討技師研討制課程教學(xué)方法在工程材料學(xué)課程理論教學(xué)中的應(yīng)用，采用小班教學(xué)，兩個自然班級一個任課教師，由課程團(tuán)隊老師分章節(jié)講授課程理論，既可以與每個學(xué)生距離更近，更容易把握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，做到因材施教，又能最大限度綜合利用團(tuán)隊各老師的項目經(jīng)驗與實踐經(jīng)驗，實現(xiàn)研討制授課。40學(xué)時理論課教學(xué)中拿出4學(xué)時用于企業(yè)講座和學(xué)術(shù)講座，請企業(yè)和高校相關(guān)專家分別講授材料學(xué)在企業(yè)和科研中具體應(yīng)用案例，加強(qiáng)學(xué)生對本課程的興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的熱情，目的是讓學(xué)生對本課程所學(xué)的知識進(jìn)行融會貫通，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的成就感。

3.5 構(gòu)建多元考核評價體系

構(gòu)建基于知識目標(biāo)、能力目標(biāo)、價值目標(biāo)，過程性與終結(jié)性相結(jié)合，師評生、生自評、生互評的評價體系。其中過程性考核占比60%，著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、團(tuán)隊意識、理論知識在解決實際問題時的轉(zhuǎn)化能力等。全面精準(zhǔn)地檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，全面衡量教師的教學(xué)成效，為后續(xù)有效開展教學(xué)反思和持續(xù)性改進(jìn)提供有效數(shù)據(jù)支撐。

4 教學(xué)創(chuàng)新效果和成果推廣應(yīng)用

4.1 教學(xué)效果顯著提升，學(xué)生學(xué)業(yè)成績優(yōu)良，高階能力有效提升

本課程逐步進(jìn)行教學(xué)改革與創(chuàng)新，從傳統(tǒng)線下教學(xué)到現(xiàn)在有意義的快樂學(xué)習(xí)；從最初的理論課老師講，學(xué)生聽，實驗課老師示范，學(xué)生再模仿，到現(xiàn)在的師生共參與，共探討，共學(xué)習(xí)；從最初的課程思政入眼入耳，到現(xiàn)在的入腦，入心，入行動，不斷迭代升級，持續(xù)性改進(jìn)。通過對兩個年級學(xué)生問卷調(diào)查結(jié)果及期末成績的對比分析，工程材料學(xué)的教學(xué)模式在學(xué)生學(xué)習(xí)效果和教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度等方面取得了顯著提升。所帶班級學(xué)生近兩年來參加學(xué)科競賽獲得省級以上獎勵90余項，所帶學(xué)生連續(xù)三年獲得校級優(yōu)秀本科畢業(yè)論文等教學(xué)成果。

4.2 教師教學(xué)能力顯著提升，教學(xué)改革、教學(xué)競賽成績優(yōu)異

該課程實施改革以后，迭代完成多輪教學(xué)改革實踐，實現(xiàn)“理論生動性，實驗活躍性，實踐前沿性和產(chǎn)業(yè)融合性”，教師教學(xué)能力顯著提升。教師精心打磨本課程，參加了學(xué)校青年教師教學(xué)比賽、信息化教學(xué)比賽和優(yōu)秀教學(xué)效果獎等教學(xué)競賽，取得優(yōu)異成績的同時，得到了極大的鍛煉；基于課程教學(xué)創(chuàng)新，獲批主持了省級面上教改項目1項、校級重點教改1項、青年項目1項，并參與了教改項目3項，在教學(xué)改革的道路上收獲滿滿；課改聘請多位經(jīng)驗豐富的企業(yè)工程師為兼職講師，為課程改革實施助力，簽訂多家教師與學(xué)生的實習(xí)實訓(xùn)基地，為教師的成長極速充電；教師也因此獲評“學(xué)生最喜愛的教師”稱號，達(dá)到師生共同成長的目的。

4.3 成果推廣扎實穩(wěn)定

本課程的教學(xué)改革方法已在系里其他專業(yè)課程教學(xué)中穩(wěn)步推廣實施，主講的相關(guān)課程獲得了2022年省級本科教改立項，目前教學(xué)系已與其他工科系聯(lián)合申請了校級虛擬教研室項目，并在推廣使用本課程的教學(xué)改革成果經(jīng)驗，初步取得良好成效。后面將在學(xué)校各個學(xué)院及兄弟高校當(dāng)中進(jìn)行推廣，以期望獲得授課教師和學(xué)生的一致認(rèn)可，為工科類專業(yè)課程的教學(xué)改革提供范例。

5 結(jié)語

隨著全球化的深入發(fā)展，高校人才需要具備國際視野和競爭力，能夠適應(yīng)國際化的科技和產(chǎn)業(yè)環(huán)境。新工科建設(shè)的目標(biāo)是培養(yǎng)適應(yīng)科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的高素質(zhì)人才，推動創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展和國家重要戰(zhàn)略進(jìn)程。高校在人才培養(yǎng)中應(yīng)根據(jù)這些多層次的培養(yǎng)需求，優(yōu)化教育教學(xué)模式，加強(qiáng)實踐教育和綜合素質(zhì)培養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力的全面發(fā)展。文章以學(xué)校機(jī)械工程專業(yè)為例，針對工程材料學(xué)教學(xué)過程中產(chǎn)生的諸多痛點問題進(jìn)行了深刻剖析。提出了“多維度課堂、多層次實驗、多元化考核評價、雙師型隊伍建設(shè)和一班多師制”的“五有”教學(xué)舉措。實現(xiàn)工程材料學(xué)課程教學(xué)的專業(yè)教育、價值引領(lǐng)、實踐創(chuàng)新的全面育人目標(biāo)，徹底解決教學(xué)中的諸多痛點問題。

基金項目：2022年山東省本科教學(xué)改革研究面上項目“基于學(xué)生能力提升的工程材料學(xué)課程教學(xué)改革與創(chuàng)新”（M2022192）。

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