教、學(xué)、賽互動升級的工科專業(yè)課程體系研究
——以《金屬熱處理原理與工藝》為例

魯媛媛,吳坤堯,王栓強,李 兆,楊超群,周影影,于方麗

(西安航空學(xué)院 材料工程學(xué)院,陜西 西安 710077)

當(dāng)前,在新工科和工程教育認(rèn)證背景下,培養(yǎng)能夠適應(yīng)企業(yè)發(fā)展需要的應(yīng)用型創(chuàng)新人才已成為高校發(fā)展的重要方向。而大學(xué)期間的學(xué)科競賽是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力非常好的一種方式,近年來逐漸受到各高校的重視[1-2]。學(xué)科競賽的舉辦有助于加強高校教師關(guān)注科技發(fā)展的前沿,在教學(xué)過程中將科技創(chuàng)新知識與教學(xué)實際相結(jié)合,并注重學(xué)生對于基礎(chǔ)知識的把握程度;同時,大學(xué)生參與學(xué)科競賽有助于激發(fā)其學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)知識的興趣,引導(dǎo)、提高他們的創(chuàng)新實踐能力和合作精神,并促使教師在進(jìn)行課程設(shè)計時加強對于有關(guān)實用性課程的相關(guān)安排。這兩方面又會提高學(xué)生參加學(xué)科競賽的積極性,形成人才培養(yǎng)和課程建設(shè)的良性循環(huán)。基于中國大學(xué)生材料熱處理創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽和《金屬熱處理原理與工藝》專業(yè)課程,從學(xué)生學(xué)習(xí)課程、參加學(xué)科競賽和進(jìn)行創(chuàng)業(yè)實踐的關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手,結(jié)合當(dāng)前的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)環(huán)境,構(gòu)建科學(xué)合理的學(xué)科競賽培訓(xùn)體系,對提升學(xué)生的專業(yè)能力與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力具有重要的作用[3]。

1 “教、學(xué)、賽”互動升級的模式

目前工科專業(yè)中學(xué)科競賽與專業(yè)課教學(xué)、學(xué)生專業(yè)課學(xué)習(xí)之間的緊密性不強,學(xué)生對專業(yè)課的學(xué)習(xí)和對學(xué)科競賽的參與是相互獨立的,沒有達(dá)到聯(lián)動效果,不能更好地踐行理論聯(lián)系實踐。以西安航空學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)為例,在人才培養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)前高水平的學(xué)科競賽:中國大學(xué)生材料熱處理創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽,本應(yīng)與專業(yè)課程《金屬熱處理原理與工藝》緊密相關(guān),但在實際執(zhí)行過程中并沒有很強的互動促進(jìn)效果。問題主要體現(xiàn)在幾個方面:學(xué)生對專業(yè)知識的理解不夠透徹,不能及時將理論知識運用于實踐當(dāng)中,造成知識掌握不牢固不深入,應(yīng)用能力欠佳;學(xué)科競賽與專業(yè)課未能深度融合,造成教學(xué)過程中賽教脫節(jié)各自為戰(zhàn),教學(xué)內(nèi)容難以支撐創(chuàng)新學(xué)科競賽,學(xué)生的能力培養(yǎng)無法得到提升;另外,受到賽制限制,學(xué)科競賽僅僅局限于參加“競賽”學(xué)生,影響面不夠廣,未能達(dá)到全員育人的目的。

