基于一流課程的材料科學基礎課程改革與實踐

摘 "要 "結(jié)合一流本科課程建設要求，針對材料科學基礎課程，從課程內(nèi)容、教學方法、實踐教學、考核方式方面進行改革與實踐，提出“一中心，六結(jié)合”的教學方法。通過課程改革激發(fā)學生的學習興趣，提高學生解決復雜工程問題的能力、高階思維的能力和創(chuàng)新實踐的能力，最終實現(xiàn)價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)的有機融合。

關(guān)鍵詞 "一流本科課程建設；材料科學基礎；課程改革

中圖分類號：G642.3 " "文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）14-0083-03

Reform and Practice of Fundamentals of Materials Science

Based on First-Class Course//LI Jianhui， ZHANG Xin， WANG Jiangang， WANG Qian， LIANG Yongmei

Abstract "In combination with the requirements of first-class

undergraduate curriculum construction， the reforms and prac-tices of the course of Fundamentals of Materials Science are

carried out from the aspects of course content， teaching me-thod， practical teaching and assessment method， and the tea-

ching method of “one center and six combinations” is put for-

ward. The curriculum reform has fully stimulated students’ interest in learning， improved their ability to solve complex engineering problems， high-order thinking ability and inno-vative practice ability， and finally realized the organic integra-

tion of value shaping， knowledge transmission and ability cultivation.

Key words "first-class undergraduate curriculum construction;

fundamentals of materials science; curriculum reform

0 "引言

2019年10月，教育部頒布《關(guān)于一流本科課程建設的實施意見》，明確提出：“課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量，應確立學生中心、產(chǎn)出導向、持續(xù)改進的理念，提升課程的高階性，突出課程的創(chuàng)新性，增加課程的挑戰(zhàn)度。”其中，高階性指的是課程應改變傳統(tǒng)傳授知識或培養(yǎng)能力的單一目標，將知識、能力、素養(yǎng)三種目標有機融合，并用于指導課程建設；課程知識應具備創(chuàng)新性、具有挑戰(zhàn)度，培養(yǎng)學生用于解決復雜問題的能力和思維，如探索未知、精益求精、勇于創(chuàng)新等，這些需要通過教學內(nèi)容、教學形式等創(chuàng)新來實現(xiàn)。因此，課程建設要重塑課程內(nèi)容，創(chuàng)新教學理念，科學設計考核方式，并堅持立德樹人，將思政教育貫穿課程建設的整個過程。

材料科學基礎是河北科技大學面向材料類專業(yè)開設的一門重要的專業(yè)基礎課，包括金屬材料工程、材料成型及控制工程、焊接技術(shù)與工程、冶金工程等。該課程也是材料類專業(yè)研究生入學的必考科目。該課程是銜接基礎課與專業(yè)課的重要橋梁，是構(gòu)建專業(yè)學科知識體系的基石，但對于剛接觸專業(yè)課的學生來說，課程涉及的知識專業(yè)性強、知識點抽象、內(nèi)容繁雜，很難提起學習興趣，更難抓住學習重點。任課教師如何改革教學方法，增強學生學習效果，成為亟待解決的問題。目前，已有一些教師對該課程的教學方法進行研究，例如：成都大學的宋慧瑾等[1]提出通過上好第一課來激發(fā)學生興趣；太原科技大學的劉寶勝等[2]指出以實際應用吸引學生注意力，幫助理解基礎理論。課程團隊針對課程特點，結(jié)合一流本科課程建設要求，在課程內(nèi)容、教學方法、實踐教學及考核方式等方面進行改革與實踐，取得良好的教學效果。

1 "課程內(nèi)容建設

課程選用哈爾濱工業(yè)大學編著的普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材《金屬學與熱處理》。課程內(nèi)容主要為三部分，即金屬學、熱處理原理和工藝、金屬工程材料。其中，金屬學是理論基礎，熱處理原理和工藝是方法，金屬工程材料是應用。除基本課程內(nèi)容外，任課教師要根據(jù)不同專業(yè)的特點進行內(nèi)容的拓展和延伸，構(gòu)建從基礎知識到專業(yè)知識的銜接。同時，以材料成分、組織、結(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在關(guān)系和規(guī)律為主線，通過思維導圖的形式梳理各章節(jié)知識的內(nèi)在聯(lián)系，幫助學生形成清晰的知識網(wǎng)絡，培養(yǎng)學生的邏輯思維能力。

