新工科背景下“硅酸鹽材料”的教學改革與實踐

孫青 張儉 盛嘉偉

[摘 要] 以硅酸鹽產業轉型對高素質復合型新工科人才的培養需求為切入點，分析了當前“硅酸鹽材料”課程的教學現狀，從課程目標、課程架構、組織形式和考核模式等方面提出了多維度、多層面的教學改革方案，探討了教學、科研和實踐三者之間的循環體系關系，落實體系建設、知識傳授和能力培養的“三位一體”人才培養目標，為培養復合型工科人才提供新思路。下一步的工作重點將放在開發“硅酸鹽材料”課程的配套實驗和搭建企業與高校互通平臺上，助力學生創新能力、綜合能力和團隊精神的培育。

[關鍵詞] 新工科;硅酸鹽材料;教學改革;實踐探索

[基金項目] 2019年度浙江工業大學教學改革項目資助“新工科背景下面向行業轉型升級的‘硅酸鹽材料教學改革探索與實踐”（JG201905）

[作者簡介] 孫 青（1987—），男，山東滕州人，博士，浙江工業大學材料科學與工程學院講師，碩士生導師，主要從事硅酸鹽材料和環境功能材料研究;張 儉（1970—），女，浙江杭州人，碩士，浙江工業大學材料科學與工程學院助理研究員，主要從事無機復合材料研究;盛嘉偉（1970—），男，浙江新昌人，博士，浙江工業大學材料科學與工程學院教授，博士生導師，主要從事無機功能材料研究。

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）12-0063-04 [收稿日期] 2021-07-02

根據教育部、人力資源和社會保障部、工業和信息化部等部門共同編制的《制造業人才發展規劃指南》，預測到2025年新材料領域人才需求缺口將達到400萬人。新時代呼喚材料類新工科人才，新型人才的培養需面向行業轉型、新興產業和區域發展方向同步推進。深化教學改革，調整人才培養的模式和結構是培養新工科人才的有效路徑[1，2]。

以硅酸鹽材料為主的無機非金屬材料與金屬材料、高分子材料、復合材料并列為現代四大材料，是材料領域的重要組成部分[3，4]。傳統硅酸鹽材料主要以天然礦物或者巖石等礦物資源為原料生產水泥、玻璃和陶瓷三大硅酸鹽產品，是國民經濟的重要基礎產業。改革開放以來，特別是進入21世紀以來，我國硅酸鹽行業取得突飛猛進的發展，行業規模擴張迅速，科技進步明顯加快，行業結構不斷優化。在新型光電材料、電子信息材料、生物陶瓷材料和納米復合材料中均能頻繁看到硅酸鹽材料的影子[5，6]。

目前，傳統硅酸鹽材料水泥、玻璃和陶瓷三大產業正處在轉型升級的關鍵時期，產業發展重點向以下三方面推進：傳統與智能相結合;產業結構向產業鏈高端延伸;發展方式在綠色可持續上著力。由此可見，硅酸鹽材料的產業轉型方向與新工科人才的培養要求相一致;因此，亟待革新“硅酸鹽材料”課程的教學內容和教學模式，緊跟新工科人才培養方向。

一、教學現狀

在以往教學過程中發現，“硅酸鹽材料”作為材料類專業課，知識點較多、系統性較強，教學授課內容主要集中在傳統水泥、玻璃和陶瓷的制備工藝和結構性能方面，涉及新興硅酸鹽材料的相關知識偏少。學生在課堂上只能掌握該學科的基礎知識，無法真正通過學習掌握硅酸鹽材料共性的制備和應用方法，以及先進硅酸鹽材料及無機非金屬材料最新的知識，不利于未來的學習和就業。從教學層面來講，課程出現了無法避免的由專業背景帶來的枯燥性，個別學生對學習內容較難產生濃厚的興趣。

在引導學生學習上，教師也面臨著較大的挑戰。學生在上大學前接受的基本是“灌輸式”教學模式，如果到大學階段仍繼續沿用這種學習模式，可能會導致部分學生喪失獨立思考的能力和學習動力，最終對課程喪失興趣。從改變教學模式到適時引導學生適應極強專業性帶來的不適，上述問題都需面對。

二、教學改革

教學改革的主要理念如下：（1）新工科教育理念：適應新產業、新經濟對高素質復合型新工科人才的需求，將理論教學與創新應用相結合。（2）工程教育理念：在新工科教育背景下，人才培養目標主要以產業需要和社會需求為導向，注重培養學生解決復雜工程問題的能力，培養引領未來技術與產業發展的卓越工程技術人才。（3）關注學生發展，重視目標導向：建立完善的學業評價體系，注重評價學生學到和掌握的知識情況及運用能力。

