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新工科背景下“材料科学基础”课的改革与实践

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  摘要:“材料科学基础”是材料科学与工程专业的必修课。根据“新工科”人才培养要求,力图改变传统教学模式,在教学内容、教学方法和考核方式等方面实施一系列改革实践。在提高教学质量的同时,也激发了学生的学习兴趣,有利于学生综合素质的培养与提高。
  关键词:材料科学基础;新工科;课程改革与实践
  中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2019)31-0070-02
  目前,我国推动创新驱动发展,实施“一带一路”、“中国制造2025”、“互联网+”等倡议和战略,以新技术、新业态、新模式和新产业为代表的新经济正在蓬勃发展,对工程科技人才提出更高的要求,迫切需要加快工程教育的改革与创新,培养一大批多元化、创新型的工程科技人才[1]。在此背景下,辽宁科技大学积极推动转型发展,在人才培养、产教结合和科研服务方面取得长足进步。随着新经济的兴起和新产业革命的到来,传统工程教育面临严峻的挑战。更新人才培养理念,重建培养目标和知识结构,转变培养模式,是新工科人才培养模式的基本内涵[2]。根据“新工科”人才培养要求,逐步提升传统工科专业内涵,逐步改进人才培养模式,专业课的教学改革势在必行。材料科学基础是材料科学与工程专业的必修课,是培养方案中的核心课。一方面,课程内容是构建材料工程技术人员专业知识体系、科学思维方法及创新能力、运用基础理论解决实际问题能力等的基础;另一方面,专业的拓宽,学生培养模式的变化,均涉及该课程,特别是随着材料科学的发展,新材料、新技术、新工艺都反映在该课程中[3]。
  一、教学内容改革
  在探索新工科建设模式和更新工程人才知识体系的基础上,行业将在教学过程中引入人才培养最新要求。更新教学内容,促进教师及时将研究成果转化为教学内容,向学生介绍科学研究的新进展、新经验。积极探索综合性课程、问题导向课程和跨学科研究课程,增强课程兴趣,促进学生全面发展。材料科学基础是材料科學与工程专业在基础课程(高等数学、大学物理、材料化学、物理化学、工程力学等)与专业课程(材料力学性能、材料物理性能、材料分析方法、热处理原理与工艺等)之间开设的一门承前启后的专业基础课[4]。材料科学基础课程主要包括晶体结构、晶体缺陷、固体扩散、金属和合金的凝固、合金的相结构和相图、材料的变形和再结晶等[5,6]。课程的知识点既彼此独立,又相互关联,形成一个结构完整、逻辑严密的理论体系。
  二、教学方法改革
  在“新工科”背景下,要以技术发展为导向更新教学内容,改革课程体系,建设一批内容新、方法新、手段新的特色课程。材料科学基础课程内容丰富,知识点多,知识量大,知识结构既系统又基础,对这门课程的教和学均有非常高的要求。由于该课程概念多,理论性和实践性都很强,而且一些微观结构是看不见、摸不到的,内容既抽象又枯燥,所以学生感到非常难学。作为课程的主讲教师,为了解决这一问题,将理论教学与实践、传统教学与多媒体教学相结合,从而激发学生的学习兴趣,提高教学效果。传统的教学手段主要采取教师讲解加课堂板书,这种教学手段存在信息量小、板书内容不易保存、内容抽象很难清楚讲解、缺乏生动性和趣味性等问题。特别是随着培养计划的修订,讲课学时的减少,使用传统教学方法很难完成教学任务。如今,随着课堂信息量的不断增加,传统教学方法必须与先进的现代教学方法相结合,以更好地完成教学任务,提高教学质量,保证教学效果。与板书相比,多媒体教学将抽象事物直观化,简化复杂问题,并为教学的顺利进行提供形象表达工具。因此,结合使用教师讲解+课堂板书+多媒体课件,对一些抽象和难以理解的知识,使用模型或多媒体等教学方法,以动画形式呈现给学生,更好地帮助学生理解相关知识,提高教学效果。