為實現(xiàn)課程內(nèi)容與時俱進，課程團隊定期開展教學研討，將材料學科研究和工程領(lǐng)域最新成果引入課程，一方面通過生動實例激發(fā)學生的學習興趣，另一方面結(jié)合所學理論知識培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力。在加強課程內(nèi)容建設的同時，注重課程思政元素的挖掘和融入[3]，將職業(yè)素養(yǎng)、工匠精神、家國情懷、創(chuàng)新意識與專業(yè)知識相結(jié)合，最終實現(xiàn)價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)的有機融合。

2 "教學方法改革

以往的教學方法是以課堂講授為主的單一模式。實踐證明，材料科學基礎課程教學內(nèi)容復雜抽象，學生很難提起學習興趣，往往機械性地死記硬背，學習效果較差。因此，課程團隊打破滿堂灌的沉默式教學，提出“一中心，六結(jié)合”的教學方法，能夠有效增強教學效果。“一中心”指堅持“面向產(chǎn)出，以學生為中心”，“六結(jié)合”指以下六個方面的結(jié)合。

2.1 "線上資源與線下教材相結(jié)合

有效利用數(shù)字信息化教學資源，以超星學習通為媒介，建立材料科學基礎課程網(wǎng)站，實現(xiàn)課程大綱、課件、視頻、習題等教學資源共享，建立學生與教師的互動交流平臺。根據(jù)課程內(nèi)容需要，引入網(wǎng)上精品課或優(yōu)質(zhì)課程資源作為學生學習資料或補充。在教學過程中，通過課程網(wǎng)站發(fā)布作業(yè)、練習、測試、討論等，根據(jù)學生完成情況監(jiān)測學生的學習效果，并根據(jù)出現(xiàn)的問題適時調(diào)整教學方式和內(nèi)容。這種線上與線下結(jié)合的教學方法，可以有效地促進學生的學習效果和教師的教學效果。

2.2 "工程案例與教學實踐相結(jié)合

針對應用性較強的內(nèi)容，結(jié)合工程實踐及生產(chǎn)實例進行案例教學，通過引入實踐中存在的問題及解決問題時涉及的理論知識，引出課程內(nèi)容。將抽象的知識轉(zhuǎn)變?yōu)樘剿骱徒鉀Q問題的方法，不僅有利于學生對理論知識的理解和掌握，而且能引導學生積極思考，引起討論問題的興趣，實現(xiàn)理論與實踐的有效結(jié)合，從而提高學生解決復雜工程問題和審辨式思維的能力。

2.3 "科研項目與課堂教學相結(jié)合

教師將個人的科研項目引入教學，提升課程內(nèi)容的時代感和深度。比如在講解機器零件用鋼內(nèi)容時，引入團隊教師在科研項目中提高高鐵齒輪服役壽命的內(nèi)容，激發(fā)學生的學習興趣；然后針對教師科研過程中發(fā)現(xiàn)的問題，以專題—主題的方式設計學生的學習任務；最后，采用翻轉(zhuǎn)課堂的方式，讓學生通過分組合作、相互討論、小組展示的方法完成任務，從而實現(xiàn)師生互評互動、生生互評互動，真正讓課堂“活起來”。

2.4 "虛擬仿真與實踐教學相結(jié)合

鑒于學時與條件限制，課程團隊在實驗環(huán)節(jié)采取“以虛補實，虛實結(jié)合”的教學方法，引入虛擬仿真的教學環(huán)節(jié)，對鐵碳平衡組織、奧氏體晶粒度、鋼的淬透性、熱處理工藝設計等重要內(nèi)容進行虛擬仿真實驗項目建設。學生在相關(guān)內(nèi)容學習前后可進入平臺進行操作及練習，加深對知識點的理解。虛擬仿真平臺的運用可以有效解決因知識點抽象、理論脫離實踐而導致學生理解不佳的問題。

