關于材料類專業基礎課“貫穿式”教學的初步探討

王彩輝 付華 吳紅亞 于剛 秦國強 孫國文

摘要：專業基礎課是大學生整個培養計劃中，非常重要的環節，此環節的培養質量直接影響到學生的綜合素質的提高。為了進一步提高大學專業基礎課的學習效果，采用“貫穿式”教學方法有利于學生對專業基礎課先關知識的掌握與運用，并為學生繼續深造、直接了解學科前沿成果奠定基礎。本文以石家莊鐵道大學材料科學與工程學院材料類專業基礎課為例，以教學內容、課堂教學、教學效果與評估以及教師培養等問題為指標，探索“貫穿式”教學方法如何有效實施。

關鍵詞：專業基礎課；貫穿式；本科；材料類

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）22-0189-03

一、引言

教學改革已成為有效提高教學水平的必經之路，如東南大學的陳堅，張亞梅展開了專業基礎課在雙語教學方面改革與探索；大連理工大學的王立秋等展開了無機非金屬材料專業基礎課的探索與實踐。大學本科生（含高職）基礎課一般包括兩部分的內容，即某一專業或學科學生必修的基礎課和專業基礎課。其中，專業基礎課是指該專業學生必修的基礎課程，專業課程按其性質又可分為專業理論課、專業技術課和專業實踐課，專業理論是專業技術課的基礎，專業實踐課一般包括專業實驗、生產實習、課程設計和畢業設計等。專業基礎課是大學生基礎課的基本運用之一，又是專業課的基礎，因此，專業基礎課在整個大學課程中起著承前啟后的作用，整個教學效果的優劣直接影響大學生自身素質的培養。

一般大學的專業基礎課都分布在大二、大三階段，學生學習完專業基礎后，緊接著開始專業課程的學習。但目前，存在的主要問題是專業基礎的連貫性，即“貫穿性”。以石家莊鐵道大學材料科學與工程學院為例，該學院包含無機非金屬專業、金屬專業、高分子專業、功能材料專業四個專業。首先，橫向來講，每個專業有各自的專業特點，對于專業基礎課的側重點不盡相同；其次，縱向來分析，學院內的專業基礎有多門課程構成，并由不同的老師來承擔，但各個老師之間的協調性存在不一致性。

因此，針對專業基礎課的特點及存在的主要問題，以國家一級學科材料科學與工程為背景，以學院專業方向的構成為出發點，將系統展開專業基礎課“貫穿性”的研究。專業基礎課的“貫穿性”能有效提高學生對知識點進行系統、高效的掌握；能夠對實際問題進行綜合性分析，提高學生解決實際問題的能力。為了實現專業基礎課的“貫穿式”教學，本文從師資構成、教學內容與方式、實踐教學及考核形式等6個方面進行了探討與分析。

二、措施與探討

（一）師資方面

任何一門學科，最終的教學效果，很大程度上依賴于師資力量的構成。為了能以較高的水準完成學院專業基礎課的教學任務。本教研室（材料科學系）從師資構成做起，在職6位專業老師，其中具有博士學位比例為100%，具有1人具有教授職稱，3位具有副教授職稱，2位為講師，且團隊帶頭人獲得校級“教學標兵”稱號，這就從師資實力上得到了保證；并且均畢業于全國不同的名校，主要為清華大學、山東大學、東南大學及燕山大學，這有利于將各個高校關于專業基礎方面的優勢加以綜合利用，有效促進專業基礎課的教學改革。

（二）教學內容與方式

1.學生參與理論教學方式的改進。在理論教學方面，為了調動學生學習的主動性，改變以往“講課只是老師的任務，而聽課只是學生的任務”的習慣，改革要點是將知識點分類，將重點、難點的知識點由老師重點講解，學生參與為輔；相對簡單的內容，學生為主（學生上講臺），老師參與為輔，這樣就逐漸加大了學生在課堂上的主動性，改變學生以往學習的被動局面，有效提高了學生對專業基礎課的學習效果。如：同樣作為專業基礎學位課，《材料科學基礎》以結構為核心，理論深，是材料類學生極難學的基礎學位課，在教學上就以教師的引導和詳細講解為主；而《材料性能學》以材料的固有性能和使用性能為核心，以成分、組織、結構和制備工藝為前提和基礎，串起材料構成的五要素，教學內容多而散，涉及基本概念、物理本質、變化規律、測試原理及實際應用等理論和實踐內容。

材料科學與工程一級學科的《材料科學基礎》、《材料性能學》等專業基礎學位理論課的教學任務，需要對原來針對各不同專業方向的課程體系進行重新構建與優化，教學內容廣泛，理論性強，需要教師具有多學科方向的知識儲備量，教學難度大。大量的時間和精力都投入到了備課中，“每課必備，每課必新”，課前進行教學內容更新和設計，課后根據課堂教學效果及時調整內容和方法。

