核心素養導向下“材料學基礎”教學體系設計探討

簡發萍 李厚佳 王 樸 王 浩 楊 梅

（1.上海市高級技工學校，上海 200437；2.上海工程技術大學高等職業技術學校，上海 200437）

0 引言

立德樹人是教育的根本任務，而學生核心素養的形成是落實立德樹人根本任務關鍵舉措之一[1]。《21世紀學生發展核心素養研究（修訂版）》將核心素養界定為：學生在接受相應學段或相應專業的教育過程中，逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的關鍵能力和必備品格[2]。

材料科學是理論性和實踐性都很強的綜合體，教學內容多、涉及范圍廣。材料學作為新技術革命的基礎和先導，該專業學生需具備不斷更新知識、理論、技術的專業核心素養[3]。同時，材料科學基于其知識特點及專業特色，具有其自身的專業核心素養要求。作為中國教育改革的頂層設計和指南針，《中國學生發展核心素養》自2016年發布以來，已成為人才培養和教學改革的指揮棒[4，5]。

本文以核心素養為導向，在“材料學基礎”教學中，基于材料學專業核心素養構建課程體系，基于中國學生發展核心素養凝練教學內容，對“材料學基礎”進行整體教學設計，有效促進學生終身發展。

1 材料類專業學生核心素養

1.1 材料學專業核心素養概述

材料千差萬別，但任何材料都脫離不了材料科學與工程四要素。材料的研究及應用，即材料學職業能力，離不開四個要素，即材料的成分與結構、制備與加工、材料性能、材料使用性能（材料應用）。只有控制材料的結構，才能得到人們追求的材料性能；加工是控制材料內部結構的基礎和必要手段，是賦予材料外部結構所必需的工藝方法；性能是人類直接追求的第一目標，材料也以其不同的性能滿足人們各種各樣的需求；使用性能（表現）是材料在應用過程中的評價、結果或行為，是材料給予人類的反饋，促使人類對材料進行改進。

材料的性能是人類追求的終極目標，學生應具備服務社會的責任擔當。材料的性能由內部結構和外部特征共同決定，學生應具備宏觀測試與微觀探究的意識。探索材料奇妙的微觀世界、進行材料宏觀性能測試、控制材料制備過程，能從微觀層面理解材料的成分、結構與性質的關系。

材料科學發展迅猛、更新換代迅速，材料專業學生從業后將面臨日新月異的新技術發展和新材料開發，需具備強烈的刻苦鉆研精神和科研精神，具有嚴謹求實的科學態度。

材料科學的發展不能一蹴而就，學生應具備敬畏科學、尊重事實和數據、尊重他人研究成果、反對迷信權威的精神。

1.2 中國學生發展核心素養

中國學生發展核心素養包括三個維度六種素養十八個要點，三個維度為文化基礎、自主發展、社會參與；六種素養包括人文底蘊，科學精神、學會學習、健康生活、責任擔當、實踐創新；十八個要點依次為人文積淀、人文情懷、審美情趣、理性思維、批判質疑、勇于探究、樂學善學、勤于反思、信息意識、珍愛生命、健全人格、自我管理、社會責任、國家認同、國際理解、勞動意識、問題解決、技術應用。

2 基于材料學專業核心素養構建課程體系

以材料學科宏觀測試與微觀探究、過程控制結構、人類追求的性能目標的專業核心素養為縱向體系，以金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料、新型材料為橫向體系，從整體課程格局系統融合專業核心素養，構建課程體系。

3 基于中國學生發展核心素養凝練教學內容

基于中國核心素養的三個維度，從以下三個方面凝練教學內容。

3.1 以材料對人類文明的推動作用樹立專業自信心助力自主發展

人類社會時代的劃分以材料為依據分為石器時代、青銅器時代、鋼鐵時代、新材料時代，足見材料對人類發展的決定性作用。同時，材料是工業進步的先導。第一次工業革命的蒸汽時代，得益于制鋼工業的發展；第二次工業革命的電氣時代，得益于優良導電材料的開發；第三次工業革命的信息時代，單晶硅材料起到核心促進作用；第四次工業革命的綠色工業時代，以新材料的開發和應用為基礎。通過向學生展示上述內容，建立篤定的專業熱愛、樹立專業自信心。正確理解學習的價值，能自主學習，具有終身學習的意識和能力。

以各文明的材料事件激發學習熱情。向學生介紹近代中國的故步自封，錯過第一次工業革命和第二次工業革命的發展；改革開放的偉大政策，讓未來無限可能。通過閉關鎖國和改革開放的對比，使學生認識到開放包容才能取得發展、團結合作才能獲得進步。通過對龐大的阿茲特克帝國被幾百名西班牙殖民者征服案例的介紹，讓學生認識到材料的先進一定程度上意味著實力的強大，落后一定會挨打，激發學生學習動力，使學生保持積極的學習態度和濃厚的學習興趣。

3.2 以我國勞動人民的材料智慧建立民族自豪感 強化社會參與

中華文化博大精深，通過介紹最早的青銅器出現于何處；齊國工匠寫成《考工記》；河北省易縣燕下都出土的劍和戟經過淬火；中國是世界上最早利用鐵的國家之一；古代沒有水泥，明城墻為何如此結實[8]等案例，讓學生體會我國古代燦爛文明和勞動人民的智慧，建立民族自豪感和愛國主義情懷。

