新材料產業戰略背景下材料性能學課程“五位一體”創新模式教學探索

劉先斌　劉亭　尹艷紅　漆小鵬　吳子平

摘? 要：在國家新材料產業戰略的推動下，材料性能學作為一門重要的學科課程，亟需進行深入的教學改革與創新。該文提出基于理論與實踐相結合、現代教學方式、典型案例教學、強化實踐教學及完善評價體系的“五位一體”創新模式的教學探索，旨在培養具有創新精神和實踐能力的復合型人才。該模式注重理論知識的系統性與完整性，強化實驗與實踐教學環節，推進產學研深度融合，加強國際合作與交流，激發學生的創新創業意識。通過該創新模式的教學實踐，有望提升學生的綜合素質和創新能力，為我國新材料產業的持續發展提供有力的人才保障。

關鍵詞：材料性能學；五位一體；創新模式；新材料專業；綜合素養

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）18-0085-05

Abstract： Driven by the national new material industry strategy， Material Performance as an important academic course urgently needs in-depth teaching reform and innovation. This article proposes a five-in-one innovative teaching model based on the combination of theory and practice， modern teaching methods， typical case teaching， strengthening practice teaching and improving the evaluation system， aimed at cultivating innovative and practical talents with a spirit of innovation. This model focuses on the systematicness and integrity of theoretical knowledge， strengthens experimental and practical teaching links， promotes the deep integration of industry， academia， and research， enhances international cooperation and exchanges， and stimulates students' awareness of innovation and entrepreneurship. Through the teaching practice of this innovative model， it is expected to improve students' comprehensive quality and innovation ability， and provide a strong talent guarantee for the sustainable development of China's new material industry.

Keywords： Material Properties; Five in One; innovation mode; new material major; comprehensive quality

在國家新材料產業戰略的引領下，新材料的發展呈現出一派繁榮昌盛的景象。新材料作為科技發展的重要基石，其研發和應用對于提升國家核心競爭力、促進經濟發展具有舉足輕重的地位。在新材料領域，我國已經取得了一系列令人矚目的成就，成為全球新材料領域的重要參與者和引領者。

材料性能學作為一門核心課程，對于培養新材料領域的高素質人才具有至關重要的作用。然而，傳統的教學模式已經難以滿足新形勢下的發展需求，亟需進行創新模式的教學探索。為此，我們提出了“五位一體”的創新模式，旨在全面提升學生的創新能力和實踐技能。

該創新模式包括理論教學、實驗教學、課程設計、科研訓練和學科競賽五個方面。在理論教學環節，注重運用生動形象的教學方式，將枯燥的理論知識變得通俗易懂，激發學生的學習興趣。實驗教學則著重培養學生的實際操作能力和實驗技能，通過親自動手操作，加深學生對理論知識的理解和掌握。課程設計則以實際問題為出發點，引導學生獨立思考和解決問題，培養他們的創新思維和實踐能力。科研訓練則通過參與課題研究，在掌握基本原理理論的基礎上讓學生了解新材料領域的前沿動態和最新研究成果，提升他們的科研素養和創新能力。學科競賽則為學生提供了一個展示才華的平臺，通過競賽的鍛煉，提升他們的團隊協作和溝通能力。這種模式的實施，旨在培養學生的綜合素質和創新能力，使他們更好地適應未來社會的發展需求。

該創新教學模式通過五個關鍵環節的有機結合，旨在培養學生的綜合素質和創新能力。通過這種模式的實施，學生可以更好地掌握學科知識，提高解決實際問題的能力，拓展學術視野，提升自身的綜合素質和創新精神。這對于培養適應未來社會發展的優秀人才具有重要的意義。通過“五位一體”創新模式，能夠更好地激發學生的創新熱情和求知欲，培養出更多具有創新精神和實干精神的高素質人才。同時，這種模式還有利于提高學生的綜合素質和能力，為新材料產業的發展提供有力的人才保障。在新材料產業戰略背景下，這種創新模式的教學探索具有重要的意義和價值，為國家的科技進步和產業發展注入新的活力和動力。