教學改革主要分為教學層面的改革及學生層面的改革。教學層面的改革可細化為教學內容的改革、教學模式的改革、教學方法的改革及教材的改革[7，8];學生層面的改革則旨在關注每位學生本身，引導其學習、發展。

（一）教學層面的改革

教學內容的改革需緊跟新工科建設要求，針對新型硅酸鹽材料行業對人才的需求對教學內容進行刪減、補充和更新。為了保證學生對課程內容有良好的接受能力，在現行授課內容的基礎上，對課程結構進行系統梳理，刪除重復和陳舊過時的教學內容，增加最新的研究成果和相關學科內容。例如，重點講授硅酸鹽材料的微觀結構和結構性能關系，研究硅酸鹽材料制備的基礎理論和共性技術，并通過聯系當前我國硅酸鹽材料的實際生產與技術發展水平，突出介紹硅酸鹽材料的新工藝、新方法及新產品方面的研究進展。此外，還可以將課堂教學內容與“中國制造2025”“大國重器”等新興戰略材料需求相結合，將硅酸鹽材料的教學和研究轉向高新技術領域，介紹硅酸鹽材料的整體加工和功能材料高層次化的設計應用。

在教學模式上，將傳統的“灌輸式”教學模式與實物、訪談和專題調研等多種教學模式相結合，多渠道、多形式讓學生了解產業發展現狀和人才需求方向。“啟發—討論式”授課模式就是一種較好的激發學生學習能動性的教學方式，通過引入趣味性強、互動性強的閱讀文獻和自學內容，采用問題導向、分組討論或前沿講座的形式，激發學生的求知欲和學習興趣，使學生充分融入課堂教學活動[9]。另外，教師在教學過程中應當充分利用現代化教學手段，開發新的多媒體教學課件，結合教師的科研活動，引入更加生動、圖文并茂的教學內容。但要注意，不同的教學內容應該采用不同的教學模式，杜絕用一種教學方式應對所有的教學內容，防止教學單一化現象的出現。

教材的改革。同一門課程的不同教材在主體內容上十分相似，但實際的側重點各有不同。參考我校的培養模式和課程設置，“硅酸鹽材料”這門課程所選的教材還存在需要完善的地方。可根據教學經驗和調研實際，重新選擇教材內容，補充最新的研究成果，同步更新教案，讓學生通過教材的變革以小見大，窺見整個行業的變革和進展。

（二）學生層面的改革

1.可在課程教學設計上做出改變。在實際操作中，要強調不同相關學科之間的融合，設計課堂討論問題，讓學生從簡單的課題入手邊學邊做，采用漸進式和研究式學習方式，理解并運用原本枯燥乏味的科學原理和理論知識。通過引入科學實例，尤其是生活中較熟悉的能夠激發學生興趣的例子，更能引發學生的興趣和共鳴，達到舉一反三、靈活運用課本知識的教學目的。

2.教師要當好學生的領路人，引導學生在學習模式上進行改變。在大學學習階段，學生除了接受教師教授的知識外，還應當盡快養成主動式、探索式、研究式的學習習慣，養成批判性及創新性思維方式。但學習習慣的改變不是一朝一夕就可以完成的，教師應當以引導和鼓勵為主，針對不同學生對環境的適應能力、對知識的接受能力和學生自身領悟能力的不同，采用不同的引導方法，幫助學生順利度過適應期，讓學生逐漸形成自主學習的能力，這就要求教師掌握因材施教的教學方法。教師帶領學生參加“挑戰杯”“新苗”等大型賽事也是有助于教學相長的有效方式，可幫助學生在籌備賽事的過程中，通過查閱文獻培養快速檢索能力、閱讀分析能力、分析問題及解決問題的能力，也有助于自主學習能力的培養，還可以在團隊協作過程中培養團隊協作能力，積累合作經驗。

三、教學、科研和實踐三者的結合

教學、科研、實踐這三者并非是獨立存在的，也不是層層遞進的關系，而是在同一個循環中相互關聯和影響（見圖1）。教學理論在科研發展和實際應用中可起到指示性作用，反之，理論的完善需要借助于科研和實踐，實踐中產生的問題、發現的規律可補充形成一個新結論。

“硅酸鹽材料”作為應用型工科類課程，實踐在教學中的重要性不容忽視。如何從理論教學轉向實踐應用，這中間需要以科研作為橋梁。因此，將教學、科研、實踐三者有效結合起來對于培養新工科背景下的應用型人才非常關鍵。

