新工科建设背景下“材料科学基础”课程案例教学模式设计与创新
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作者:凌意瀚 朱文武 牛继南 张平
[摘 要] 在新工科建设的大背景下，基于中国矿业大学材料学院材料科学与工程专业教学改革的目标，本文主要讨论“材料科学基础”课程教学模式的设计与创新中的一些热点问题以及教改实践。“材料科学基础”是材料专业最为基础和重要的一门课程，在理论知识和科研实践之间起到了桥梁作用。利用此专业学科门类齐全的优势，在加强基础、拓宽专业、注意理论体系的贯通融合，对课程教学模式创新与设计的指导思想、教学内容的组织及相应的教学方法作初步探讨。教学模式的设计创新需要教师具备较高的学术素养与创新精神、学生具备较强的学习意识与探索精神、高校教育管理部门提供有效的政策支持，从而更好地推动大学课堂教学模式的革新，取得了一些较好的教改效果和经验。
[关键词] 材料科学基础;设计创新;教学改革
长期以来，材料是人类赖以生存和发展的物质基础。材料科学与技术研发速度的加快使得社会对高层次人才的能力及素质提出了更高要求。作为材料科学与工程学科最重要的基础课程“材料科学基础”，正面临着以加强基础、拓宽专业知识面和加强实践训练为主要目标的课程改革[1]。“材料科学基础”是对“材料科学基础理论”和“材料实验技术”两门课程综合应用的实践教学环节，是各高校工科材料类相关专业人才培养方案中非常重要的组成部分，很多高校对该课程进行了各种教学改革探索。本文在借鉴相关教学改革方案的基础上，提出对材料科学基础的教学模式进行创新型研究与设计。
一、传统教学模式的不足
源深流自远，行健天同功。在中国矿业大学材料学院60多年的发展历史中，每一代材料人胸怀祖国、锐意进取，形成了“攻坚克难、争创一流”的办学理念，培养德智体美劳全面发展，掌握材料学的基本理论、基本知识、基本技能和方法及其相关知识，能够从事材料物质设计、制造、应用等领域工作的高端人才，为我国材料行业人才的积累锦上添花。该专业材料科学基础课程的特点鲜明，是理论与实践的重要结合，还具有课内容的广泛性。这就要求学生对于材料微观和宏观的基本知识和理论具有很好的综合掌握。为此，本文基于课程教学模式，探讨材料科学基础这门课程的创新与设计教学模式，以满足新工科建设背景的需求。
总体来讲，教学模式的不足之处主要体现在以下三个方面：
（一）课程教学模式单一化
传统的“材料科学基础”课程在课程教学模式上存在教学理念落后、教学内容不连贯等问题，不能满足新形势、新常态、新工科背景下学生个性化发展、学校应用型本科转型、地方乃至国家经济发展的需求，急需解决相关问题。部分教师受传统的教学思维影响，学生以教师为中心，以授课内容为主线，刻苦学习，力求能做好习题，考试获得高分，这严重地限制了学生的思维，难以有效地提高大学生的创新能力，难以满足学生个性化的发展，所培养的学生难以满足新时代的社会需求。教学的内容也是按照教学组讨论的结果，时而会发生内容的不连贯的现象，使得学生不能很好地、有逻辑地去理解课本知识。
（二）课程教学内容浅薄
在新形势、新常态、新工科背景下，“材料科学基础”这门课程作为材料学专业中最为基础、最为重要的一门课程，内容多而杂，大量的深层次理论知识、推导的公式，以及与实践工程相联系的工艺要求，对学生的学习提出了很高的要求[2]。但作为只有80学时的一门课程，把所有的知识全部传授给学生，也是不现实的。所以，造成的结果就是，学生能够学习到的仅仅皮毛，内容很浅薄，只能应付结课考试。这显然是不正确的。另外，“材料科学基础”也是全国硕士生材料专业的入学专业考试，随着教育时代背景的发展，教学内容已经远远不能达到专业考试的要求标准。此外，教学方法虽然经典，但也比较单一与滞后，缺少先进理念的引进，教学内容大多为理论教学，抽象空洞，课程知识吸收率低。因此，急需解决相关问题。
（三）课程考核评价方式单调
在中国教育的大背景下，课程的主要考核方式是通过一张试卷来决定成绩，考勤只占有很小的比例。考试采用闭卷方式，以较为标准化的试题对该课的主要内容和知识点进行考核。这种考试方式强调学生对基础知识点的掌握，而忽略了灵活运用所学知识的能力，不利于学生创造性思维的培养。“材料科学基础”这门课程最大的特点是知识点多而广泛，所以，我们最终考试的内容基本就是课堂上所经常讲解的所谓的难点或重点。因此，学生们的复习重点就显得单一而局限，造成了大部分其他有用的内容，学生们都不会去学习和了解。造成了这一种局面的结果就是，学生对这门课程的掌握程度不容易被显现出来。另外一种客观因素是大学生们的考试，往往会集中在学期末的最后一两周时间，使得学生们负担很大，往往顾此失彼。所以，学生往往依靠最后这段时间的突击来应付考试，造成部分同学平时不努力，但最后成绩却不错。从这个角度来讲，期末考核也不能科学地评价学生的知识掌握情况，同时损害了一部分认真学习的学生们的积极性。
