基于新材料產業發展背景下材料類課程教學實踐與探索

陽建君 范才河 歐玲 蹇海根 劉富生

摘 要：本文以株洲市新材料產業發展為背景，以湖南工業大學冶金和材料類研究生開設的材料類專業課程為基礎，以《材料科學基礎》、《材料結構與性能》等課程教學實踐為依托，主要針對材料科學與工程學科和冶金工程學科研究生，開展研究生材料類課程教學實踐，優化課程教學內容、改革課程教學方式和方法、探索課程教學多元化考核方式，提高研究生課程學習參與度和教學效果，提升研究生人才培養質量。

關鍵詞：材料科學基礎;晶體學;教學改革

本文以湖南工業大學冶金和材料等專業開設的材料類專業課程為教學改革目標，具體針對《材料科學基礎》、《材料結構與性能》等課程的教學內容、教學方法、教學途徑的改革和實踐而開展。目前針對我校包裝與材料工程學院和冶金與材料工程學院材料科學與工程學科及冶金工程學科研究生而開展相關課程改革。當前材料學科或冶金學科研究生來源于不同學校和不同學科背景，對材料科學知識的掌握參差不齊，后續學習和研究工作所涉及知識面廣，而同時受教學課時所限，給后續教學工作帶來很大的困難，既要讓全體研究生了解材料科學的基本知識，又要讓研究生了解材料制備及加工技術等，難度較大。結合目前疫情防控期間，不能開展現場面對面教學等客觀情況，急需對現在課程教學方法和手段進行變革。現結合幾位從事材料類或冶金類課程多年教學工作的老師和從事材料相關研究的專家一起探討《材料科學基礎》、《材料結構與性能》等課程的教學實踐，以此為基礎向其它材料類課程拓展[1]。現提出網絡課程學習考核和現場考核相結合的學習的方法，網絡課程穿插一些習題，查驗學習學時，鞏固學習內容。網絡學習情況占總評成績一定比例，實現現代網絡課程學習考核與傳統模式考核的完美結合，形式多樣，知識面廣，信息量大，為后續課題研究工作開展奠定理論基礎，提升研究生基礎理論水平，提高研究生人才培養質量，滿足株洲市新材料產業發展人才需要[2-4]。

聚集到株洲市產業，規模較大，2019年度實現規模工業總產值超過300億元，年增速10%以上，共有65家被認定為省級新材料企業。株洲新材料產業以傳統產業轉型升級為契機，以與原有產業配套為切入方式，現已發展為包含5大細分領域（先進硬質材料、先進高分子和高性能復合材料、特種無機非金屬材料、先進儲能材料、金屬新材料）在內的完備的新材料產業體系，其中先進硬質合金材料在我國處于龍頭地位，硬質合金產量居全球第一。目前新材料領域共有10個企業技術中心（國家級5個、省級5個）、5個省級工程技術研究中心、5個重點實驗室（國家級1個、省級4個）。可以看出，株洲市新材料產業優勢非常明顯，在新材料產業發展中，需要大量的專業技術人才[5]。

材料類課程作為重要的專業基礎課，對后續研究生專業課程的學習及研究生知識體系的構建具有非常重要的作用。但這門課程內容繁雜多、涉及的面廣、學習過程缺乏歸納性和綜合性，普遍反映“難理解、難記憶、難應用”，因此除了授課時要突出重點、講清難點以外，還要注重講課的方式，采用有效的教學方法和手段，提高教學效果[6]。

1 合理選擇教學內容，優化教學內容課時分配

針對包材學院研究生和冶金學院研究生，來自不同學校和不同專業，學科背景參差不齊，本科專業課程學習內容大不相同，在課程教學中，增加了《材料科學基礎》基本理論的內容講述，把晶體學、凝固理論、相圖以及高分子材料的特性等內容作為重點講述。而冶金與材料工程學院有大量的校友從事硬質合金行業，校友資源非常豐富，每年從冶金與材料工程學院招聘大量的學生從事技術工作，如2018年畢業研究生湯郡簽約株洲硬質合金有限公司等。在課程教學方面可以適當增加硬質合金材料相關內容，突出特色教學內容。在課題結合方面，2018級研究生中有幾位從事金屬材料腐蝕方面研究工作，尤其鄒慶田同學師從何新快教授，在教學過程對金屬材料腐蝕尤其是電化學腐蝕部分的內容講述相對較多，提高課程學習與課題研究的融合度，增加課程的適用性。全面了解研究生的學科背景和課題研究情況，因材施教，因地制宜，合理設置材料類的課程和分配教學知識點，并結合多年來學生就業情況對材料科學基礎知識的訴求，并咨詢相關專業教師課程教學內容，統計專業課程相關相近教學內容，注重相關課程銜接，項目組成員討論合理確定課程內容、重點和難點等，合理分配各章節的課時。

2 現場教學方法、方式的探索與實踐

在教學中摒棄以往滿堂灌和只偏重課堂講授的做法，注重現場提問、知識點討論等教學方法的應用;一些新的知識點，以提問的方式或技術功能需要的方式引出來，特別是在講解新概念、新理論時，常采取提問、討論等方式來引出，并用這些新概念和新知識解釋實際生活和生產中的現象，激發研究生學習興趣;在講授一些重點、難點內容時，采取循序漸進、深入淺出、實例講解的方法，引導研究生學習，充分調動研究生學習的積極性、主動性。同時在教學方法和教學形式上，提出以專題介紹的形式講述相關知識點，并結合株洲市新材料產業的最近技術拓展相關知識的學習，提升課堂學習與實際生產的結合度，在條件允許的情況之下，可以考慮把課堂搬到企業里，并聘請企業企業技術大牛給予現場授課。