一? 材料性能學課程的教學內容與教學目標

材料性能學是一門重要的學科，其主要研究各種材料的物理、化學和機械性能，以及這些性能之間的相互關系。通過這門課程的學習，學生可以深入了解材料的性質和應用，以及如何根據實際需求選擇合適的材料。

在教學方面，材料性能學課程通常包括以下幾個方面的內容（表1）。

材料的物理性能：包括材料的熱學、光學、電學和磁學性能等。這些性能決定了材料在不同環境下的表現和應用。

材料的化學性能：主要涉及材料與環境之間的相互作用，包括氧化、腐蝕、老化等。了解材料的化學性能有助于學生更好地理解材料在不同環境下的穩定性和耐久性。

材料的機械性能：包括材料的強度、硬度、韌性和耐磨性等。這些性能決定了材料在不同載荷下的行為和應用。通過學習機械性能，學生可以了解材料的強度和剛度等指標，以及如何設計和優化各種零部件和產品。

材料的選擇與應用：主要涉及根據實際需求選擇合適的材料，以及如何應用材料的性能進行產品設計、制造和加工。這部分內容強調理論和實踐相結合，培養學生的實際應用能力。

在課程的教學目標方面，學生應達到以下要求。

掌握各種材料的性能指標和測試方法，能夠根據實際需求選擇合適的材料。

了解材料性能之間的關系和影響因素，能夠分析材料的性能變化規律。

掌握材料的應用領域和限制條件，能夠根據實際需求進行材料的選擇和應用。

培養學生的實驗技能和實踐能力，能夠獨立完成材料的性能測試和實驗報告的撰寫。

培養學生的創新思維和實踐能力，能夠運用所學知識解決實際問題，并開展相關研究工作。

二? 材料性能學課程存在的問題

材料性能學作為一門重要的學科，在培養學生掌握材料性能及其應用方面發揮著至關重要的作用。然而，在實際的教學過程中，該課程存在一些問題，這些問題在一定程度上影響了學生的學習效果和興趣。

理論性強，實踐性弱：材料性能學課程涉及大量的理論和計算，導致學生在學習過程中很容易感到枯燥。而且，課程缺乏足夠的實踐環節，學生很難將所學知識應用到實際中，降低了學習的實用性。

知識點繁雜，難以掌握：材料性能學涉及的內容廣泛，包括材料的力學、熱學、電學和磁學等方面的性能。這些知識點不僅繁雜，而且相互之間存在復雜的聯系，使得學生難以理解和掌握。

教材更新緩慢：當前科技發展迅速，新材料、新技術層出不窮。然而，教材內容卻更新緩慢，不能及時反映最新的研究成果和技術進展，導致學生所學知識滯后。

教學方法單一：目前，材料性能學課程仍以傳統的講授式教學為主，這種方法雖然可以系統地傳授知識，但缺乏對學生主動學習和創新思維的引導，影響學生的學習效果，難于真正掌握材料性能的相關表征技術。

實驗條件有限：由于實驗設備和場地的限制，學生很難有機會進行充分的實驗操作。這不僅影響了學生對理論知識的理解，也限制了學生實踐能力和創新思維的發展。

為了提高材料性能學課程的教學質量，需要針對上述問題采取相應的措施。例如加強實踐教學環節、簡化教學內容、更新教材、采用多種教學方法及改善實驗條件等。只有通過不斷的改進和完善，才能使材料性能學課程真正發揮其應有的作用，培養出具備扎實材料性能基礎和實踐能力的學生。

三? “五位一體”創新教學模式的內涵建設

“五位一體”創新教學模式是一種注重全面發展的教育模式，將課程、教學、評價、管理和創新五個要素整合在一起，以培養學生全面發展為核心目標。以下是“五位一體”創新教學模式的內涵建設。

