雙創教育背景下的材料科學基礎教學改革實踐

許晨陽 李國華 陳華輝

中國礦業大學(北京) 北京 100083

國務院辦公廳于2015年5月印發了《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》。因此，推進高等教育綜合改革、促進高校畢業生更高質量創業就業成為目前國內高校改革和發展的戰略目標。心理學的實驗研究與教育家的科學論證都表明：創新能力在合理的教育與培養下可能在每個身心健康的個體上得到發展和實現。教育的英文是educate，源于拉丁文的“educate”，本意是引出?？梢?，教育的責任就在于把這種潛在的創造力誘導、開發出來。這一點需要通過以探索和研究為基礎的教學[1]過程培養，通過教學過程的優化實現。

就材料科學與工程專業而言，材料科學基礎課程是非常重要的一門專業基礎課。一方面，該課程的內容對構建材料類工程技術人員的專業知識體系，培養學生科學的思維方法和創新能力以及運用基礎理論解決實際問題的能力具有奠基作用；另一方面，專業的拓寬，學生培養模式的變化，均涉及該課程，特別是隨著材料科學的發展，新材料、新技術、新工藝均在該課程中有所反映。因此，建立與創新創業背景下的高等教育人才培養方案及教學體系相適應的材料科學基礎課程教學內容、教學方法、考核制度等就成為材料專業教學改革的一項重要任務。

1　調整課程結構　優化教學內容

長期以來，人們一直按照材料的化學屬性將其分為金屬、無機和有機材料三大類，各類材料具有不同的化學鍵，因而具有不同的結構和特性。但隨著與材料性能和結構有關的學科的出現和現代測試技術的發展，人們發現具有不同化學屬性的材料之間仍存在著共同或相似的基礎理論和規律。于是，金屬材料、無機非金屬材料和有機高分子材料已不再是孤立存在的學科，相互間的聯系更趨密切，相互滲透更趨明顯。這也使得原來可以比較容易區分的材料屬性變得模糊起來。同時，材料的宏觀性能、微觀結構狀態和制備工藝技術等均表現出相互聯系、交叉和滲透的趨勢。這就從客觀上對材料學科專業的人才培養提出了更高的要求，即拓寬專業口徑，以材料科學為基礎研究和開發新材料。

因此，為保證課程設置和課程結構的系統性和科學性，使學生形成較為合理的知識結構，我們開設了整合金屬學原理、硅酸鹽物理化學、高分子材料結構等多門學科，提取其共性、精粹和關鍵技術內容基礎上形成的課程—材料科學基礎。并將材料科學基礎課程的教學內容定位于以基礎理論為主，結合實際材料(包括金屬材料、高分子材料、無機非金屬材料)闡述其結構、性能及其相互關系。強調學生對基礎理論的理解和應用，使學生能夠掌握從材料的內部結構來探討材料結構與性能的內在聯系及規律的方法，注重培養學生從其基本理論出發，解決材料的生產與科研以及材料使用中的問題的能力。

此外，由于進入21世紀以來，材料科學發展更加迅速[2]，因此我們在教學內容中，除了講解材料科學的基本原理及相關理論，還注意不斷更新和補充，隨時穿插的介紹材料科學的發展和研究前沿，使課程內容兼具基礎性和先進性。這樣既大大提高學生的學習興趣，拓寬學生的知識面，對學生的學習起到很大的促進作用，又開闊了學生的視野，為他們今后進一步深造或從事科研工作打下了基礎。

2　改進教學方式　提高教學質量

材料科學基礎課程內容豐富、知識點多、知識量大，知識結構系統而又基礎，對這門課程的教和學均有非常高的要求，也是比較各高校材料專業本科教學質量和水平的一個核心考核內容。由于該課程概念多、理論性強、實踐性也很強，加之有些微觀結構看不見、摸不到，內容抽象、枯燥，因此學生感到難學。作為該課程的主講教師，為了解決這個問題，除了課上講清難點，課外多做習題外，在改進教學技巧、教學方法和教學手段上做了很多工作。

在教學技巧方面，(1)重視引言：全書有個緒論，每一章節又有一個引言，講好各部分的引言非常重要，讓學生知道要學什么，為什么要學，怎樣入手去學，對于隨后正文內容的講解非常有益；(2)在加強基本概念和基礎理論的前提下，注重展示知識形成的過程與學科思想發展的脈絡，使學生明白所學知識前后的關聯性，有助于學生建立完整的知識體系；(3)在內容的敘述上力求由淺入深，循序漸進，力求做到層次分明，重點突出；(4)在語言表述上，抑揚頓挫、剛柔相濟，不斷激起語感和美感；并盡量用簡單、易懂的語言表達復雜的概念或理論，幫助學生對問題的理解。

在教學手段上，將傳統的教學手段與現代教學技術有機結合。一方面，把部分的教學內容制作成實用、圖文并茂的多媒體課件，這樣既省去了不少板書時間，可以在較短的時間內給學生以更大的信息量，拓寬學生的知識面，而精彩的畫面又大大提高了學生的學習興趣，此外，還輔之以教學模型，使抽象概念和空間結構形象化；另一方面，對于關鍵的公式推導，必要的例題則以板書方式講解，逐步引導學生的學習和思維過程。

在教學方法上，常采用提問式(教師問，學生回答)、問答式(教師問，教師自己回答，讓學生有恍然大悟的感覺)、引而不發式(教師問，不回答，由學生自己思考)、討論式等，讓學生充分運用頭腦中已有的知識去思考、猜測本課程將會怎樣延續，給學生充分表現自己的機會，緊緊抓住學生的注意力，讓學生成為教學活動的積極參與者而不是旁觀者，取得良好的師生互動。