（一）科研的重要性

科研能力的培養在學生整體培養過程中十分重要，對學生科研能力的要求是隨著時代背景的變化而加深的。學生參與科研是一種探究式學習過程，是一種創新型的人才培養模式，是一條幫助學生從被動學習轉化為主動學習的有效途徑，有助于培養學生的動手能力、創新能力和將理論知識轉為實踐的能力，有助于幫助學生建立科研思維，有助于教學相長。

（二）教學與科研的有機統一

教學與科研應當是相互成就的關系，教學應用于科研，科研反哺教學，二者有機結合，達到教學與科研共同前進的目的。

教師在課堂上可將教學與所做的科研項目串聯起來，將科研項目轉換為典型科研教學案例展示給學生。一方面可以幫助學生直觀感受理論向科研的轉化與應用，使學生對相關知識的理解更加深刻;另一方面對于教師而言，通過和學生討論科研案例，或許能在溫故科研案例的過程中得到新的啟發，使案例本身煥發出新的科研活力。另外，在科研案例的分享展示過程中，還可以幫助學生了解教師所做課題的基礎情況，為有志于進入實驗室學習的學生做好鋪墊。

具體到“硅酸鹽材料”課程，科研實驗的開展可圍繞陶瓷、水泥、玻璃的制作展開，例如：搭建陶瓷小屋、水泥基材模型屋、玻璃工藝房等趣味性實驗小屋，以及制作陶瓷杯、陶瓷工藝品、多彩玻璃杯等有趣有益的實驗產品等。在新型陶瓷研制過程中，產品的一些工藝參數、燒結參數、氣氛選擇可與教材原理相結合，讓學生切身領悟到教材原理之于實際產品應用的指示性作用。

（三）串聯教學與實踐

教學滲透科研，科研反哺教學，再經科研邁向實踐[10]。這是教學的最終目的，也是學生學習的必經之路。在教學通往實踐的道路上，可以參觀實習為基石，構筑教學通往實際應用的大道。參觀實習的形式需依托于高校與企業的合作。企業通常設有研發部與生產車間，這兩個部門很好地涵括了科研與實踐。在學期中或寒暑期組織學生進入工廠參觀學習，從基礎的工廠生產運營到企業最新成果的展示，讓學生深切體會科研成果轉為直接生產力的過程，感悟“科學技術是第一生產力”的魅力。

四、優化考核體系

課程考核不僅是對學生整體學習情況的評價，也可以體現出教學成效，對修正、完善下一步的教學方案具有重要意義。在考核中，要注意教學的多元化發展，均衡理論和實踐在最終考核成績中的體現。具體來講，在考核時要將課堂表現和考試成績結合起來。課堂表現主要參考小組討論和課堂活躍度兩方面。小組討論的初衷是為了培養和鍛煉學生的主動思考能力，也可以體現出學生在團隊中的組織能力和協調能力等。在小組討論評價中應確保每個成員都得到認可，但也要根據學生的具體表現，做出成績區分，以此來調動學生的主觀能動性。此外，本課程還將引入小論文考核，考查學生的資料收集水平、討論分析能力及解決實際問題的能力。

結語

課程是人才培養的核心環節，課程的改革不是一蹴而就的，需要不斷總結成功或失敗的教學經驗和教訓，一步一個腳印地穩步前行。本文對“硅酸鹽材料”課程在教學內容、教學模式、教學方法、考核方式等方面的改革進行了深入探索及分析，并開展了教學實踐，已初見成效。

參考文獻

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Teaching Reform and Practice in the Course of Silicate Material Based on “Emerging Engineering Education”

SUN Qing， ZHANG Jian， SHENG Jia-wei

（College of Materials Science and Engineering， Zhejiang University of Technology， Hangzhou， Zhejiang 310014， China）

Abstract： Taking the transformation of silicate industry for high-quality compound new engineering talents as the entry point， this paper analyzes the current teaching status of the course of Silicate Material. From the aspects of the course objectives， the course structure， the organizational form and the assessment mode， it discusses the multidimensional and multifaceted teaching reform plan. The circulatory relationship among teaching， scientific research and practice is discussed， and the “trinity” talent training goals of system construction， knowledge imparting and ability cultivation are carried out to provide new ideas for the cultivation of compound engineering talents. The next step will focus on the development of supporting experiments of Silicate Material course and the construction of a communication platform between enterprises and universities， so as to cultivate students innovation ability， comprehensive ability and team spirit.

Key words： “Emerging Engineering Education”; Silicate Material; teaching reform; exploration and practice