摘 要 材料科學(xué)進(jìn)展是長沙理工大學(xué)材料學(xué)院為本科生開設(shè)的一門理論課,主要介紹高分子、金屬、無機(jī)非金屬等材料的研究、設(shè)計(jì)和開發(fā),器件加工以及表征技術(shù)的科學(xué)進(jìn)展和發(fā)展趨勢。針對該課程特色和教學(xué)中存在的問題,我們進(jìn)行了教學(xué)改革實(shí)踐與探索:在教學(xué)實(shí)踐中,采用“線上線下、課內(nèi)課外”相結(jié)合的多元化講座式教學(xué)模式,注重課程的“創(chuàng)新性、高階性、挑戰(zhàn)度”;注重夯實(shí)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)理論知識、拓寬學(xué)生視野、提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)、培養(yǎng)科學(xué)精神、促進(jìn)學(xué)生的長遠(yuǎn)學(xué)習(xí)與發(fā)展。
關(guān)鍵詞 材料科學(xué)進(jìn)展;講座式教學(xué);教學(xué)改革;綜合素養(yǎng);科學(xué)精神
材料科學(xué)是一個(gè)跨學(xué)科領(lǐng)域,涉及對物質(zhì)特性的理解和應(yīng)用,涵蓋物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)、工程應(yīng)用和工業(yè)制造過程[1]?,F(xiàn)代社會越來越依賴先進(jìn)材料,例如,用于新能源汽車上的高性能電池材料、用于更耐用的噴氣發(fā)動機(jī)的高級合金以及用于替代人體關(guān)節(jié)的生物材料等。材料科學(xué)家研究材料的結(jié)構(gòu)、材料的特性、加工方法及其在應(yīng)用中性能之間的聯(lián)系,開發(fā)新材料并設(shè)計(jì)先進(jìn)的制造工藝。 材料科學(xué)對于納米技術(shù)、量子計(jì)算、儲能和核能以及骨替代材料和藥物輸送等醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要[2]。材料科學(xué)進(jìn)展是長沙理工大學(xué)材料學(xué)院為本科生開設(shè)的一門理論課,是引導(dǎo)學(xué)生步入材料世界的入門課,該課程涵蓋了高分子、金屬、無機(jī)非金屬等材料的設(shè)計(jì)、研究開發(fā)、制備與加工、組織結(jié)構(gòu)與性能等前沿知識,使學(xué)生了解新型能源材料、化工新材料、先進(jìn)陶瓷材料、先進(jìn)電子材料、先進(jìn)材料制備技術(shù)、納米材料科學(xué)、航空航天新材料、先進(jìn)復(fù)合材料等領(lǐng)域的最新進(jìn)展;對夯實(shí)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)理論知識、拓寬學(xué)生視野、提高學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)、培養(yǎng)科學(xué)精神和啟發(fā)科研思路起著至關(guān)重要的作用,對后續(xù)各專業(yè)課程也起著鋪墊、過渡和銜接作用。希望通過該課程培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)和工匠精神,強(qiáng)化學(xué)生的社會責(zé)任和工程倫理意識,激發(fā)學(xué)生的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng),為實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興而努力奮斗[3-4]。
1 課程特色和存在的問題
首先,這類“進(jìn)展、前沿”類課程沒有固定和合適的教材,應(yīng)該向?qū)W生講授什么內(nèi)容,這是值得思考的問題。其次,該課程是一種對學(xué)科課程更細(xì)致的劃分,內(nèi)容涵蓋了材料科學(xué)進(jìn)展的方方面面,知識點(diǎn)多,內(nèi)容繁雜、各部分內(nèi)容相對獨(dú)立,偏重實(shí)踐和學(xué)科最前沿的知識,往往也和教師個(gè)人的研究內(nèi)容相關(guān),要發(fā)掘授課教師在其研究領(lǐng)域的科研優(yōu)勢應(yīng)用于教學(xué)中。由誰來講,才能更好激發(fā)學(xué)生的興趣,提高教學(xué)有效性。再次,當(dāng)今科技飛速發(fā)展,新材料、新技術(shù)和新工藝層出不窮,學(xué)科交叉、學(xué)科滲透已成普遍現(xiàn)象,課程內(nèi)容具有很大的動態(tài)性、前沿性和創(chuàng)新性。如何講,才能更好地體現(xiàn)課程特色。最后是學(xué)時(shí)有限,根據(jù)材料專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃要求,材料科學(xué)進(jìn)展課程為32學(xué)時(shí),而要系統(tǒng)全面地對各種材料的研究進(jìn)展和前沿問題進(jìn)行講解和闡述,這些學(xué)時(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。此外,這類課程重視基礎(chǔ)知識與前沿進(jìn)展結(jié)合、理論與實(shí)踐結(jié)合,如何平衡基礎(chǔ)知識和前沿內(nèi)容,如何應(yīng)對專業(yè)知識儲備尚顯不足的學(xué)生,如何將有效課程教學(xué)和專業(yè)實(shí)踐結(jié)合起來,培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力,這些都是值得我們深思的問題。
