材料工程基礎課程建設與教學模式探討

魯璽麗 孫志潔 薛麗莉 陳 楓 田 兵

（哈爾濱工程大學材料科學與化學工程學院 黑龍江·哈爾濱 150001）

0 前言

“材料工程基礎”是材料科學與工程專業的專業基礎課，是繼“材料科學基礎”之后開設的又一門重要課程。目前，全國大多數高校的材料科學與工程專業均開設了“材料工程基礎”課程，然而同一門“材料工程基礎”課程，各高校在教學內容的選擇上卻截然不同，造成“材料工程基礎”教學內容多樣性的原因固然有各高校自身的辦學特點及培養目標不同，但究其根本在于以下幾方面：首先材料體系本身具有的多樣性，例如從化學組成來分，可分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和復合材料，如果從使用用途來分，又可分為建筑材料、電子材料、航空航天材料、核工業材料、生物材料等；其次材料本身又具有綜合性，隨著科學技術的不斷進步和新材料體系的不斷涌現，之前相對獨立的幾大材料體系逐漸的相互融合、相互滲透，這種綜合性體現在組成、結構、性能以及應用等各個方面；最后，材料學科越來越與其它學科之間形成了學科間相互交叉的新的材料體系以及跨學科應用，上述這些因素均使得材料工程基礎課程教學內容的界定不明確或界定困難。此外，這門課程教學內容涉及范圍廣，各部分內容跨度較大，基本概念、基本理論多，且工程性和實踐性強，講授課時為32學時，在32課時內要求學生能夠全面掌握所學知識點，并具備應用所學基本理論解決實際工程問題的能力，教學難度很大，因此在具體講授課程教學內容的界定、課程教學內容體系的構建以及如何提高本課程的教學質量和效果顯得至關重要。

1 “材料工程基礎”教學內容的界定

在國內“材料工程基礎”課程教學內容差異巨大的現有情況下，從材料工程的基本內涵入手，結合我校本科生培養目標和課程體系的設置，突出“三海一核”的教學特色，將“材料工程基礎”課程的教學內容界定在講述四大材料工程的基本概念和基礎理論，重點突出四大材料的典型工程應用，主要包括金屬材料工程（金屬冶金、鋼的合金化及工程應用、金屬材料的加工工藝理論、金屬表面工程技術、零件的失效分析和選材原則、典型工件的選材及工藝路線設計、金屬材料的典型工程應用）；高分子材料工程（高分子材料的結構與性能特點、高分子材料的加工工藝、工程塑料、合成橡膠與合成纖維、高分子材料的典型工程應用）；無機非金屬材料工程（無機非金屬材料的結構與性能特點、無機非金屬材料的制備加工工藝、無機非金屬材料的典型工程應用）；復合材料工程（復合材料的復合原則與性能特點、復合材料的制備與加工技術、復合材料的典型工程應用）。在教學內容界定基礎之上，適當地掌握教學內容的深度和廣度，同時將材料工程發展前沿的新動向、新知識、新技術和新工藝及時補充到“材料工程基礎”課程教學內容中，并且結合我校“三海一核”辦學特色，在教學內容中有所側重，例如結合用于海洋船舶工業中的合金，有針對性地講解其耐腐蝕性能；核工程及核技術領域中所應用的特種陶瓷材料等知識，增強教學的有效性。注重在教學過程中結合適當的科研實例，使學生能夠接觸到相關領域的前沿知識，將材料工程的最新進展和相關科研成果滲透到教學內容中去，使課程內容即重點突出基礎性又兼具先進性。

2 課程教學模式的探討

對傳統的教學思想觀念、教學方法和教學手段進行改革和創新，堅持“以學生為本”教育教學方法，圍繞學生的需要開展教學工作，嘗試“材料工程基礎”“小班授課”教學模式探索與實踐。我校的“材料工程基礎”課程，以往是5個班合班上課，人數接近140人，由于學生人數很多，在課堂上難以進行有效的師生互動，課堂氣氛不活躍，學生回答問題及主動學習的積極性不高，實行小班授課后，學生人數控制在60人以下，利于調動學生學習的積極性，實現充分有效的師生互動，教師可以近距離的觀察學生對所學知識的接受程度，對學生困惑的知識點教師可再次講解該在深層次上探討以加強學生對相關知識點的理解和掌握。