3　更新教學理念　引入探究式教學

美國教育家里歐?巴士卡里雅曾經說過：“我們的教育不成功，因為我們從不幫助教師們撕下教師的面具，平平易易的做人，從來不使他們認識到教師的作用只在于引導”。因此，筆者轉變了傳統的教育理念，把自己的角色從知識的權威者向知識的組織者轉換，從知識的傳遞者向學習的促進者轉換，不是那種居高臨下，令學生敬而遠之的教師，而是讓自己和學生處于平等地位，使學生以放松的心境與教師交流，說自己之所想，問自己之所惑。例如，在材料科學基礎的課堂教學中，我們以“蘋果離液態金屬還有多遠？是差一個iPhone7還是一個 iPhone8？”為題，讓學生在課外閱讀文獻資料，組織學生在課堂上進行探討、研究，以學生發言為主，各抒己見，讓學生直接參與教學。在探究中讓學生對材料科學中的有關“液態金屬的結構、性能及制備工藝，晶體與非晶體”等基礎理論有深入的認識。教學實踐證明，這種新的教育理念下的探究式教學，贏得了學生的普遍喜愛，取得了較好效果。

4　照本宣科變能力拓展

4.1　開設綜合設計性實驗

材料科學基礎是一門基礎理論與工程實踐結合得非常緊密的學科，實驗教學對于幫助學生鞏固和加深課堂所學的理論知識，掌握基本實驗技能，培養理論聯系實際，自己動手分析問題、解決問題的能力具有舉足輕重的作用[3]。因此，首先，我們編寫了材料科學基礎實驗用教材。其次，改革傳統的實驗教學方式，由單一操作性和驗證性實驗向設計性和綜合性實驗過渡，有針對性地開設綜合性實驗，強調教師指導和學生參與相結合，壓縮教師講授時間，鼓勵學生自己擬定實驗方案，創造條件讓學生獨立完成實驗，以培養學生綜合的實踐技能和創新能力。

4.2　改革作業的布置內容與形式

我們傳統作業的內容和布置往往側重于檢查學生對某一知識點的掌握，這些知識往往可以從書上直接找到答案，使學生缺乏思維的動力和機會，常常出現抄作業的現象。而創新創業背景下的本科教育要求我們培養的學生具有創造能力以及探求知識和綜合運用知識的能力[4]。因此，作業的內容和布置的形式應該多樣化。我們布置了幾個大作業，完成它學生需要查閱一些參考書。通過閱讀有關參考書，讓學生就某些重點內容進行深入學習，有利于他們理論水平的提高。同時，又使學生眼界大開，激發學生對材料科學及其專業的熱愛。例如：前段時間，關于高錳鋼燒水壺會析出錳，讓人變傻、變癡呆、致癌的說法瘋傳朋友圈，甚至掀起了一波“換水壺”潮。在作業布置時我們就以“高錳鋼電水壺你還敢用嗎？”為題，讓學生利用所學的Fe-Fe3C相圖，研究錳對鋼中奧氏體相區的影響，錳在鋼中的固溶與析出等。

4.3　改革考核方式　建立科學的評價指標

引導學生死記硬背，以考試分數確定學生優劣的傳統考試方法顯然已不能與創新創業型人才培養的方案及教學體系相適應。在考核方式上需要建立更加科學的評價指標。在考試命題時，一方面，不僅考記憶性、認知性的知識，還要考綜合性、分析性、理解性、創造性的知識。此外，為培養學生提煉、歸納、總結的能力，我們增設了新的考核內容，即在課程臨近尾聲時，讓學生根據課堂上所學的知識，查找資料，寫一篇小論文—“通過學習材料科學基礎，你認為材料強化的機制有哪些？”，小論文的成績在期末總成績中也占有一定比例，以此促進學生對知識的綜合應用以及分析和創新能力的發展，并為以后撰寫科研論文打下堅實的基礎。

5　結語

為培養出富有創新精神、勇于投身實踐的創業人才，其本科教學模式可以體現在教學各環節上。任課教師基于一門課程—材料科學基礎，在課程內容調整，探究式教學、設計性實驗開發、作業的布置內容與形式、考核方式等方面進行了探索和實踐，取得了一定效果。不過，雙創型人才的培養有若干種模式，且需要每個專業所設置的各門課程的共同協調，模式才能構成一個 “完整”框架。在這個框架建立的過程中，還可能出現一些新問題，也需要各級管理人員和廣大教師的積極配合、群策群力，需要高校同行間的廣泛交流、集思廣益?？傊瑯嫿ㄅ囵B富有創新精神、勇于投身實踐的創業人才的本科教學模式是一項復雜的系統工程，任重而道遠，我們尚需不斷探索，大膽實踐。

[1]楊平,陳冷,孟利.材料科學基礎研究型教學示范課建設思考與實踐[J].中國冶金教育,2013(2):23-25.

[2]姚可夫,鞏前明,張弓.迎接挑戰 建設精品課程:課時減少條件下的工程材料課程建設[J].中國現代教育裝備,2013(19):14-16.

[3]李國華,位會娟,張婉婷.材料專業本科生創新能力培養探索[J].實驗技術與管理,2014,31(12):9-12.

[4]邵紅紅,王蘭,紀嘉明.金屬材料工程專業應用創新型人才培養的研究與實踐[J].中國現代教育裝備,2016(1):80-81.