2 材料科學(xué)進(jìn)展課程教學(xué)改革
針對上述材料科學(xué)進(jìn)展課程特色和存在的問題,我們主要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式、實(shí)踐教育及師資建設(shè)等幾個(gè)方面對其進(jìn)行綜合性改革,全方位提升教學(xué)質(zhì)量。
2.1 教學(xué)內(nèi)容改革
傳統(tǒng)的材料專業(yè)課程教學(xué),通常由一位主講教師根據(jù)選定的教材,按照既定的教學(xué)大綱和教案從頭到尾以“灌輸式”講授法進(jìn)行。這種教學(xué)方式顯然不適合材料科學(xué)進(jìn)展這門課程。由于材料學(xué)科細(xì)分領(lǐng)域和研究方向很多,從事相關(guān)研究的大多數(shù)博士、教授等專業(yè)人員,往往也只是涉及某一個(gè)細(xì)分領(lǐng)域或者研究方向,甚至長期專注于某個(gè)細(xì)分領(lǐng)域中的具體問題。因此,長沙理工大學(xué)材料學(xué)院改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式,對材料科學(xué)進(jìn)展課程采用“專題講座式”教學(xué)模式。根據(jù)學(xué)院辦學(xué)特色、課程培養(yǎng)目標(biāo)以及授課教師的專業(yè)研究背景,在內(nèi)容設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了大刀闊斧的改革,將專業(yè)知識與授課教師的科研方向緊密結(jié)合,使課程內(nèi)容集專業(yè)性、前沿性、創(chuàng)新性、趣味性于一體。該課程共計(jì)32學(xué)時(shí),涉及了鋰離子電池、燃料電池和太陽能電池等16個(gè)互不相同的專題,如表1所示。
表中只列出每個(gè)講座大概的主題,具體內(nèi)容由授課教師自主擬定,這種模式有效地將教師的教學(xué)與科研緊密結(jié)合。每個(gè)講座專題由長期從事該領(lǐng)域科學(xué)研究工作的學(xué)術(shù)帶頭人、知名專家擔(dān)任主講教師。由于講授的內(nèi)容和自己的科研密切相關(guān),授課教師會時(shí)刻關(guān)注最新的科研成果、不斷追蹤學(xué)術(shù)前沿和熱點(diǎn)問題。教師具有所授課程內(nèi)容的豐富科研和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),一旦進(jìn)入課堂,他們的科研思維和經(jīng)驗(yàn)自然會結(jié)合到課堂教學(xué)之中。筆者主要負(fù)責(zé)鋰離子電池專題,除了向?qū)W生講授有關(guān)鋰離子電池的基礎(chǔ)理論和最新研究進(jìn)展,還向?qū)W生介紹新型的儲能體系,例如鈉離子電池、鋁離子電池等;另外注重科教互融,及時(shí)將課題組最新科研成果轉(zhuǎn)化為授課內(nèi)容,給學(xué)生提供最新、最前沿的學(xué)科知識[5-32]。教師不僅要傳授已有的知識,還要研究發(fā)展知識、生產(chǎn)新知識,鼓勵(lì)學(xué)生獨(dú)立思考,培養(yǎng)他們的思辨性思維和創(chuàng)造性思維。要更好地滿足學(xué)生的知識需求,同時(shí)也要不斷更新和拓展他們的知識面,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識探索和創(chuàng)新。
2.2 教學(xué)方法改革
2.2.1 混合教學(xué)模式
孟子曰:君子之所以教者五:有如時(shí)雨化之者,有成德者,有達(dá)財(cái)者,有答問者,有私淑艾者。此五者,君子之所以教也。由于材料科學(xué)進(jìn)展課時(shí)有限以及在課堂上又要兼顧基礎(chǔ)知識和前沿問題,因此我們采用“線上線下、課內(nèi)課外”相結(jié)合的混合教學(xué)模式。講座前,每個(gè)專題的主講教師要將講座內(nèi)容、所應(yīng)具備的基礎(chǔ)知識、學(xué)習(xí)任務(wù)等提前發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺供學(xué)生在線學(xué)習(xí),教師通過平臺跟蹤和管理線上學(xué)習(xí)情況,同時(shí)開展在線指導(dǎo),為學(xué)生提供一定預(yù)習(xí)空間,注重學(xué)生自主探索、自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。