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：
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[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.
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