2.5 "過程考核與期末考試相結(jié)合

加大過程考核比例，除在教學過程中加入學生平時作業(yè)、練習、測試之外，增加項目式、論文式大作業(yè)，并注重學生實踐環(huán)節(jié)能力的考核，以提高學生分析解決復雜工程問題的綜合能力，促進學生高階性目標的達成。課程結(jié)束后，按照工程教育認證要求，形成課程持續(xù)改進報告，科學評價學習效果，有效追溯評價過程，不斷優(yōu)化評價方式。

2.6 "知識傳授與思政育人相結(jié)合

將課程思政融入教學全過程，引入材料強國、大國工匠等實例。如在講解工業(yè)用鋼內(nèi)容時，引入師昌緒院士的經(jīng)歷：他于國外學成后選擇歸國，開啟實業(yè)救國的強國夢，在中國不僅開創(chuàng)了高溫合金，發(fā)展了第一代鐵基高溫合金，還開發(fā)了空心氣冷鑄造鎳基高溫合金渦輪葉片，為中國材料科學作出巨大貢獻。通過典型實例的啟發(fā)，培養(yǎng)學生的專業(yè)素養(yǎng)，啟發(fā)學生的創(chuàng)新意識，增強學生的學習興趣和主動性。

3 "加強實踐教學

材料科學基礎課程具有配套的實踐教學，即實驗操作，不但能使學生加深對課堂所學理論知識的理解，還能增強學生的動手操作能力。課程原配套實驗為驗證性實驗，即對課堂所學理論知識的驗證，用于鞏固加深對知識的理解。為進一步培養(yǎng)和加強學生的實踐能力與創(chuàng)新能力，課程團隊開放實驗室，結(jié)合工程實踐案例及教師科研項目，開發(fā)具有設計性和創(chuàng)新性特征的實驗，在操作過程中真正將理論知識應用于實踐，從而增強學生解決復雜工程問題的能力，培養(yǎng)學生的科研能力和創(chuàng)新能力。

在實踐教學基礎上，鼓勵學生參加金相技能大賽、熱處理創(chuàng)新大賽等，以達到以賽促學的目的[4]。河北科技大學已連續(xù)舉辦六屆學校大學生金相技能大賽，累計參賽學生1 000余人，并擇優(yōu)參加省級、國家級大學生金相技能大賽，斬獲省部級以上榮譽50余項。將實踐與競賽相結(jié)合，一方面可以極大地鍛煉學生的動手操作能力，提高學生的學習主動性，另一方面可以有效地增強學生的創(chuàng)新實踐能力。

4 "優(yōu)化考核方式

為加強學生學習的過程管理，摒棄期末考試“一考定終身”的方式，實施多元化的課程考核方式，加大形成性評價。將學生平時作業(yè)、課堂討論、章節(jié)測試、論文報告、實驗成績等計入考核中，參照學生整個學習過程的數(shù)據(jù)記載形成過程考核成績，再按一定權(quán)重計入學生的最終考核成績中，從而得出更客觀、更公正的考核結(jié)果。將實驗成績納入考核中，更加突出學生實踐能力和創(chuàng)新能力的檢驗與評價。在多元化考核的同時，考核內(nèi)容由概念性、記憶性為重點的命題，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐跃C合分析應用為重點的命題。在考查學生對基本知識掌握理解的同時，更加注重對學生運用所學知識解決復雜工程問題能力的考核。考核方式和內(nèi)容的改革有助于從根本上改變學生期末靠死記硬背突擊過關(guān)的狀況。

5 "結(jié)束語

河北科技大學材料科學基礎課程團隊結(jié)合一流本科課程建設要求，對課程內(nèi)容、教學方法、實踐教學及考核方式進行改革與實踐，指出課程內(nèi)容應與時俱進，加強實踐教學、優(yōu)化考核方式，并提出“一中心，六結(jié)合”的教學方法。上述改革可以激發(fā)學生對材料科學基礎課程學習的積極性和主動性，逐漸提高學生利用理論知識解決實踐工程問題的能力、高階思維和創(chuàng)新實踐能力，學生專業(yè)素養(yǎng)逐步形成，最終實現(xiàn)知識、能力和素養(yǎng)的綜合提升。

參考文獻

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