基于以上問題,提出“教、學(xué)、賽”互動提升大學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)模式,也即以中國大學(xué)生材料熱處理創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽為基點,來鏈接教師視角的課程設(shè)置與學(xué)生方面的人才培養(yǎng),本質(zhì)上就是將學(xué)科競賽轉(zhuǎn)化為教學(xué)體系中的重要組成部分,實現(xiàn)以賽促教及以賽促學(xué),讓學(xué)科競賽為學(xué)科發(fā)展與人才培養(yǎng)服務(wù)[4]。中國大學(xué)生材料熱處理創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽作為材料領(lǐng)域的專業(yè)賽事,是一項面向全國高校材料類及相關(guān)專業(yè)在校學(xué)生的全國性競賽活動。參賽作品主要是近兩年中獲得的材料熱處理與表面改性相關(guān)創(chuàng)新成果,如專利和論文等,這就要求學(xué)生能夠查閱最新資料,進(jìn)行熱處理設(shè)計創(chuàng)新,從而促使學(xué)生拓展知識面、開拓思維和積極創(chuàng)新。因此,熱處理創(chuàng)新競賽是對學(xué)生工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的一次開放式模擬實戰(zhàn)考核,使普通高校學(xué)生可與包括清華大學(xué)在內(nèi)的各個高校同臺競技。學(xué)生在參賽過程中可以發(fā)現(xiàn)自身的不足和需要改進(jìn)的地方,例如基礎(chǔ)理論知識不夠扎實、創(chuàng)新實踐能力還有待提升等,在此情況下“教、賽”結(jié)合便顯得尤為重要。在該培養(yǎng)模式的推動下,既可以改革和完善現(xiàn)有理論教學(xué)的體系和內(nèi)容,優(yōu)化專業(yè)建設(shè)的課程設(shè)置,還可以提升專業(yè)教師的教學(xué)能力和指導(dǎo)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的水平。這兩方面的改進(jìn)都有助于進(jìn)一步提高應(yīng)用型本科人才實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的質(zhì)量,夯實學(xué)生的基礎(chǔ)理論基礎(chǔ),達(dá)到“教、學(xué)、賽”互動升級(其模式如圖1所示)的效果,并在此基礎(chǔ)上最終提升學(xué)生的專業(yè)能力與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

圖1 “教、學(xué)、賽”互動升級Fig.1 “Teaching, learning, competition” interactive upgrade

2 “教、學(xué)、賽”互動升級的思路和措施

近年來,多所高校依托創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類大賽或科技類競賽等方式鍛煉學(xué)生的思維和能力,這些舉措在學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)上取得了較好的效果。然而,實現(xiàn)解決復(fù)雜工程問題能力提升,前提是具備扎實的專業(yè)基礎(chǔ)知識。只有將夯實的理論基礎(chǔ)與實踐結(jié)合,才能將學(xué)生對工程問題的“感性認(rèn)識”逐步上升到“理性思考”的層面,進(jìn)而實現(xiàn)對專業(yè)能力與創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)。因此,“教、學(xué)、賽”互動升級的首要任務(wù)是教,要完善構(gòu)建全新的課程體系和課程內(nèi)容。首先在理論教學(xué)中引入實際案例,增加熱處理知識競賽環(huán)節(jié),來促進(jìn)學(xué)生理論知識的學(xué)習(xí);同時,課內(nèi)實驗設(shè)計綜合性實驗的系統(tǒng)內(nèi)容,加強學(xué)生關(guān)于熱處理工藝和原理以及材料組織和性能之間的關(guān)系理解,加強夯實基礎(chǔ)與強化實踐的教學(xué)理念[5]。基于以上課程改革,在課堂教學(xué)中還需提升教師的授課水平以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行主動、互動式學(xué)習(xí),形成老師“教、改、引”服務(wù)競賽活動;學(xué)生在實驗課中自己積極動手,培養(yǎng)實踐能力,形成“傳、幫、帶”競賽團(tuán)隊。課程學(xué)習(xí)和集中培訓(xùn)后,舉辦校級熱處理大賽,盡可能專業(yè)學(xué)生全員參與,通過實踐過程中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題等環(huán)節(jié),培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)調(diào)、分析和總結(jié)等能力。隨后自由組隊,打磨精修作品,參加國家級比賽,形成自我管理、自我學(xué)習(xí)和自我提高的自主性習(xí)慣,并在參賽過程中獲取專業(yè)自豪感,樹立從業(yè)志向。提出研究方法的思路流程如圖2所示。

圖2 方法設(shè)計的思路流程Fig.2 Thought flow of method design

具體的實施步驟主要包括:

1)學(xué)習(xí)先進(jìn)的課程體系和內(nèi)容,充分認(rèn)識新工科背景下學(xué)生應(yīng)具備的能力,以及材料熱處理創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽對學(xué)生的知識、能力、素養(yǎng)等的要求和對教師教學(xué)、指導(dǎo)的要求等,在此基礎(chǔ)上整理現(xiàn)有的《金屬熱處理原理與工藝》課程體系及課程內(nèi)容;

2)將構(gòu)建出的適合地方應(yīng)用型本科生的金屬熱處理課程體系和內(nèi)容在現(xiàn)實理論教學(xué)和實踐教學(xué)中得以應(yīng)用,加強專業(yè)課程與學(xué)科競賽的聯(lián)動關(guān)系,同時提高教師的教學(xué)水平,并持續(xù)改進(jìn)和完善課程的體系和內(nèi)容;

