“材料科學基礎”精品課程建設的實踐性探索

摘要：通過對《材料科學基礎》校級精品課程的建設，在教學內容和課程體系的建設、現代化教學方法與教學手段的建設、實踐教學建設等方面進行了有益探索和實踐。通過精品課程建設帶動其他課程建設，實現優質教學資源共享，提高學校整體教學水平；通過基于項目的課堂教學模式、設計綜合性和創新性實踐教學內容及多媒體現代化教學手段，提高學生自主學習的能力和綜合素質。以精品課程建設為手段，圍繞提高教學質量為核心，以培養“三重一高”人才模式為主旨，進一步深化教學改革。

關鍵詞：教學改革；精品課程建設；材料科學基礎

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）08-0239-02

精品課程建設是高等學校教學質量與教學改革工程的重要組成部分。《材料科學基礎》課程是材料學科重要的專業基礎課，也是材料類專業本科生的必修課程，其基礎性強，適應面寬。適合“金屬材料工程”、“材料成型與控制工程”及相近專業學生的學習，是后續專業課如“金屬材料及熱處理”、“先進材料制備技術”等的理論基礎。通過精品課程的建設，在教學內容和課程體系的建設、現代化教學方法與教學手段的建設及實踐教學建設等方面進行了有益探索和實踐。

一、《材料科學基礎》課程教學體系的建立

《材料科學基礎》是進行材料科學研究的基礎理論，它將金屬、陶瓷、高分子材料等各種材料的微觀結構和宏觀結構規律建立在共同的理論基礎上，用于指導材料的研究、生產、應用和發展。按照我校“加強通識教育，拓寬學科基礎，凝練專業主干，靈活專業方向，強化實踐環節”的總體思路，以學生為中心，完善理論教學、實踐教學、素質拓展的“三位一體”培養體系，遵循教育教學基本規律，優化教學內容和課程體系，形成了適應學生個性發展、創業就業需要，符合培養目標和人才培養規格的新的課程教學體系。新的課程體系由理論教學模塊和實驗教學模塊兩部分組成。理論教學模塊將書本上的理論知識部分進行梳理、歸類，分為三個子模塊，并且三個子模塊之間相互聯系，保持《材料科學基礎》課程在內容上的連續性。第1章原子結構和鍵合、第2章固體結構和第3章晶體缺陷為模塊一，即材料結構模塊；第6章單組元相圖及純晶體的凝固、第7章二元系相圖及其合金的凝固和第8章三元相圖等為模塊二，即材料結構模塊；第4章固體中原子和分子的運動、第5章材料的形變和再結晶、第9章材料的亞穩態和第10章材料的功能特性等模塊三，即材料組織結構變化模塊。實驗教學模塊也分為三個子模塊，這三個子模塊在操作上具有遞進的關系。以新的課程體系為核心，重新修訂不同專業的教學大綱，并對授課計劃、教案、實驗等相關教學文件和資料進行規范和檢查。

二、《材料科學基礎》課程教學內容的優化

1.理論教學內容。根據新的課程教學體系，對《材料科學基礎》課程教學內容進行相應的調整和遴選，將材料發展前沿的新動向、新知識、新技術和新工藝及時補充到《材料科學基礎》課程教學內容中。按照學校的“三重一高”應用型人才培養新模式，培養專業基礎牢、技術水平好、實踐能力強、綜合素質高的高級應用型人才的要求，梳理、調整教學內容，優化課程結構。以金屬材料工程專業為例，《材料科學基礎》課程體系中，對于“材料的形變和再結晶”和“二元系相圖及其合金的凝固”部分課時增加，在前面各章內容的基礎上，增加一些綜合的訓練。相應地“材料的亞穩態和材料的功能特性”這部分內容與其他一些如“材料科學導論”等課程，在內容上有所重復，故課時相對減少。

2.實驗教學內容。對“材料科學基礎”課程來說，基本的實驗內容有：①金相顯微鏡的構造與使用；②金相試樣的制備；③鐵碳合金平衡組織的觀察；④材料的硬度試驗等，這些實驗都是驗證性的實驗。根據《材料科學基礎》新課程體系，將實驗教學劃分為三個子模塊即驗證性實驗、綜合性實驗和創新性實驗。所有的學生都能順利完成規定的驗證性實驗。在此基礎上，根據學生實際情況，通過開放實驗室，進行綜合實驗和創新實驗。

