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基于工程教育理念的“无机材料工艺学”教学改革与实践

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  摘    要:基于工程化教育理念,积极进行应用型课堂教学改革与实践,通过提炼和梳理“岗位—能力—知识”的关系,整合教学内容;采用案例式与“对分课堂”相结合的教学模式,根据案例项目知识点和能力要素组织课程教学活动,学生学习主动性和工程应用能力显著提高。
  关键词:工程化;案例式;对分课堂;工程应用能力
  中图分类号:G642.0          文献标识码:A           文章编号:1002-4107(2019)06-0052-02
  我国高等工程教育改革发展已经站在新的历史起点,为了响应国家正在实施的“一带一路”“创新驱动发展”“中国制造2025”等政策,迫切需要培养大批新兴工程科技人才。2017年教育部提出了新工科建设理念,要求高校要推动现有工科专业的改革创新,转型发展[1-3]。山西非金属矿产资源优势开发前景广阔,以煅烧高岭土、铝矾土、沸石等非金属矿为主的特色产业链,成为山西的经济特色之一[4]。根据区域经济发展的需求,引入新技术和使用新材料进行技术革新与产业升级,如锂离子电池负极材料、新型吸附材料等非金属环境功能材料,是目前无机非金属材料专业转型发展的方向。
  “无机材料工艺学”是专业核心课程,根据无机非金属材料专业能从事的技术岗位的实际工作过程进行教学内容改革,将工程实例引入教学内容,采用对分课堂方式,激发学生的主动性。
  一、树立“工程化”教育理念,以岗位需求进行教学内容改革
  “工程化”教育更注重在知识的传授过程中渗透工程技术的内容,在具体的工程情境中学习工程知识,使学生掌握工程设计、工程实践的一般规律和基本分析方法[5]。无机非金属材料专业能从事的,且与本门课程相关的主要技术岗位包括工艺技术岗、材料检测分析岗、工艺产品研发岗。根据岗位需求,结合生产任务、能力训练要求和职业资格标准,提炼和梳理“岗位—能力—知识”的关系,修订课程知识体系,突出培养学生的技术应用能力。图1是该门课程的“岗位—工作任务—课程知识”关系图。
  表1中列出了该门课程模块化教学内容、学生应获得的能力和具体的教学形式。工艺配方设计是难点,材料生产工艺过程共性是重点,对于各品类无机材料特点则通过案例具体分析,增加应用性知识。教学内容新增了光伏、锂离子电池、超薄玻璃、新型建材等目前行业科技含量高的成果和最新技术知识,与学科发展的速度,产业发展的要求相匹配。
  实验专项训练能将材料结构与性能研究、材料制备、新材料开发及应用等基础实验技能贯穿起来,对于提高学生专业基本实验技能和培养学生的创新意识与发现问题、解决问题的综合能力必不可少。实验项目选题多样化,如新型建筑材料制备、特种水泥烧制、功能陶瓷烧制以及企业的相关课题等,便于学生分组进行实验,避免抄袭。学生自主设计实验过程,安排实验,对实验结果进行分析,不合理的地方及时调整。
  二、采用案例项目教学与“对分课堂”相结合的教学模式
  对分课堂把教学分为教师讲授、学生自主学习内化吸收和分组讨论,鼓励学生主动学习,能有效提高学习效率[6]。将工程案例引入教学中,把工程事实以文字描述、图片或视频形式呈现在学生面前,让学生进入工程情景现场,以工程技术人员的身份分析案例,使学生能运用已经掌握的基本理论和基础知识,对描述的工程事实做出分析,培养学生独立提出问题、分析问题和解决问题的综合能力[7-8]。
  表2列举出案例项目和知识点,教师按案例项目知识点和能力要素进行教学组织。选取具有代表性的工程实例编制典型教学案例,结合课程重难点提出问题,下发给学生团队,学生课下根据所学内容内化吸收,分工合作查阅资料分析总结写出分析报告,课堂上进行汇报或讨论,教师根据讨论内容对学生团队的项目完成情况进行考核评定,最后根据过程中存在的普遍性问题进行补充总结。
  比如“生料配合设计”部分的内容,选择“高硅石灰石,湿排粉煤灰和煤矸石等工业废弃物作为水泥生产原料的案例”,提出问题,引导学生进行分析。使学生理解原料化学组成与生料率值和生产工艺、产品性质之间的关系。这远比让学生记忆哪些材料可以作为生产原料,要生動有趣得多。
  邀请企业教师参与到课堂教学中,企业教师有着丰富的实践经验,可将无机非金属工业领域产品、工艺应用情况或出现的事故等内容引入课堂,结合理论进行分析,增加课堂信息的时效性。企业教师在耐火材料内容讲解中,运用太钢实际铁沟料生产工艺配方讲解不同类型铁沟用料的特点,逐一分析各种材料在配方中的作用(骨料、基质、结合剂、减水剂等)以及与消耗之间的相关性,并说明如何适应和满足高炉现场的实际条件变化,理解炉渣组成与主成份间的关系。按耐火材料“使用条件—性质特点”,反向讲解,层层递进。
  三、改革考核评价方式:重视过程性考核,考核指标多样化
  应用型教学改革中加大了平时作业量和难度,故应注重过程性考核,考核指标多样、全面。案例分析报告结合案例问题,通过学生对报告的论述以及答辩情况来检验学生对专业知识的掌握和运用程度;实验环节,主要考察实验项目的完成情况、动手操作情况及数据分析;平时作业、课堂提问、出勤率则反映出学生的学习态度和课堂听课效率;对期末试题的题型进行创新,如对于需要理解记忆的知识点,将以前常采用的“名词解释、填空”等题型,改为“应用判析、案例分析、综合分析”等,体现对知识点的理解、运用、迁移、融会贯通等综合能力考察。
  总之,应用型课程是以应用能力训练为目标的实践经验的集成及获取过程[9]。该门课程应用型教学改革,紧紧围绕学生专业能力要素的形成,采取案例教学方法,教师为主导,学生为主体,彼此对分课堂,突出对学生的工程应用能力培养。今后还需不断丰富该门课程的网络课程教学资源,构建校企合作教学模式,努力实现专业教学内容与行业、区经济社会发展现实需求的有效对接和深度融合,真正实现工程教育。
  参考文献:
  [1]夏建国,赵军.新工科建设背景下地方高校工程教育改革发展刍议[J].高等工程教育研究,2017,(3).
  [2]胡波,冯辉,韩伟力,等.加快新工科建设,推进工程教育改革创新——“综合性高校工程教育发展战略研讨会”综述[J].复旦教育论坛,2017,(2).
  [3]魏恒勇,王旭,魏颖娜,等.工程精神视域下的人才培养研究——以无机非金属材料工程专业为例[J].教育观察:上半月,2017,(11).
  [4]兰荣杰,李润虎.谈山西非金属矿产业的发展[J].山西能源与节能,2009,(6).
  [5]王爱国,孙道胜,吴修胜.基于CDIO理念的无机非金属材料工程课程体系优化与内容设计[J].科技信息,2013,(3).
  [6]张学新.对分课堂:大学课堂教学改革的新探索[J].复旦教育论坛,2014,(5).
  [7]王华荣.以案例教学推动大学课堂教学模式改革的实践与探索[J].中国大学教学,2011,(4).
  [8]安蓉,王梅.基于问题解决的工程案例教学[J].高等工程教育研究,2007,(1).
  [9]黄振菊.应用型课程教学内容体系的重构与优化[J].黑龙江高教研究,2012,(8).
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