在課堂上,主講教師花更多時(shí)間講述前沿知識、學(xué)科熱點(diǎn)和自己豐富的科研經(jīng)驗(yàn),注重與學(xué)生之間的交流,提出一些發(fā)散性思維的問題,并將發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的方法傳授給學(xué)生,使學(xué)生的創(chuàng)新意識得到充分激發(fā),創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)。要想保持課程的前沿性,最根本的做法就是教會學(xué)生獲得知識的方法和能力。課后,每位主講教師根據(jù)所授專題會組織線上或線下的Seminar,這個(gè)Seminar主要是學(xué)生之間互動,讓學(xué)生更好地理解和運(yùn)用知識,在引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)知識的過程中,提高對所學(xué)知識的掌握程度。Seminar上每一個(gè)同學(xué)都可以自由發(fā)言,對于課前預(yù)習(xí)時(shí)和課堂上碰到的問題進(jìn)行提問,也可以將自己的一些思路和想法與老師和學(xué)生一起分享,老師也可以將科研中遇到的難題與學(xué)生進(jìn)行探討??梢哉f,Seminar更為隨意、自由,學(xué)生可以暢所欲言,同學(xué)之間思想的火花碰撞,在你來我往的交互中產(chǎn)生頭腦風(fēng)暴。
材料科學(xué)進(jìn)展課程還充分利用學(xué)院學(xué)科優(yōu)勢,在課外時(shí)間邀請海內(nèi)外著名專家學(xué)者做客講堂,營造學(xué)術(shù)氛圍,開闊學(xué)生視野。每次講座的內(nèi)容與主講人科研工作緊密相連,主講人將所知所悟毫無保留地傳授給學(xué)生,猶如春風(fēng)化雨,潤物無聲。同時(shí),學(xué)生通過與這些專家近距離的面對面地交流互動,讓他們感受到科研不再遙不可及,而是可以參與其中的探索過程。例如,學(xué)院于2019年邀請了錢逸泰院士作題為“全印刷有機(jī)/高分子光電材料與器件的進(jìn)展與展望”學(xué)術(shù)報(bào)告。錢院士從新型超導(dǎo)材料的探索,再到納米材料、介穩(wěn)相材料的合成,深入淺出、幽默風(fēng)趣的講解激起了現(xiàn)場師生的熱烈反響,為學(xué)生帶來了新的科研理念。
2.2.2 情景體驗(yàn)和實(shí)踐教育
學(xué)生要“博學(xué)之,審問之,慎思之,明辨之,篤行之”。引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用到實(shí)踐中,幫助他們了解知識的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。通過組織實(shí)踐活動、實(shí)驗(yàn)和案例分析等方式來實(shí)現(xiàn),幫助學(xué)生更好地了解知識的應(yīng)用場景和實(shí)踐意義。開展實(shí)驗(yàn)室和新材料公司的參觀活動,加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。對講座專題感興趣的同學(xué),任課教師還會組織學(xué)生們參觀相應(yīng)科研團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室相關(guān)負(fù)責(zé)人員會詳細(xì)介紹材料的制備、性能的檢測和評價(jià)、主要儀器設(shè)備,并向?qū)W生們展示科研團(tuán)隊(duì)相關(guān)科研成果,成果轉(zhuǎn)化及社會服務(wù)等情況,使同學(xué)們對該研究方向和科研成果有了清晰的認(rèn)識。對于學(xué)有余力,能夠較好地完成自己學(xué)習(xí)任務(wù)的學(xué)生,課余時(shí)間還可以進(jìn)課題組參與教師的課題進(jìn)行科研訓(xùn)練。通常課題組每周都會召開學(xué)術(shù)研討會議,了解各個(gè)課題的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程,探討解決方法,并擬定之后的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。參與組會的過程,有助于激發(fā)學(xué)生對學(xué)術(shù)科研產(chǎn)生興趣,讓學(xué)生在科研思路、科研素質(zhì)和創(chuàng)新能力方面有了很大的提升。
另外任課教師還會組織學(xué)生參觀長沙本土的新材料企業(yè),企業(yè)通常會安排業(yè)務(wù)技術(shù)突出、專業(yè)知識豐富的研發(fā)工程師為學(xué)生們講解新材料的生產(chǎn)技術(shù)、研究現(xiàn)狀、應(yīng)用及發(fā)展前景。因此現(xiàn)場參觀學(xué)生的感受更直觀,也更容易理解書本知識,學(xué)到了很多平時(shí)在課堂上無法展示的實(shí)際操作知識,開闊了視野,也為下一步系統(tǒng)學(xué)習(xí)專業(yè)知識增強(qiáng)了實(shí)踐感知、提高了認(rèn)知度。
