新工科背景下的材料科學基礎課程案例教學模式思考

凌意瀚 楊洋 牛繼南 張平

[摘 要] 為積極應對新一輪的科技革命，對材料類專業的人才培養提出了新的要求。為適應新工科背景的發展需求，對“無機材料科學基礎”課程教學中存在的諸多問題進行思考。結合新工科發展方向，以案例教學方式對新工科背景下的課程教學進行設想，以培養適應新工科下要求的創新型和應用型工程技術人才。

[關鍵詞] 新工科;案例教學;材料科學

自21世紀以來，我國為面對新一輪的科技革命與改革浪潮，先后形成了“中國制造2025”和“互聯網+”等重大戰略，推進創新驅動蓬勃發展，促進先進產業轉型升級，不斷推動著科技革命和產業變革。然而，新產業的蓬勃發展需要創新型人才的支撐，因此，2017年2月以來，教育部積極加強產業發展對工程科技人才需求的調研，做好增量優化、存量調整，主動謀劃新興工科專業建設，并發布了《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》，明確探索形成新工科建設模式，主動適應新技術、新產業、新經濟發展[1，2]。“材料科學基礎”是研究材料的組成、結構、制備工藝、性能及應用之間相互關聯的學科，是無機非金屬材料專業的主要專業課程，具有較強的知識理論性，緊密聯系先進材料科技的發展趨勢，對新一輪科技革命過程中培養高層次創新型工科人才發揮著重要作用。

案例教學是在教學過程中加入案例分析，使學生在課堂上對案例情境進行分析、討論以表達自己的觀點，培養學生主動思考、創造能力，提升學生在現實生活中解決實際問題的能力[3]。案例教學最早在美國哈佛商學院教學中進行應用，目前，已在各類教育教學中得到廣泛應用[4]。“材料科學基礎”教學模式關系到學生的創新能力和科學素養，因此，本文結合我校中國礦業大學材料與物理學院材料科學與工程專業培養方案，從案例教學模式方面著手，對“材料科學基礎”課程的教學模式進行探索，以適應當代新工科發展的趨勢，著力培養具有新工科背景的人才。

一、課程教學現狀

“材料科學基礎”是材料科學與工程專業的核心專業課程，是銜接基礎課程與其他專業課程之間的一門重要課程，起著承前啟后作用。材料科學基礎課程主要包括晶體結構、晶體缺陷、固體擴散、相圖和合金相結構等，課程的知識點較為復雜，內容抽象，部分結構難以理解。在教學方法上大部分高校仍然采用以教師為主體的PPT滿堂式教學，這樣的教學模式下學生處于被動接受知識狀態，缺乏獨立思考，難以抓住課程的重點，不利于新工科發展下的創新型人才培養。在探索新工科發展模式和創新型人才培養的基礎上，要求高校更新“材料科學基礎”課程教學內容，向學生介紹先進材料科學研究的最新進展以及新的發展趨勢[5]。使得教學課程有被動滿堂灌式教學向主動的問題導向課程教學發展，著重對學生的主觀創造性進行培養，以增強教學內容的興趣，促進學生全面朝著新工科建設方向發展。

二、新工科背景下案例教學模式思考

在新工科建設背景下，要以技術發展為導向，改革課程教學模式，形成一批內容新、方法新的特色課程。作為核心專業課程，材料科學基礎課程概念多，教學理論性和實踐性較強，所以課程教學難度大、跨度大。由于該課程中一些微觀結構以及過程是抽象又枯燥，學生難以去理解及學習。為了增大這一課程的趣味性及科學性，將傳統理論教學與案例分析、實踐相結合，從而增強學生在課程學習過程的興趣，提高課程教學效果。與傳統多媒體教學相比，案例分析與實踐模式的加入能夠將抽象事物變得直觀化，簡化復雜問題，能夠讓學生對一些結構或擴散過程等抽象知識有著深刻理解，這也為教學順利進行打下堅實基礎。因此，結合教師講解+案例教學，對一些抽象和枯燥難以理解的知識點進行簡化，更加直觀地幫助學生理解復雜知識點，提高教學效果。要實現課程案例教學，需要課程教師培養起新工科建設理念，要做到以下幾點。