教學改革的關鍵體現在改進教學方法和教學手段，充分調動學生的學習積極性。利用現代教學方法是提高教學效果的最為直接有效的途徑，本課程以多媒體教學為主，在多媒體課件中引用大量生動形象的圖片和視頻資料，極大的豐富了教學內容，吸引同學們的注意力，提高了學生們的學習興趣，進一步加深學生對所學知識的理解，同時傳統的板書起到提綱挈領的作用，在調控講解速度的同時，使學生更能條理清晰掌握整節課的內容，給學生留出了思考空間；同時借鑒信息化教學模式，利用豐富的網絡資源（課件、慕課），拓寬學生的知識面，提高對新型材料體系的認知，在教學內容中補充材料加工制備技術的最新進展，例如新型智能材料的4D打印技術等，這種類型的教學內容可以通過預先設置問題，課堂上提出具體要求，指導學生在課余時間查閱一些與教學內容相關的文獻資料，讓學生充分利用課外時間學習相關內容，然后進行分組討論，形成課程綜述報告的方式來進行學習，解決有限的學時與繁雜授課內容之間的矛盾，充分鍛煉了學生主動學習、搜集信息和綜合運用所學知識的進行歸納的能力，培養和提高學生的邏輯思維能力和表達能力，課外作業既能拓寬教學內容、豐富學生知識面，又能鞏固課堂上所講授的知識，使學生養成好的學習習慣，從而培養學生學習的主動性和積極性；教學中引入與教學相關的最新科研工作，引導學生從科研成果中學習基本概念和理論，加深對所學內容的理解，增加學生的學習興趣，將科學的研究方法融入教學過程中，在教學過程中培養學生的創新能力。

注重與實踐相結合：材料是一門應用學科，兩院院士師昌緒老師在《材料科學與工程的提出與內涵》一文中指出，材料是面向實際、為經濟建設服務的，是一門應用科學，研究和發展材料的最終目的就在于應用，因此，在教學時必須注重理論聯系實際，使學生更為深刻地理解相關的基本概念和理論知識，培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，在教學過程中通過適當推出一些實際工程案例，引導學生聯系所學的相關基本原理和基本理論去解決具體問題。同時，注重培養學生從事科學研究的能力，在課堂上以具體圖片或播放視頻文件的形式展示具體的實驗過程，通過預設問題，引導學生對所得到的實驗結果進行分析，鼓勵學生查找相應的網絡資源，自主學習找到解答問題方法，從而使學生對所學知識的理解更加深入透徹，拓寬學生的思考問題的思路，提高學生學習的興趣和熱情。對于成績好、動手實踐能力較強、學習興趣濃厚的學生，可以引導其參與到教師的科研項目中去，使學生在實際的科研工作中得到鍛煉，進一步加深對相關理論知識的理解和綜合運用，培養學生思考問題的邏輯分析能力，了解科研工作的基本構架和方法，培養學生的創新能力。

綜上所述，這種集引導法、討論法、案例法于一體的教學方式，能夠充分調動學生學習的積極性和主動性。

3 建立新考核和評價體系

加強對學生學習過程的監督和考核，考核對學生的學習過程起著重要的引導作用，不僅能評價學生對知識的理解和掌握情況，還能引導學生的學習方向并能夠根據成績做出及時調整，同時也是對教學效果的直接反映。以往對“材料工程基礎” 課程考核主要以期末閉卷考試的成績為主（一般占考試總成績的80%以上），再結合平時考勤情況、課堂表現和課后作業（平時成績所占的比例低于20%），這種考核方式盡管也能夠有效評估學生對本課程知識點的理解和掌握情況，但也存在一定的問題，例如有些學生平時上課不認真，不主動學習和思考，直等到考前臨時突擊，不注重對所學知識進行有效的復習和積累，此外，還有些學生在課堂上只是被動地聽，缺乏和老師積極有效的互動，對所學知識缺乏質疑的思維，因此對學生創新能力的培養有所欠缺。現在重新設定課程的考核方式，仍由期末閉卷筆試考核成績和平時成績組成，但平時成績構成包括課堂討論、課堂小測和課后學習（報告、小論文、作業）三部分，并且提高平時成績占總成績的比例為30%或以上。

筆試試卷由50分題目主要考查學生對基本理論、方法和工藝知識的掌握和50分考查學生學生理論聯系實際的能力,主要側重材料的基本知識和基本理論的綜合運用，兩方面結合使得試卷能充分反映學生所學知識的掌握和綜合運用情況。課程進行的過程中進行階段性的課堂小測，通過課堂小測及時了解學生對該階段的教學內容的掌握情況，對學生掌握不好的教學內容進行加深講解，同時激發學生對平時學習的重視，及時對所學知識進行查缺補漏。課堂報告和討論是主要通過指導學生根據具體要求查閱相關文獻、網絡資源或其它參考資料，從而鍛煉學生查詢信息、獲取信息、歸納整理信息的能力，鍛煉學生綜合運用所學基本概念和理論等知識的能力，激發學生的自主學習興趣和進行科學研究的興趣，培養學生的獨立思考的能力和創新精神。通過指導學生根據自學的知識，結合所學的教學內容撰寫科研小論文，鼓勵學生了解和掌握學科發展的最新動態，拓寬視野，培養學生能夠有效地分析所獲得的相關材料，綜合運用所獲取的知識并對其進行合理的歸納和總結，通過考核培養學生自主學習的能力，全面考查學生的專業能力和專業素質。