例如,材料科学基础的本质是结构决定性能,但材料内部的结构是抽象的,看不到,摸不着,很多内容难以理解。如各种位错及位错的运动,多媒体教学在这方面显示出特殊的优势。晶体结构、晶格间隙、晶体缺陷运动、结晶过程等以动画形式展示,使学生有身临其境之感,有效传递信息。在学习三元相图的过程中,许多学生感觉太抽象,因为空间想象力不足难以弄清三元相图是怎么形成的。学习兴趣是学生认真听讲的动力,是提高课堂教学效果的关键。为此,我们在上课时介绍了生活中常接触到的实物“汽车”,让学生感受到材料科学如何影响人们的生产、生活和发展。比如,在材料科学基础的课堂教学中,我们以“先进汽车用钢的研究与应用现状”为主题,设计一些问题,如汽车用钢面临的挑战、汽车行业的发展,以及先进汽车用齿轮钢、弹簧钢、不锈钢、面板钢、大梁钢等的研究和发展动向。首先,让学生在课外阅读文献资料,撰写小论文,制作PPT,然后组织学生在课堂上进行探讨、研究,以学生发言为主,各抒己见,让学生直接参与教学。在探究中,让学生对材料科学中有关材料的微观结构、组织性能及制备工艺等基础理论有深入的认识。这种新的教育理念下的探究式教学,赢得学生的普遍认可,取得较好效果。
  三、考核方式改革
  闭卷考试是一种传统的以考试为导向的教学评价方法,能够反映学生学习情况,但对于培养学生的综合能力存在一定的弊端。单一的闭卷考试将不可避免地导致学生使用死记硬背的方式来应对,完成试卷的情况不能完全客观地评价学生的学习[12]。因此,我们改变了这种考核方式,学生的最终成绩不完全由期末考试成绩决定,改变期末考试成绩的比例,以更好地反映学生学习效果。
  1.闭卷考试成绩为60%,考试题型主要是简答题、综合题、绘图题和计算题,并尽可能少地设置选择题和名词解释题。由于选择题的偶然性较大,学生即使不会做,随便蒙一个,也有可能是正确的,不能客观反映学生的实际学习水平。名词解释只是记忆能力的一种考核,并不能反映学生对所学知识的综合运用能力。相反,简答题、综合题、作图题和计算题可以更好地检验学生运用知识、分析问题和解决问题的能力。
  2.平时成绩占20%,主要体现在学生的出勤率、作业质量、课堂测试、课堂听讲和回答问题方面,这是对学生综合素质更具体的检验。
  3.主题讨论及小论文占20%,在材料科学基础课程的学习中,安排一次主题活动,讨论汽车用钢面临的挑战,汽车行业的发展以及先进汽车用齿轮钢、弹簧钢、不锈钢、面板钢、大梁钢等的研究和发展动向,不仅有利于提高学生学习兴趣,培养探索精神,而且有利于培养团队协作精神。这主要是对学生自主学习和团队协作能力的考查。
  四、结语
  根据“新工科”建设要求,结合材料科学基础课程特点,在教学内容、教学方法、考核方式等方面进行改革,取得了一定成果。在提高教学质量的同时,学生的学习兴趣也得到显著提高。今后,我们还要在改革路上继续前行,围绕新工科理念,提出人才培养新模式、学科发展新结构,为培养高素质人才做出努力。
  参考文献:
  [1]曹婷,曹原.“新工科”背景下通信原理的课程优化[J].价值工程,2018,(3):258-259.
  [2]姜晓坤,朱泓,李志义.新工科人才培养新模式[J].高教发展与评估,2018,34(2):17-24.
  [3]许晨阳,李国华,陈华辉.双创教育背景下的材料科学基础教学改革实践[J].中国现代教育装备,2018,(3):91-93.
  [4]刘宝胜,张敏刚,房大庆等.材料科学基础课程应用型教学方法初探[J].中国现代教育装备,2018,(5):68-69,89.
  [5]王亚男,陈树江,张峻巍,等.材料科学基础教程[M].北京:冶金工业出版社,2011.
  [6]张代东,房大庆,宫长伟,等.材料科学基础精品资源共享课建设探讨[J].中国现代教育装备,2016,(1):64-66.
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