1.課程教學理念轉變。在新工科建設背景下，課程教師應樹立“以學生為主體，教為學服務”的新型教學理念，而不是以教師為中心，忽視了學生的主體地位，教師應盡可能地通過多樣創新的教學方式引導學生主動學習、主動思考、主動討論、主動實踐，調動學生學習興趣。

2.豐富課程教學方法。“填鴨式”教學方法在新工科建設背景下已經無法滿足創新型人才培養理念的要求，因此，在課程教學過程中，需要不斷豐富教學方法，適應新工科建設條件。在課程教學過程中可以增加啟發提問式教學部分，通過設計一些啟發式的問題，使教學課堂變得趣味，比如在講授同質多晶知識點時，可以向學生提問“為什么金剛石與石墨化學組成都是碳，但在性質上卻有著天壤之別”來啟發學生獨立思考能力，讓學生綜合前期所學知識進行思考并發表見解，這也能讓教師對學生知識掌握情況有著深刻了解，根據課上不同反應及時應對并調整教學方法幫助學生鞏固知識點。此外，在課程教學過程中加入討論式教學方法也可以使教學效率提高。教師在授課過程中，選取書本某些章節中部分問題，對學生進行分組安排，利用課余時間查閱資料，以PPT形式對問題進行回答講解，在下節課堂上以小組代表形式上臺講授，臺下學生就講解的問題答案進行提問和討論。在新工科背景下，教師在整個課程教學中應作為組織者，多培養學生換位思考的方式進行課程學習，這樣的學習方式能夠賦予學生的新鮮感，同時培養學生科學探索精神、團隊協作以及語言表達能力，在掌握知識點的同時進一步提高分析和解決問題的能力。

3.創新課程教學模式——案例教學。材料科學基礎的本質是結構決定性能，然而在課程教學過程中，材料內部的結構是抽象的，并不能直觀地呈現在學生眼前，如各種擴散、晶體結構、位錯及位錯的運動等。針對抽象的知識點，多媒體教學能夠使得抽象的問題直觀化，一些晶體結構、晶格間隙、晶體缺陷運動、結晶過程等可以以flash動畫形式展示，使學生有身臨其境之感，有效傳遞信息。在學習三元相圖的過程中，缺乏空間想象力的學生會覺得這一知識點晦澀難懂，難以弄清三元相圖的形成過程，這就需要多媒體教學來以示例形式展示三元相圖形成過程。此外，在材料科學基礎課程授課時，可以多以生活中常接觸到的實物為例，如“汽車”，讓學生感受到材料科學如何影響人們的生產、生活和發展。在材料科學基礎的課堂教學中，課程套路也是案例教學的一種手段，比如，以“先進汽車用鋼的研究與應用現狀”為主題，同時設計一些問題，如汽車用鋼面臨的挑戰、車用齒輪鋼、彈簧鋼等的最新研究熱點和發展現狀，讓學生在課外閱讀文獻資料，制作PPT，然后組織學生在課堂上進行探討、研究。在探究中，學生對材料科學中有關材料的微觀結構、組織性能及制備工藝等基礎理論有著更深入的認識。這種新的案例教育理念下的探究式教學適應新工科建設背景下的要求，為創新型人才培養做出重要貢獻。

三、結語

對于一門理論性及實踐性較強的材料科學與工程專業基礎課程，授課教師往往以板書和公式化的PPT為主導而進行課堂教學，課程教學質量以及效率無法滿足新工科建設下的需求。立足于新一輪科技革命，對材料科學基礎課程教學進行思考，通過對課程教學內容的系統分析，在此基礎上引入案例教學，并結合多媒體技術、師生教學互動環節等多種豐富的教學手段，提高課程教學質量，增加課程教學的趣味性，以適應新工科建設下的發展需求。

參考文獻

[1]曹婷，曹原.“新工科”背景下通信原理的課程優化[J].價值工程，2018（3）：258-259.

[2]姜曉坤，朱泓，李志義.新工科人才培養新模式[J].高教發展與評估，2018，34（2）：17-24.

[3]郝俊才，趙春香，蓋芳芳.土木工程專業材料力學案例教材的編寫方法探討[J].價值工程，2013（23）：234-235.

[4]孫璐.案例教學法在社會工作課程中的運用研究[J].現代商貿工業，2018（35）：169-170.

[5]張代東，房大慶，宮長偉，等.材料科學基礎精品資源共享課建設探討[J].中國現代教育裝備，2016（1）：64-66.