2.淺-深-淺的教學引導思路。雖說深入淺出，但在理論課教學中，淺-深-淺的問題分析思路更利于激發學生興趣和思考。首先，在教學中設計引入了大量案例和工程應用，使理論分析更易理解。如：“挑戰者”號航天飛機失事，賽艇的彈簧失效，可以變形的太空天線，雙相鋼在汽車中的應用，二戰期間“自由輪”的斷裂失效，一汽大眾速騰斷軸原因，美橫跨密西西比河公路大橋坍塌，半導體制冷車載冰箱，德國ICE884高速列車脫軌事故，“斯皮菲爾”式戰斗機的失事，“鳥巢”的用鋼，自然界熱電效應，剪毛機刀片磨損，歷史上的量子力學論戰，解理斷裂與大自然中的解理，李政道BCS超導機理漫畫，金屬玻璃和準晶體的發現，我國古代的凝固技術之精品等。

其次，材料學科是從礦業、冶金、機械、土木、能源、電子等其他學科中獨立出來的新型學科，兼具理科—工科—文科的學科特性，首要的是建立學科分析思路。此外，在理論教學中，注重科學與哲學的相通性，啟發學生從多學科理解某一問題，引入科學理論思想與生活中的案例，引入材料的微觀機理與宏觀世界規律之類比，如：位錯結構與玉米生長結構，位錯的運動與毛毛蟲爬行，“五馬分尸——酷刑”與應力機理，片狀珠光體組織三維生長形態與卷心菜形態，工業純鐵的室溫組織與干裂的大地，非均勻形核與水沸騰時氣泡位置，炒鋼與炒菜，金屬疲勞與人的疲勞，疲勞貝紋與貝殼紋，相圖與地圖等，使學生感受材料的微觀組織與宏觀世界之美。引入相關材料學家性格和學術貢獻（如：Griffith、杜隆、布拉格父子、帕爾帖、湯姆遜、塞貝克、鮑林、朗道、德拜、師昌旭、葛庭燧等），樹立學生積極向上的人生態度。

3.變靜態為動態，變抽象為具體。課題組制訂了統一的多媒體課件標準，要求課件的整體色調、風格要協調統一，文字、圖片、動畫等素材合理搭配。限制要點與文本數量，采用相對較大的字號和醒目的字體（黑體）。插入符合課件主題的清晰的圖片、適當的圖表（圓餅圖、柱狀圖、條形圖、曲線圖、表格）及動畫、視頻或音頻等素材，重點突出。如：晶體結構、位錯結構、位錯運動、晶體生長過程的動態演示。制作結構模型和簡單的教具，讓學生動手又動腦，如：用黃瓜演示螺/刃位錯的產生及應力場特點。利用Material Studio軟件進行材料結構三維動態演示。PPT課件和板書合理結合，對較難的理論推導和過程分析采用以板書為主的上課方式，如：勻晶相圖、二元共晶相圖、鐵碳相圖結構與結晶分析等難點。讓學生積極參與基礎課教學，學生課堂練習，學生講解作業。

4.特色鮮明的教材編寫。教學團隊根據多年的教學積累，2009年出版的《現代材料概論》結合課題組多年的教學經驗和石家莊鐵道大學的具體專業，形成了發展歷史與學科前沿相結合，理論基礎與應用特點相結合，知識體系與思維模式相結合，科普與引領相結合的特點。2010年編寫出版了新版《材料性能學》教材，受到多所高校的歡迎，四年來，該教材已在第三次印刷。《材料性能學》作為材料類最為重要的專業基礎之一，在其新版教材的編寫過程中，將原先分屬不同類二級學科課程內容即近年來一些有關材料性能方面的研究成果進行綜合優化，突出各類材料性能的基本概念和共性特點，有效促進學生對知識點的理解與掌握。并且在《材料性能學》中，采用較新的編排形式，即每章章首設置一個“本章教學要點”表，添加一個和該章內容相關的“導入案例”，每章中添加一些閱讀材料，拓展閱讀量，介紹相關的前沿研究技術方法等，這就將教學方法適當引入了課本當中，一步步引導學生學習，學生易于抓住學習重點，有效提高學生的學習效果，逐步實現單個課程的貫穿性。在上課過程中同樣采取這種引導式教學。2014年，新版《材料科學基礎》作為北京大學出版社重點支持教材已在出版中。《材料科學基礎》打破常規排版模式，結合教材和筆記、ppt講稿的排版特點和各自的有點，便于學生快速閱讀和查找。目前，教學團隊還在探索規劃《材料現代分析方法》教材內容和編排模式與特色。