通過介紹黨和國家領導人對新材料發展十分重視，使學生堅定中國共產黨的領導和對新時代社會主義制度的擁護。建立國家認同感，為中華民族的偉大復興不懈奮斗的責任擔當和社會建設信念。

3.3 以材料科學家典型事跡建立科研精神夯實文化基礎

通過介紹著名晶體學家奠基人之一郭可信院士的典型事跡，建立科研強國的意識。通過介紹金展鵬院士研究相圖的歷程，建立刻苦鉆研的精神。通過介紹師昌緒先生用材料鑄就強國夢——做祖國需要的材料，使學生意識到所掌握的能力來源于一個強大的祖國，而所研究的一切，都是為了一個更強大的祖國。通過前人在很早就已經能夠制作精美的器件，但長期籠罩著神秘的色彩，未能認識其內在規律的介紹，建立科學進行學習和研究的意識，反對迷信；明白科學成果的來之不易，敬畏科學，尊重他人成果，樹立科學精神，為文化學習奠定基礎。

基于中國學生發展核心素養要點，結合課程知識點，凝練了20項教學案例。按照知識點—案例—教學目標—核心素養要點對應關系，依次如下。

（1）材料的地位與作用—中國自主研發的隱形戰機、磁懸浮列車—建立民族自豪感—國家認同；（2）材料是人類文明進步的里程碑—時代的劃分—建立專業熱愛—樂學善學；（3）材料是人類文明進步的里程碑—中國青銅時代商周—感悟中華燦爛文明—國家認同；（4）材料是人類文明進步的里程碑—最早的青銅器出現于何處？—感悟中國人民的智慧—國家認同；（5）材料是工業進步的先導—四次工業革命中起推動作用的材料—改革開放的偉大政策，開放、包容、互惠、共享—國際理解；（6）材料的內涵—馬克思名言“自然界為勞動提供原料，勞動把材料變成財富”—通過自身努力，勞動創造美好生活—勞動意識、社會責任；（7）材料科學的形成—中國古代煉劍的故事—體會中華文化的博大精深—國家認同；（8）材料科學的形成—前人很早就能制作精美器件，但長期籠罩著神秘的色彩—建立科學進行學習和研究的意識，反對迷信—勇于探究、理性思維；（9）材料的力學性能測試—龐大的阿茲特克帝國被幾百名西班牙殖民者征服—材料的先進在一定程度上意味著實力的強大，落后一定會挨打—樂學善學；（10）材料的基本性能—泰坦尼克號沉沒之謎—材料性能分析的重要性—珍愛生命、樂學善學；（11）金屬的晶體結構分析—中科院院士蔣民華的絕唱：晶體賦及他的“晶體人生”—晶體與中國優秀傳統文化，像晶體一樣純潔透明、表里如一—人文積淀、勤于反思、國家認同；（12）材料微觀世界決定宏觀性能—齊國工匠寫成《考工記》—建立民族自豪感—國家認同；（13）鋼的熱處理—河北省易縣燕下都出土的兩把劍和一把戟，顯微組織中存在馬氏體—建立文化自信和家國情懷—國家認同；（14）晶體缺陷—著名晶體學家奠基人郭可信院士的典型事跡—建立科研強國的意識，潛心刻苦鉆研不計名利的科研精神—勇于探究、社會責任；（15）合金的二元相圖分析—相圖界的“霍金”金展鵬院士留學期間勤于鉆研—建立刻苦鉆研的精神—勤于反思、勇于探究；（16）金屬的結晶過程控制—師昌緒用材料鑄就強國夢———做祖國需要的材料—你們所掌握的能力來源于一個強大的祖國，而你們所研究的一切，都是為了一個更強大的祖國—國家認同、社會責任、勇于探究；（17）金屬的塑性變形加工—分析50項“最偉大的材料事件”—感悟中國古代人民在材料制備工藝方面具備人類領先水平—國家認同、樂學善學；（18）識記常用金屬材料—中國是世界上最早利用鐵的國家之一—建立文化自信—國家認同；（19）識記常用非金屬材料—古代沒有水泥，明城墻為何如此結實，屹立600年之久？—感悟古人的智慧—國家認同；（20）識記常用新型材料—習近平總書記《關于〈中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十三個五年規劃的建議＞的說明》—黨和國家領導人對新材料發展十分重視—國家認同、社會責任。

4 結語

在核心素養視域下，基于宏觀測試與微觀探究、過程控制結構、人類追求的性能目標的材料學專業核心素養，對《材料學基礎》進行整體課程體系設計；基于中國學生發展核心素養的三大維度，從助力自主發展、強化社會參與、夯實文化基礎三個方面凝練教學內容，建立了與中國學生發展核心素養十八個要點相結合的二十項教學案例。幫助學生樹立專業自信心、建立民族自豪感、建立科研精神，激發學習熱情、提升四個自信，為相關課程的教學設計研究提供參考和借鑒。