二、教学模式的创新与设计路径
教学模式的创新与設计是以问题的建构为存在前提的，以学生主体为核心内容，以能力培养为目标导向，体现出我国创新型人才培养的理论内涵，已成为当前创新教育教学方法的有益尝试。“材料科学基础”课程创新与设计的实践路径大致有以下三个方面：
（一）教师具备较高的学术素养与创新精神
创新性案例教学能够获得有效实施，其基本要求是教师具有较高的学术素养与创新精神。这里的学术素养主要体现在教师需提升自我的科研水平，力求成为本领域的专家，不仅把握本专业的深度知识，还要能够洞察本专业的学术前沿与应用前景。同时，教师还要有创新精神，这里的创新精神主要集中在教师在创新性案例教学中提出问题的能力，“教师需要好好地了解学生的兴趣点，这门课程与实际应用的连接点，形成一种对课堂、对学生、对社会需要的高度敏感[3]”。有效问题的提出将成为创新性案例教学的核心，也是激发学生进行创新性学习的关键。这里的有效问题应是针对现实语境出发的，从实践中采撷而来的。 （二）理论与实际相结合
创新“材料科学基础”课程的基本概念、基本理论及原理较多，如何将所学基本知识应用到实际的科研工作和解决工程实际问题，是学习本课程的最终目标之一。基本理论知识与学科前沿内容或工程实际问题的结合，也能够有效地帮助学生理解抽象而难以理解的知识。例如，在讲述四种强化方式之一冷作硬化理论时，我们在讲述过程中将金属材料的研究热点——钢材与冷作硬化理论相结合。钢材具有加工硬化的特性，由于冷轧具有较好的机械性能，很多直接使用的钢材都使用冷轧钢材。因此，钢材的冷热处理操作的引入不仅可以帮助学生理解和掌握固溶强化理论在合金强化方式中的应用，提高学生分析问题和解决实际问题的能力，还能够引导学生辩证地看待所学的知识，在学习过程中有自己独立的思考，增加了学生的创新意识。
（三）优化考核方式
检查考核是驗证一个学生掌握这门课程程度的方式，若设置得不合理，只会让考核变成形式主义。要让考核工作体现出真实的结果，就得优化考核方式。要用科学合理的办法进行精准设置，才能考得准、实，公平地评价学生的学习成果。为了避免“一张试卷定成绩”的弊端，应该增加课程的中间过程考核。在具体执行过程考核时，应特别注意相关标准的制定，尽量实现考核的相对公平。考核方式应多样化，为了更加全面地考核学生掌握和应用基础知识的能力，考核方式应当多样化[4]。除了试卷考试以外，可以适当地增加一些作业的练习、课堂检测、PPT汇报等。这些方式不仅使得学生能够及时地跟进适当章节的深入学习，也可以考察他们的团队精神，改正他们的错误认识。另一方面，也可以使学生能够对下一届的学弟学妹有一个更好的引导，知道他们未来如何学好“材料科学基础”这门重要的课程，因为考核主要是对学生解决实际问题的能力培养。
三、结语
在新工科建设的大背景下，基于中国矿业大学材料学院材料科学与工程专业教学改革的目标，本文主要讨论“材料科学基础”课程教学模式的设计与创新中的一些热点问题以及教改实践。“材料科学基础”是材料专业最为基础和重要的一门课程，在理论知识和科研实践之间起到了桥梁作用。利用此专业学科门类齐全的优势，在加强基础、拓宽专业、注意理论体系的贯通融合，对课程教学模式创新与设计的指导思想、教学内容的组织及相应的教学方法作初步探讨。教学模式的设计创新需要教师具备较高的学术素养与创新精神、学生具备较强的学习意识与探索精神、高校教育管理部门提供有效的政策支持，从而更好地推动大学课堂教学模式的革新，取得了一些较好的教改效果和经验。
参考文献
[1]王红洁，徐彤，席生岐，等.材料科学基础课程考核体系改革与探索[J].教学研究，2016（39）：41-43.
[2]杜灿谊，朱玉平.如何提高汽车检测与维修技术课程的教学质量[J].职业教育研究，2011（6）：161-162.
[3]王洪才，李慧.运用生成性案例 实现创新性教学[J].中国高等教育，2013（19）：44-46.
[4]张海龙，程龄贺.“材料科学基础”课程教学改革和考核探讨[J].科教文汇，2014（1）：58-59.
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