三、《材料科學基礎》課程教學方法和手段更新

1.理論教學。深入改革理論教學方法和手段，培養學生的學習興趣，為學生打下深厚、扎實的理論基礎，培養真正的“專業基礎牢、技術水平好、實踐能力強、綜合素質高”的高級應用型人才。①以CAI教案為主的教學手段。對傳統的教學思想觀念、教學方法和教學手段進行改革，采用現代信息技術的教學方法和手段，以CAI教案為主，黑板、模型相結合的教學手段，實現精品課程的資源共享。《材料科學基礎》課程概念術語多，相關學科多，死記硬背多。要求學生要掌握基礎理論和基本概念，要理論聯系實踐，學以致用。如講晶體結構時，學生在觀看模型的同時，通過CAI教案的動畫、視頻等三維空間演示，將枯燥的概念和術語變為直觀的、立體的畫面展現在學生面前，讓學生能清晰地了解晶體中各原子的排列情況，培養學生的興趣，激發他們對材料世界的好奇心和求知欲，在提高教師授課效率的同時，也提高了學生的學習效果。②基于項目的課堂教學方式。基于項目的課堂教學方式是集引導法、討論法、案例法于一體的教學方式。教師通過自身的科學研究項目，設計一些小項目，引導學生從科學研究成果中學習基本概念，增加學生的興趣，讓學生課外獨自或以小組的形式完成。學生在接下來的上課時間，通過主講或討論的形式，完成自己的項目任務。項目教學法讓陌生抽象的材料科學的基本概念和基本原理，成為學生日常的課堂語言，讓學生感覺《材料科學基礎》書本知識和實際應用的零距離。通過基于項目的教學方法，將死記硬背的一些枯燥無味的抽象概念變為探究、理解和解決問題的手段。采用項目教學，以某一材料的成分、組織和性能為案例，進行講解或討論，讓學生由被動學習變為主動學習，培養學生的獨立思考及解決問題的能力。

2.實驗教學。為培養學生的應用能力，對實驗教學方法進行改革和創新，開放綜合性和創新性實驗。根據學生的能力不同，部分學生在掌握一般的驗證性實驗的基礎上，能綜合該課程幾個基本試驗的主要內容，如“材料樣品制備、組織分析過程”或“材料樣品制備、組織分析過程和硬度測試”等，通過這樣的綜合實驗，能培養學生的綜合素質，讓學生能主動、自覺地參與學習過程，不但能全面理解和掌握教材的內容，而且能培養學生綜合分析問題、解決問題的能力。部分同學對材料科學興趣濃，動手能力強，還可以通過教師的科研項目、大學生創新項目等，進行創新性實驗，為學生的主動學習創造條件。

通過精品課程建設，學校的教風學風日益上升，教學質量明顯提高。許多教師攻讀了碩士/博士學位，積極開展教研教改活動。學校培養了兩名材料加工工程專業的博士，同時引進兩名博士。2010年的湖南省教育廳教研課題“地方工科院校材料成型及控制工程專業創新人才培養的研究與實踐”，2011年湖南省教學改革研究項目“地方本科院校教學質量監督保障體系的研究與實踐”等。學生也積極參加學校各項課外活動。如2008級邵錦鐘等同學獲2010年全國大學生數學建模競賽獲三等獎，2009級于琴等同學獲2011年全國大學生數學建模競賽獲一等獎；又如邵錦鐘同學成功申報2011年度湖南省大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目“機械零件仿生非光滑表面耐磨性能的有限元模擬”，課題組公開發表相關論文兩篇。從2011年起，材料成型和金屬材料專業的許多同學都考上碩士研究生，例如中南大學（王藝淋）、湖南大學（謝配儒）、華南理工大學（程銳）、重慶大學（吳明放）、廈門大學（戴拖）、東南大學（張望成）、北京科技大學（尹志中）等。但是，圍繞“三重一高”應用型人才培養新模式，培養專業基礎牢、技術水平好、實踐能力強、綜合素質高的高級應用型人才是一個長期而艱苦的過程，教師隊伍需要調整，實驗教學還要不斷加強，以促進《材料科學基礎》精品課程建設不斷完善，教學改革不斷深入。

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作者簡介：劉先蘭（1966-），女，湖南衡陽，教授，從事有色金屬材料、模具設計與制造等研究。endprint