3 傳統的教學模式與“互聯網+”相結合

將多媒體教學與黑板板書等教學方式結合起來，如在給沒有學習過《金屬學》或《材料科學基礎》的研究生講授《金屬學》中的晶體結構、晶體缺陷、鐵碳相圖時，常將實物模型與多媒體教學結合，增強了學生形象思維的能力，提高了課堂的教學質量和學習效果。同時充分利用網絡課程，和挖掘上網教學資源，加強對《材料科學基礎》課程的學習和理解。重點內容也可以通過網絡查找一些實際生產過程中的視頻，增強對知識點消化和理解，如課程在講述金屬材料合金化中，合金化過程其實就不同元素的相互融合過程，形成一些新相過程，在網上查找了鋁合金熔煉時加入合金元素過程，詳細了解實際熔煉過程，這些網絡視頻教程和實際操作過程視頻等，變抽象為具體、變復雜為簡單;課程重點和難點缺少的動畫，進行適當補充制作，原子團在內壁表面形核和長大過程示意圖等;利用現代網絡技術查閱最新科技動態資料和生產應用，把最新科技產品和生產應用與《材料科學基礎》知識點聯系起來，并融入到課堂教學中，提高教學趣味性和新穎性。

4 變革考核方式

課程考核是衡量對課程知識掌握和知識運用熟悉程度，成績將采用網絡教學平臺考核與傳統考核相結合的考核方式，同時還可以針對新材料技術領域某一個具體的知識點，走進企業調查研究，以研究報告的形式來完成相關的課程的學習和考核，實現材料類研究生考核方式的多元化，形式的多樣化，通過主講教師知識點的講解和企業的調查學習，提高知識的運用能力。轉換教師的角色，把教師從以前單一的知識點講解到知識的獲得與技術開發相結合，教師主要是給研究生解答疑難問題等，把學習的主動性交給研究生。課程學習考核方法盡量降低以一張試卷作為最終成績評定成績所占的比例，重點是要讓學生多參與課程學習當中，同時提高收看網絡課程教程自主學習能力，加強研究生對所需知識的獲取能力，加深理論知識與實踐的融會貫通。

5 多學科交叉融合，組建知識面廣、實力強大的教學團隊，實現模塊化教學

研究生材料類課程教學改革的一個重點，強化教學團隊，提升教學團隊的知識面和應用領域。同時立足株洲市新材料產業，著力打造先進硬質材料、先進高分子和高性能復合材料、特種無機非金屬材料、先進儲能材料、金屬新材料等五個領域的高精尖的教師團隊。因為到了研究生階段，都有一定的自學能力，同時現代網絡技術發達，學校圖書館學習資源豐富，完成可以通過資料查找和視頻教程學習來基本知識點的學習。主講教師主要是解答研究生在資料學習和調查學習過程中存在的疑惑，這在無形當中對主講教師的知識面和學術水平提出了更高的要求。同時主講教師不可能上述五個領域的材料知識做到充分的了解，主講教師教學內容實現模塊化，如本項研究工作中，銀老師主講特種無機非金屬材料，范老師主講金屬新材料、顏老師主講硬質合金材料等。實現一門課程幾位老師來講述完成，基本上都針對主講老師的研究領域內容，理論水平非常高，舉例生動形象，還可以更好的引導學生走進企業參與人學習，提升整體的教學水平和教學效果，實現研究生教學質量的大幅提升。

6 結束語

湖南工業大學冶金與材料工程學院和包裝與材料工程學院都開設了《材料科學基礎》、《金屬材料學》和《材料結構與性能》等課程。首先根據不同學科背景研究生的知識結構和后續研究課題等，優化課程教學內容，合理設置課程重點和難點內容等。針對今年新冠疫情，主講教師采用網上直播課程講述與在線網絡課程混合式教學模式。積極尋找網上教學資源或自建MOOC課程，有所側重的開展在線MOOC課課時學習和習題演練等。探索探討提問式、小組討論式教學方法，帶領研究生走進新材料企業，開展硬質材料、特種無機非金屬材料、先進儲能材料和金屬新材料等現場實踐教學，提高研究生課程學習的參與度和學習的主動性。課程考核方式多元化，從傳統的試卷、在線考試到提交調研報告和小論文等多種考核方式并存，提高研究生對材料科學的認識和理解，提升研究生對材料知識的運用能力，并推廣至研究生其它材料類專業課程的教學中，提高教學效果，提升人才培養質量，引導研究生立足服務株洲市新材料產業發展。

參考文獻：

[1] http：//metal.hut.edu.cn/info/1005/1612.html

[2] 董兵海，王世敏，趙麗.《材料科學基礎》課程教學模式探討[J]. 新課程研究，2008（135）： 18-20.

[3] 李洪波，劉洪麗，王靜，等. “材料科學基礎”課程改革的認識與實踐[J]. 中國冶金教育，2009（6）： 41-43.

[4] 王靜，王素梅，宋春梅，等. 《材料科學基礎》教學改革全面提高學生素質[J]. 鑄造設備與工藝，2010（2）： 249-54.

[5] http：//qjd.zhuzhou.gov.cn/c16311/20191119/i1244603.html

[6] 盧維奇. 談談產業升級換代形勢下的《新材料》教學改革[J]. 廣東化工，2016（17）： 235-236.

基金項目：湖南工業大學教育教學改革研究項目，網絡時代《材料科學基礎》微課與現場混合式教學模式探究（2018B02）

作者簡介：

陽建君（1985.4-），男，湖南衡陽人，湖南工業大學教師，博士，主要研究方向為高強韌鋁合金材料。