課程建設：建立完善的課程體系，注重學科交叉融合，強化理論與實踐相結合強調知識的整體性和系統性。同時，加強課程內容的更新和優化，保持課程內容的前沿性和時代性。

教學建設：采用多樣化的現代教學方法和手段，注重啟發式教學和探究式學習，強調學生的主動性和參與性。同時，加強實踐教學和創新能力培養，提高學生的實踐能力和創新精神。

評價建設：建立多元評價體系，采用多種評價方法，包括考試、作品評定、口頭表達和自我評價等。同時，注重過程評價和結果評價的有機結合，充分發揮評價的激勵和導向作用。

管理建設：加強教學管理，制定科學的教學計劃和教學安排，確保教學的有序進行。同時，注重教師隊伍建設和教學資源建設，為教學提供有力保障。

創新建設：加強學生創新精神和實踐能力的培養，通過開展各種創新活動和競賽，激發學生的創新熱情和創造力。同時，注重教師創新素質的提升和創新團隊的建設，為創新教育提供有力支持。

通過以上五個方面的內涵建設，“五位一體”創新教學模式能夠有效提高學生的綜合素質和創新能力，培養出具有國際視野和競爭力的人才。

四? 材料性能學課程的教學模式改革

材料性能學課程的教學模式改革可以從以下幾個方面進行。

（一）? 理論與實踐相結合

材料性能學是一門理論與實踐并重的課程，因此，在教學改革中，應注重理論與實踐的結合。可以通過實驗、實踐等方式，讓學生在實際操作中理解理論知識，提高實際操作能力和解決問題的能力。材料性能學是一門理論與實踐并重的課程，不僅需要學生掌握扎實的理論知識，還需要具備一定的實際操作能力。因此，在教學改革中，我們應注重理論與實踐的結合，使學生能夠在實踐中加深對理論知識的理解，提高實際操作能力和解決問題的能力。

為了實現這一目標，我們可以采取以下措施。

首先，增加實驗課程的比重。通過實驗，學生可以親自動手操作，深入了解材料的性能和變化規律，從而更好地理解理論知識。同時，實驗課程還可以培養學生的觀察能力、動手能力和分析問題的能力，提高他們的綜合素質。其次，加強實踐教學環節。學校可以與企業合作，為學生提供實習機會，讓他們在實際工作中掌握材料性能學的應用技巧。通過實踐，學生可以了解材料的生產過程、性能檢測和質量控制等方面的知識，提高實際操作能力和解決問題的能力。此外，還可以采用案例教學法、問題導向學習等教學方法，引導學生主動思考、探索和實踐。通過分析實際案例、解決實際問題，學生可以更好地理解材料性能學的原理和應用，培養他們的創新思維和實踐能力。

（二）? 引入現代化教學手段

傳統的教學模式往往以教師講授為主，改革后可以引入多媒體、網絡等現代化教學手段，提高教學效果。例如，可以制作多媒體課件，利用動畫、視頻等形式展示材料的性能和變化過程，幫助學生更好地理解抽象的概念和原理。隨著現代教育技術的不斷發展和進步，傳統的教學模式已經逐漸被現代化的教學手段所取代。傳統的教學模式往往以教師講授為主，而現代化的教學手段則更加注重學生的參與和互動，能夠更好地激發學生的學習興趣和積極性。因此，在教育改革中，引入現代化教學手段已經成為了一種必然的趨勢。

首先，引入現代化教學手段可以更好地提高教學效果。傳統的講授式教學往往只注重知識的灌輸，而忽略了學生的學習體驗和感受。而現代化的教學手段則可以通過多種形式來展示知識，例如動畫、視頻、音頻等，這些形式能夠更加生動形象地展示知識，幫助學生更好地理解抽象的概念和原理。此外，現代化的教學手段還可以通過互動游戲、在線測試等形式來激發學生的學習興趣和積極性，讓他們更加主動地參與到學習中來，從而提高教學效果。其次，引入現代化教學手段可以更好地培養學生的綜合素質。現代化的教學手段不僅可以傳授知識，還可以培養學生的創新能力、自主學習能力、團隊協作能力等多種綜合素質。例如，學生可以通過網絡平臺進行自主學習，通過團隊協作完成項目任務，通過參加在線競賽等形式來提高自己的綜合素質。這些能力對于學生的未來發展具有非常重要的意義。最后，引入現代化教學手段可以更好地滿足學生的個性化需求。每個學生都有自己的學習需求和學習特點，現代化的教學手段可以根據每個學生的特點來制定個性化的教學方案，從而更好地滿足學生的個性化需求。例如，學生可以通過在線測試來評估自己的學習水平，根據自己的學習情況來制定學習計劃，從而更好地提高自己的學習效果。