2.3 考核方式
傳統(tǒng)的材料專業(yè)課對學(xué)生的考核通常是通過期末閉卷考試來實(shí)現(xiàn)的,過多注重學(xué)生對既定的知識內(nèi)容和題目的掌握,而對學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力的綜合考查則被忽略掉了。材料科學(xué)進(jìn)展課程依據(jù)知識內(nèi)容的動態(tài)性、前沿性、創(chuàng)新性和實(shí)踐性等特點(diǎn),以考查學(xué)生對材料研究、設(shè)計(jì)和開發(fā)等前沿知識的理解,啟發(fā)學(xué)生科研興趣、培養(yǎng)實(shí)踐能力和科學(xué)精神。探索和構(gòu)建一套全面、科學(xué)的考核體系, 有利于客觀公正地反映教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的效果,以不斷促進(jìn)深化教學(xué)內(nèi)容和改革教學(xué)方法。逐步引導(dǎo)學(xué)生從以知識學(xué)習(xí)為主向知識、能力、素質(zhì)并重的方向轉(zhuǎn)變,增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、溝通能力、獲取信息的能力、批判性思維、分析及解決問題的能力等,充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性和創(chuàng)造性,引導(dǎo)學(xué)生深思考、善提問、勤實(shí)踐。我們運(yùn)用“教學(xué)全過程考核法”,運(yùn)用包括課前預(yù)習(xí)、課堂表現(xiàn)、專題報(bào)告、課后Seminar表現(xiàn)、課外實(shí)踐、課程論文等多個(gè)考核維度,堅(jiān)持能力考核與日??己瞬⒅?,運(yùn)用多樣化的考核手段,對學(xué)生進(jìn)行教學(xué)全過程的考核。根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,適時(shí)調(diào)整考核重點(diǎn),最終形成科學(xué)、全面、客觀的學(xué)習(xí)效果考核標(biāo)準(zhǔn),精心設(shè)計(jì)包括考核指標(biāo)、分值比例等各個(gè)考核維度的考核標(biāo)準(zhǔn)。
3 師資建設(shè)
所謂大學(xué)之大,非有大樓之謂也,乃有大師之謂也。教師要自覺追求教育家精神,包括心有大我、至誠報(bào)國的理想信念,言為士則、行為世范的道德情操,啟智潤心、因材施教的育人智慧,勤學(xué)篤行、求是創(chuàng)新的躬耕態(tài)度,樂教愛生、甘于奉獻(xiàn)的仁愛之心,胸懷天下、以文化人的弘道追求。將教育家精神培育涵養(yǎng)有機(jī)地融入教師培養(yǎng)、發(fā)展的全過程和各環(huán)節(jié),讓教師隊(duì)伍中涌現(xiàn)出更多的名家大師,充分發(fā)揮他們的示范引領(lǐng)和輻射帶動作用。扎實(shí)的知識功底、過硬的教學(xué)能力、勤勉的教學(xué)態(tài)度、科學(xué)的教學(xué)方法是教師的基本素質(zhì),其中知識是根本基礎(chǔ)。水之積也不厚,則其負(fù)大舟也無力。知識儲備不足、視野不夠,教學(xué)中必然捉襟見肘,更談不上游刃有余。實(shí)施專題講座教學(xué)模式對任課教師提出了更高的要求。如果教師沒有對講授內(nèi)容進(jìn)行過探索和深入研究,沒有融入自己的思想和思考,只是照本宣科,缺乏與學(xué)生深層次的互動交流,缺乏學(xué)術(shù)引導(dǎo)價(jià)值,這樣的課學(xué)生是不會產(chǎn)生興趣的。因此,教師要知識廣博,理論功底深厚,并善于吸收新知識、新觀念,還保有終身學(xué)習(xí)的理念,要始終站在知識發(fā)展前沿,刻苦鉆研、嚴(yán)謹(jǐn)篤學(xué)、潛心治學(xué),完善知識體系,優(yōu)化知識結(jié)構(gòu),不斷充實(shí)、拓展、提高自己。每次授課前教師都要準(zhǔn)備充分,對授課的層次、專題內(nèi)容的內(nèi)涵和外延、案例選擇和講授時(shí)機(jī)都要進(jìn)行精心的構(gòu)思和設(shè)計(jì)。對講課內(nèi)容和案例及時(shí)進(jìn)行動態(tài)更新,使講課內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn),在教學(xué)過程中及時(shí)融入學(xué)科發(fā)展的前沿動態(tài)和最新科研成果,并轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容,保證案例的趣味性和時(shí)效性。要不斷提高教學(xué)水平和技能,有較高的組織能力和應(yīng)變能力,這樣才能吸引學(xué)生,引領(lǐng)學(xué)生在自主探索中成長。