3)大范圍推廣校級熱處理大賽,擴(kuò)大學(xué)生參與度。由于國家級熱處理大賽的名額有限,競爭激烈,大多數(shù)學(xué)生參與的積極性和主動性不足,這對學(xué)生整體能力的培養(yǎng)不利。因此,有必要開展校內(nèi)的熱處理競賽,以學(xué)科競賽激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)理論課程和動手實踐的興趣與熱情,激勵大多數(shù)學(xué)生積極參與到課堂中去,變被動為主動,加強理論基礎(chǔ)和實踐能力,提升教學(xué)效果。

4)整合課程教學(xué)、實踐教學(xué)和學(xué)科競賽各個環(huán)節(jié),形成“理論學(xué)習(xí)-動手實踐-學(xué)科競賽”的熱處理知識培養(yǎng)體系,將教學(xué)體系改革與人才培育相融合,立體化培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力,最終提升學(xué)生的專業(yè)能力與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力[6]。

3 “教、學(xué)、賽”互動升級的保障措施

3.1 學(xué)術(shù)保障

成立教學(xué)-實踐-競賽綜合團(tuán)隊,成員由專業(yè)負(fù)責(zé)人、教研室主任和骨干教師組成,均深入?yún)⑴c材料科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案的制定過程,對課程的教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)有深刻理解,明晰創(chuàng)新實踐能力在培養(yǎng)目標(biāo)中的占位。此外,團(tuán)隊成員都具有博士或碩士學(xué)位,經(jīng)歷過科研方面的系統(tǒng)訓(xùn)練,具備一定的學(xué)術(shù)水平。熱處理競賽的參賽作品主要是近兩年中獲得的相關(guān)創(chuàng)新成果,要求學(xué)生能夠查閱資料,進(jìn)行設(shè)計創(chuàng)新,是對學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的一次模擬實戰(zhàn)考核。基于以上基礎(chǔ),該研究團(tuán)隊可以為學(xué)生提供學(xué)術(shù)保障,指導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)、進(jìn)行實驗、分析實驗結(jié)果和撰寫成論文或?qū)＠问絽①悺Ｔ诔掷m(xù)改進(jìn)《金屬熱處理原理與工藝》課程和連續(xù)參加國家級材料熱處理創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽的基礎(chǔ)上,支持任課教師積極參加校外培訓(xùn)(如全國熱處理高級研修班等)和暑期相關(guān)企業(yè)實踐活動,充分理解企業(yè)人才需求、學(xué)生實踐能力和課堂知識之間的聯(lián)系。

3.2 技術(shù)保障

依托學(xué)院研究中心為實驗平臺,圍繞《金屬熱處理原理與工藝》課程的理論和實驗環(huán)節(jié),充分保證了理論培訓(xùn)、實驗條件和實踐操作的時間,同時有效利用教學(xué)和實驗經(jīng)費。通過連續(xù)參加國家級材料熱處理創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽的學(xué)習(xí)和經(jīng)驗總結(jié),在后續(xù)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課題中能夠提出改進(jìn)的思路和方法,包括研究題目的創(chuàng)新和實驗方法的改進(jìn)。另外,中國大學(xué)生材料熱處理創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽要求參賽者以團(tuán)隊(3～5 人)形式參加,團(tuán)隊成員需要分工明確、相互協(xié)作和共同努力才能較好地呈現(xiàn)比賽效果,這種團(tuán)隊協(xié)作的模式與本專業(yè)人才培養(yǎng)方案中溝通和合作精神的培養(yǎng)目標(biāo)相契合,有充分的制度保障。

4 結(jié)語

“教、學(xué)、賽”互動升級的培養(yǎng)模式充分結(jié)合中國大學(xué)生材料熱處理創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽與《金屬熱處理原理與工藝》課程,以學(xué)科競賽為契機,激勵學(xué)生學(xué)習(xí)熱處理知識的興趣和熱情;通過綜合實驗操作,為學(xué)生將熱處理理論知識運用到實踐中提供了平臺。將課堂教學(xué)-實驗實踐-學(xué)科競賽有機地結(jié)合在一起進(jìn)行創(chuàng)新型人才的培養(yǎng),是一個完整的循環(huán)過程,能夠不斷持續(xù)地調(diào)整和相互增強,并不是一個孤立的過程。與此同時,也將創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練、大學(xué)生科技競賽及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革等構(gòu)成完整的創(chuàng)新體系。