《現代材料研究方法》課程建設的新思路與新舉措

劉成龍+田中青+黃偉九+周志明

摘要：本文介紹了現代材料研究方法課程建設的新思路，以教學目標為導向、以教學內容為載體、以教學組織為紐帶、以課程考核為手段，對課程建設的改革提出了切實可行的建議。

關鍵詞：新材料；研究方法；課程建設

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）38-0225-02

在國務院學位委員會第三十三次會議上，國務院學位委員會主任委員劉延東對學位與研究生教育提出了要以立德樹人為根本、人才培養為核心，發揮好課堂教學主渠道作用。課程學習是保障研究生培養質量的必備環節，在研究生培養過程中具有全面、綜合和基礎性作用。而要保障好課程學習效果，高質量的課程建設是基礎，是激發研究生興趣、培育其獨立思考能力和批判性思維、全面提升其創新能力和發展能力的穩固支撐[1]。新材料產業作為我國七大戰略性新興產業和“中國制造2025”重點發展的十大領域之一，2010年以來的年均增速保持在25%左右。隨著新材料研究逐漸趨向于納米化、智能化、復合化，材料研究人員對先進測試技術的依賴越來越強。對新時期材料科學與工程一級學科的研究生層次人才而言，掌握現代材料研究方法的原理與應用，對其創新與發展的能力的提升具有至關重要的作用。根據學生培養的新需求，我們針對材料科學與工程一級學科碩士點專業必修課《現代材料研究方法》進行了系列改革。

一、課程存在的問題

1.學生水平層次不一致，授課難度大。學生基礎差別較大，增大了教師備課難度；部分學生課堂學習的積極性、主動性不夠。

2.教材內容滯后，更新慢。應新材料發展的需求，新的材料測試技術不斷涌現，而現有教材內容不能很好地滿足教學需求，影響授課質量。

3.授課教師單一化。材料測試技術的迅速發展需要授課教師具有高的科研能力和教學水平，單一化的授課教師設置模式不利于學生創新實踐能力培養。

二、改革舉措與建議

根據我校材料科學與工程一級學科研究生的培養目標需求，我們從課程教學目標、教學內容、教學組織及教學評價四個方面對《現代材料研究方法》專業必修課進行了教學改革。

1.重構課程的培養目標。根據我校材料科學與工程一級學科碩士研究生的培養目標，從《現代材料研究方法》這門課程的定位出發，將本門課程的培養目標修訂為“通過本課程學習，深入理解現代材料分析方法的基礎理論、方法和分析測試技能，在微觀和納觀層次上系統掌握組織形貌、物相、成分價鍵及分子結構等綜合分析技術及數據分析能力，從“成分/組織—制備工藝—性質—使用性能”四大要素及其相互關系角度出發培養學生的綜合研究能力與素質，為學生開展新材料研究開發、先進材料工藝研發與應用提供理論基礎和技術支持，最終使學生能夠獨立地進行材料的分析和研究工作。”新的教學培養目標更加具體、細化、明確，可更好地指導教學內容的制定、教學活動的組織及教學評價的實施。

2.關注教學內容的適用性與前沿性。針對新材料的發展要求，以有利于研究生創新能力培養為目標，注重材料學科先進的，有突破性的前沿知識及學科交叉，重點對本門課程的教學內容進行了改革。根據“立足研究，夯實基礎、培養能力、強化創新”基本思路，圍繞“知識—能力—素質—創新”這一主線，重點針對研究生創新能力和實踐能力的培養，在課程教學內容設計上突顯學術學位或專業學位碩士研究生培養中的科教結合，以及研究生培養中的職業發展能力形成。由“以儀器為中心”轉化到“以分析為中心”，由“技術培訓”轉化到“綜合能力培養”。