以優化教材內容為基礎，培養綜合分析問題能力。為了進一步加強學生對實際問題的綜合分析能力，打破常規課本對理論知識的堆積，而在教材中特意添加了關于實際問題的描述與解決方法，并針對不同內容系統補充了相應的具體測試方法，有利于學生對知識的系統掌握，增強其綜合分析問題的能力。如：結合所上的課程《材料概論》、《材料性能學》和《工程材料力學實驗》，綜合理解金屬和非金屬材料的力學性能曲線；通過對材料組成、實驗參數的差異，從宏觀和微觀來分析不同材料間性能產生差異的原因。并將老師承擔的實際課題進行分解、具體化，引入課堂，引導學生結合所學的知識去進行綜合分析，具有重要的意義。

（三）實踐教學與考核

實踐教學與理論教學是相輔相成關系。理論教學是實踐教學的基礎，實踐教學能很好地反饋理論教學，兩者相互促進相互制約。通常學生在大學期間的實踐教學包括認識實習、生產實習和畢業設計三個階段。但這三個階段的實踐相對獨立，延續性及貫通性相對較差，對于學生系統實踐的培養效果相對較差。為了改變這種結果，通過分析與研究，在三個實踐教學的基礎上，進一步確立了大學生盡早根據自己的專業愛好進入相應老師的課題組（本科生導師制），參與老師的實際課題，并由系主任統一組織定期匯報實踐成果，這就形成了“系主任—導師—學生”這樣三位一體的實踐教學模式，并且直到學生畢業（包括畢業設計），均連續性地跟隨同一導師進行實踐學習。這一方面，實現了學生在管理與培養上的細化，有利于改變學生在學習上的惰性，提高學生的積極性；另一方面，學生具有充分的時間，保證了學生實踐的貫穿性和深度，改善學生的學習效果。進一步實現教學實踐的貫穿性。

（四）考核形式綜合化

考核內容側重基礎理論和實踐應用兩大模塊的考核。主要體現在考核形式的多樣化、連續化及綜合化方面。在多樣化方面，主要是打破以通常的理論考試為主的形式，在此基礎上增加了給導師的綜合評價；在連續化方面主要考核學生在對同一問題進行長時間持續研究成果的評價；綜合化方面主要針對理論考核過程中加大實踐應用內容，培養學生對知識的應用和分析問題的能力。

依課程目標改革考試方法。在教學中增加學生自己動手的作業量，要求自己動手查閱有關材料生產、性能開發與應用的視頻和動畫，提交作業，協助教師進行視頻的下載和篩選工作，調動學生的積極性。“授之以漁”一直是教學中堅持的基本原則。考試方法融合課程知識點進行綜合分析，課題（問題）專項研究，對知識點進行分級整理：本課程要求掌握的和應用的，考研深造等提高的。考題形式突出實踐應用，增加科技文獻閱讀及選題分析，以實踐應用帶動對基礎理論的理解，培養學生應用和分析問題能力。如：《材料科學基礎》以結構和相圖的分析為重點，考核知識的靈活應用。《材料性能學》考試方式從閉卷改為閉卷+開卷，增加了斷口形貌特征分析題與案例分析，提高學生綜合分析問題能力。使學生真正學到知識和能力，而不僅僅是考了多少分。

（五）教師的互通性

學生的專業基礎課在結構組成具有完整性，即各個專業基礎課之間應具有較好的相互補充即銜接性。但往往承擔各個專業基礎課的老師之間缺乏必要的溝通，而使學生所學的專業基礎課的知識在內容、重點、相互補充性及貫穿性方面，呈現不足，最終導致學生學習效果的下降。為了改善上述情況，課采取以下幾點措施：（1）專業基礎課老師共同制定課程的主要內容。（2）定期組織討論。即主要討論這段時間內，學生在學習過程中存在的問題，以便改進。（3）專業基礎課之間的貫穿性。將同一問題在不同專業基礎課中進行延伸，有效提高學生對整體知識的理解。

（六）效果與評估

效果與評估是各個學科整個教學環節必不可少的部分。為了從整體上體現專業基礎課的教學效果，評估方式采用校內和校外相結合。校內主要包括學生在學校期間的理論與實踐；校外主要針對學生畢業后，由單位工作對學生進行評估，實現教學效果與實際工作效果的對接。其中，校外評估主要采取問卷調查與實際走訪相結合的形式。

三、結語

通過本科材料類專業基礎課“貫穿式”教學的探索，我們取得了一定的成果，這表明貫穿式專業基礎課的教學方式，能有效提高學生的學習效果，并為學生繼續深造、直接了解學科前沿成果奠定了基礎。現階段，將材料類專業基礎課學好，學扎實，不僅是必要的，而且是可行的。

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