（三）? 實施案例教學

案例教學是一種以實際問題為基礎的教學模式，可以激發學生的學習興趣和主動性。在教學過程中，可以選擇一些具有代表性的案例，讓學生分析、討論，培養學生的實際應用能力和解決問題的能力。實施案例教學是激發興趣與培養能力的有效途徑，作為一種實際有效的教學模式，日益受到廣泛的關注和應用。其以實際問題為基礎，通過引導學生分析、討論實際案例，旨在培養學生的實際應用能力和解決問題的能力。這種教學方法不僅能夠激發學生的學習興趣和主動性，還可以幫助他們在實踐中深化理論知識的理解和應用。

1? 案例教學的優勢

案例教學法的核心在于通過引導學生解決實際問題，培養他們的實際操作能力和問題解決能力。這種教學方法能夠讓學生身臨其境地感受實際問題，通過親自參與和體驗，更好地理解問題所在，以及如何運用所學知識解決這些問題。此外，案例教學還能夠培養學生的團隊協作能力。在案例分析、討論的過程中，學生需要與同伴交流、合作，共同探討問題的解決方案。這樣的學習方式有助于提高學生的溝通能力和協作精神，為他們未來的職業生涯做好準備。

2? 如何實施案例教學

實施案例教學需要精心選擇案例和設計教學過程。首先，選擇的案例應具有代表性，能夠涵蓋所需學習的知識點，同時難度適中，符合學生的認知水平。其次，教師需要設計合理的教學流程，包括案例的引入、分析、討論和總結等環節，確保學生能夠充分參與并從中獲益。在案例分析環節，教師應引導學生從多個角度審視問題，培養他們的批判性思維能力。在討論環節，教師應鼓勵學生發表自己的觀點和見解，激發他們的創新思維。最后，教師需要對案例教學進行總結，對學生的表現給予積極的反饋，同時指出不足之處，以便學生在今后的學習中加以改進。

3? 案例教學的實踐應用

案例教學在許多學科領域都有廣泛的應用。例如，在材料力學性能學習中，可以講解實際工程應用對材料力學性能的要求，如抗拉強度以及服役壽命等。在材料的磁學性能中，可以結合稀土磁性的結構與應用。此外，案例教學還可以應用于跨學科的綜合性課程中。例如，結合能源環境科學課程中，可以選取與能源環境材料相關的實際案例，讓學生從多個角度分析材料在能源環境中應用、影響和解決方案。這樣的教學方式有助于培養學生的綜合素質和跨學科應用能力。

綜上所述，案例教學是一種富有成效的教學方法。通過實施案例教學，不僅可以激發學生的學習興趣和主動性，還可以培養他們的實際應用能力和解決問題的能力。為了更好地發揮案例教學的優勢，教師需要精心選擇案例和設計教學過程，同時注意培養學生的團隊協作能力和跨學科應用能力。通過不斷實踐和完善，案例教學必將在教育領域發揮更大的作用。

（四）? 強化實踐教學環節

實踐教學是材料性能學教學的重要組成部分，可以通過實驗、課程設計等方式進行。在實踐教學中，應注重學生的實際操作能力和創新能力的培養，讓學生通過實踐掌握實驗技能和方法。從而達到實驗、課程設計與創新能力綜合培養。

實踐教學作為材料性能學教學的核心部分，具有至關重要的作用。實驗和課程設計是實踐教學的兩種主要形式，通過這些方式，學生能夠親身體驗知識的實際應用，并掌握實驗技能和方法。實驗是實踐教學的基礎。通過實驗，學生能夠直接觀察材料的性能變化，深入理解理論知識。例如，學生可以通過對不同材料的硬度、韌性、熱穩定性等性能的測試，驗證教材中的理論，加深對材料性能的理解。此外，實驗還能培養學生的實際操作能力，提高他們的實驗技巧。