3.注重教學模式的改革創新。材料科學與工程作為一個實踐性很強的學科，實踐教學是培養高素質人才的重要一環。目前，為了更好地應對新材料、新技術、新工藝的發展趨勢，安全、綠色、可視的虛擬仿真實驗教學在各高校廣泛開展。虛擬仿真實驗教學依托虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通訊等技術，構建高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象，學生在虛擬環境中開展實驗，達到教學大綱所要求的教學目的。通過虛擬仿真實驗平臺可更好地實現現代材料研究方法的實驗課教學[2，3]。例如：清華大學重點針對高危實驗（如放射性環境下材料服役性能與行為的研究）、高能耗與高成本的重復性實驗（如三維晶體結構）、極端條件下的材料特征與行為實驗（如高分子自組裝過程實驗）開展虛擬仿真實驗教學；上海交通大學則針對金屬材料鑄造過程、塑性成形、焊接成型、材料淬火等開展了虛擬仿真實驗教學；西南石油大學開展了大型鍛壓件高壓成型、電弧焊接、塑性加工等方面的虛擬仿真實驗教學。綜上所述，目前各高校廣泛開展的虛擬仿真實驗教學偏重利用現有材料研究軟件，比如JSCAST鑄造成型軟件、Materials Studio、Deform、Ansys等商業軟件。雖然通過該平臺，學生可以在模擬的實驗環境中完成實驗過程，獲得直觀的實驗結果，對于培養學生自我訓練與創新意識，實現教學中虛實結合，增強學生的實踐動手能力是大有裨益的。但是對單門課程而言，該平臺的投入較大，且需要專門教師維護，人力與物質成本較高。《現代材料研究方法》這門課是對理論與實踐要求較高，要求學生學會選擇測試技術與分析測試結果。

在我校《現代材料研究方法》的教學改革中，利用計算機輔助教學技術（Computer Aided Instruction，簡稱CAI），通過材料測試技術原理的虛擬化、材料測試過程的虛擬化、數據分析過程的虛擬化，以及實驗數據分析的案例化，更好地實現“學生為主、教師為輔、因材施教”的課堂教學效果。

4.強化課程組織的靈活性。針對研究生創新精神和能力的培養需求，課程教學改革著重在于培養研究生知識和能力的轉化與提高[4，5]。在教學方式改善上，改變以往課程網站建設的傳統模式，積極建設在線課程，將測試技術設備原理、操作等內容虛擬化；將授課內容碎片化，建成微課程[4]；將課堂教學翻轉化。在教學方法改革上，更多采用案例教學、講座或研討等方式。比如，課程組曾提出某企業中實際遇到粉末冶金件的表面氮化層去除難題，企業迫切需要獲得該氮化層產生原因、性質、去除方法。但針對這一問題，學生有廣泛的參與度，所提出的樣品表征方案不盡全面，但達到了很好的教學效果。同時，作為課后作業，將實際樣品交給學生，讓學生制定一套方案來檢測樣品的結構、形貌、成分以及物理性質，提出解決方案，并最終給出實驗結果。在授課教師組織上，實施了主講教師負責制，組建了三位具有博士學位的高級職稱教師的授課團隊。通過以上改革，課程教學組織的靈活性大大提高，教學過程更加開放、多元，學生參與教學的積極性與參與度大大提升。

最后，建立科學的課程考核方式。改變了本課程原有的閉卷考試單一考核模式，建立了新的課程考核方式，更加注重考察學生的創新能力與科研能力，注重過程性的評價。課程的考核方式由筆試、課堂報告、討論、作業等四部分組成。筆試試卷采取了60分有標準答案的和40分無標準答案（或無唯一答案）的試題，前者主要是考查學生對基本理論、方法和工藝知識的掌握；后者則結合綜合實驗考查學生理論聯系實際的能力，側重材料知識綜合運用，沒有明顯對錯，只有好與不好、合理與不合理的區別，避免了題型的教材化、概念化、孤立化等。

三、總結

針對我校《現代材料研究方法》專業必修課程的改革，課程組正確處理好課程教學目標、教學內容、教學組織及課程考核四大要素之間的關系，以教學目標為導向、以教學內容為載體、以教學組織為紐帶、以課程考核為手段，使得本門課程的建設真正實現有利于對學生創新能力的培養。

致謝：本文是重慶市研究生教育優質課程建設項目、重慶市研究生教育教學改革研究項目（yjg141003，yjgl133089）及重慶市高等學校教學改革研究項目（132039）的研究成果。

參考文獻：

[1]章麗萍，金璽，顧建民.研究生課程建設：從理念到方略[J].中國高教研究，2013，（07）：66-70.

[2]李亮亮，趙玉珍，李正操，等.材料科學與工程虛擬仿真實驗教學中心的建設[J].實驗技術與管理，2014，31（2）：5-8.

[3]王明靜，楊超.材料測試方法實驗課虛擬仿真建設[J].科技展望，2017，（1）：213.

[4]李欣午，牛東來.線上與線下雙重互動的翻轉課堂設計及實踐——以信息時代大講堂為例[J].現代教育技術，2015，25（12）：72-77.

[5]劉華.在線課程融入高校課程教學系統：障礙及其突破[J].高等教育研究，2016，37（5）：68-72.endprint