“教學(xué)之法,本于人性,磨揉遷革,使趨于善”。為了引導(dǎo)青年教師潛心教書、靜心育人,幫助和指導(dǎo)青年教師夯實(shí)教學(xué)基本功,不斷提升專業(yè)素養(yǎng)與能力,更新教學(xué)理念,研究教學(xué)規(guī)律,創(chuàng)新教學(xué)方法,提升教學(xué)水平,全面展現(xiàn)青年教師教學(xué)風(fēng)采,學(xué)院每年都會舉辦教師教學(xué)競賽。比賽過程中,評委和觀摩教師對參賽選手的教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織、教學(xué)語言與教態(tài)、教學(xué)特色、教學(xué)方法與手段、教學(xué)水平與效果、教學(xué)反思和課程思政融入等方面進(jìn)行認(rèn)真的討論,并給予青年教師們中肯的建議和指導(dǎo),幫助他們進(jìn)一步提高教學(xué)水平。比賽結(jié)束后,評委們結(jié)合自己長期教學(xué)工作經(jīng)歷和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行全面、客觀、專業(yè)的綜合評定,其中優(yōu)秀者則被推薦參加學(xué)校和湖南省的教學(xué)比賽,對比賽表現(xiàn)優(yōu)異的教師進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)并計(jì)入年終績效考核。秉持“以賽促教”的原則,以比賽的形式更能激發(fā)青年教師提升教學(xué)技能的主動性和積極性,促進(jìn)其業(yè)務(wù)能力的提升。
4 取得成果
材料科學(xué)進(jìn)展這門課程的教學(xué)改革拓寬了學(xué)生知識面和視野,培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)精神和啟發(fā)科研思路,提高了學(xué)生的綜合素養(yǎng)和專業(yè)興趣。本科生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室參加科研活動人數(shù)逐年提升,創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng),學(xué)術(shù)成果明顯增加,在科技創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)實(shí)踐以及學(xué)科競賽中屢獲佳績。近三年來,長沙理工大學(xué)材料學(xué)院本科生共發(fā)表SCI論文三十余篇,其中以第一作者發(fā)表SCI論文十余篇。2023年獲第六屆全國大學(xué)生冶金科技競賽國家級特等獎(jiǎng)、一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)各一項(xiàng),獲得第十五屆“挑戰(zhàn)杯”湖南省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽省級三等獎(jiǎng)。
5 結(jié)語
高等教育承擔(dān)的是對知識的責(zé)任,包括知識的傳承、知識的創(chuàng)新和知識的應(yīng)用等。在材料科學(xué)進(jìn)展課程中實(shí)施“線上線下、課內(nèi)課外”相結(jié)合的多元化講座式教學(xué)模式,是一種以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的開放式教學(xué)方式。這種模式以主講教師廣博的知識和豐富的科研經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ),教師可以將自己親身經(jīng)歷的實(shí)際課題項(xiàng)目中的常見問題,以及國際上最新的研究動向和科學(xué)技術(shù)成果等內(nèi)容融入到講座環(huán)節(jié),從而使專題講座比傳統(tǒng)的課程教學(xué)更具專業(yè)深度和知識廣度。從課程內(nèi)容的前沿性、課堂教學(xué)的啟發(fā)性、課外實(shí)踐的學(xué)術(shù)熏陶等方面創(chuàng)新,注重學(xué)生終身學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。課程是人才培養(yǎng)的核心要素,是人才培養(yǎng)體系中的最基本單元,是影響學(xué)生發(fā)展最直接的中介和變量。我們要充分發(fā)揮課程在人才培養(yǎng)中的核心作用,通過加強(qiáng)課程建設(shè),進(jìn)一步深化教學(xué)改革,推進(jìn)教育創(chuàng)新,變革教學(xué)方式和評價(jià)方式,持續(xù)開展對材料專業(yè)課程的研究工作,促進(jìn)高等教育健康發(fā)展,提高人才培養(yǎng)水平。以人格魅力引導(dǎo)學(xué)生心靈,以學(xué)術(shù)造詣開啟學(xué)生的智慧之門,躬耕三尺講臺,守望桃李花開。
參 考 文 獻(xiàn)
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