課程設計則是一種更高級的實踐教學形式。在此過程中，學生需要運用所學的理論知識，自行設計實驗方案，并解決實際問題。課程設計有助于培養學生的獨立思考和創新能力。通過課程設計，學生可以更深入地理解材料性能學的應用，提高解決實際問題的能力。首先，教師應注重實驗和課程設計的實用性。設計的實驗和課程應與實際生產和生活密切相關，這樣可以使學生更加關注實際應用，提高他們的學習興趣。其次，實踐教學環節應注重學生的實際操作能力培養。在實驗和課程設計中，教師應給予學生充分的實踐機會，讓他們親自動手操作，提高實驗技巧。最后，實踐教學環節應鼓勵學生創新。教師可以引導學生發現問題、提出假設，并通過實驗來驗證自己的想法。這樣不僅能培養學生的創新思維，還能提高他們的實踐能力。

（五）? 完善評價體系

傳統的評價體系往往以考試成績為主，改革后應完善評價體系，注重學生的平時表現和實踐能力的考核。可以通過課堂表現、實驗報告、課程設計等多種方式進行考核，全面評價學生的學習效果和實際能力。在傳統的教育體系中，考試成績往往是評價學生學習成果的主要標準。然而，這種單一的評估方式往往無法全面反映學生的實際能力和學習效果。因此，需要對評價體系進行改革和完善，更加注重學生的平時表現和實踐能力的考核。

為了實現這一目標，可以采取多種方式進行考核，例如課堂表現、實驗報告、課程設計等。這些方式能夠更全面地評價學生的學習效果和實際能力，因為其不僅體現學生的知識掌握程度，還體現學生的實際操作能力和解決問題的能力。此外，還可以引入更多的評估主體，例如同學互評、自我評價等。這些評價方式能夠提供更全面的視角，幫助學生更好地認識自己，發現自己的優點和不足，從而更好地提高自己的學習效果和實際能力。在完善評價體系的過程中，還需要注意以下幾點。首先，要確保評價標準的公正性和客觀性，避免主觀因素對評價結果的影響。其次，要注重評價的過程和結果反饋，幫助學生了解自己的表現和需要改進的地方。最后，要不斷改進和完善評價體系，以適應時代的發展和教育的需求。總之，完善評價體系是教育改革的重要內容之一。只有通過全面的考核和評價方式，才能更好地反映學生的實際能力和學習效果，為他們的未來發展打下堅實的基礎。

五? 結束語

在材料性能學的課程改革中，我們致力于提高學生的實踐能力和創新思維，以適應快速發展的科技環境。通過優化課程內容、引入新的教學方法和手段，以及強調實驗和實踐環節，期望幫助學生更好地理解和掌握材料性能學的知識，提高他們解決實際問題的能力。盡管改革過程中會遇到諸多挑戰，但我們堅信，只有不斷探索和嘗試，才能找到最適合學生發展的教學模式。期待未來這一課程能為學生提供更多元、更深入的學習體驗，培養出具備扎實理論基礎和出色實踐能力的優秀人才。同時，我們也認識到，課程改革并非一蹴而就的過程，需要持續的反思和改進。我們將根據學生的反饋和教學效果，不斷完善課程內容和方法，以確保課程改革的目標得以實現。總結來說，材料性能學的課程改革是一項意義深遠的工作，不僅關乎學生的學習成果，更影響著我國材料科學領域的發展前景。通過這一創新模式的教學實踐，有望培養出具有創新精神和實踐能力的復合型人才，為我國新材料產業的持續發展提供有力的人才保障。同時，“五位一體”創新模式的教學探索對于其他學科課程的教學改革也具有一定的借鑒和啟示作用。

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基金項目：國家自然科學基金“稀土修飾超晶格異質催化劑的結構調控、電荷分布與析氧機理”（52164030）；江西省自然科學基金青年重點項目“稀土離子誘導納米晶NiOOH/N-rGO復合材料的界面電荷轉移及其電催化性能研究”（20202ACBL204007）

第一作者簡介：劉先斌（1987-），男，漢族，江西贛州人，博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為碳基納米材料與能源器件。