打造“五有”新工科范式的工程材料學課程

摘 要：針對機械工程專業學生在工程材料學課程學習過程中表現出的學習興趣不足、學習意識被動、工程應用與實踐能力不強等學習之惑，反思教學過程中存在的課程內容時代前沿性差，與社會生產生活嚴重脫節，課程思政難入人心等痛點問題。從學生需求、社會需要、專業發展角度出發，創建符合新工科發展特色的多維度課堂、多層次實驗、多元化考核評價、雙師型隊伍建設和一班多師制的“五有”課程教學范式。

關鍵詞：工程材料學 教學改革 新工科 全面育人

2019年2月，中共中央、國務院印發了《中國教育現代化2035》，提出創新人才培養方式，著重培養學生創新精神與實踐能力，對應用型、技能型和復合型人才需求作了重要闡述[1]。2021年4月，習近平總書記在清華大學考察時強調，對現有學科專業體系進行升級調整，瞄準科技前沿和關鍵領域，推進“四新”學科建設，加快培養現代化建設緊缺人才[2]。新工科教育是一種融合了工程技術、科學知識、創新思維和實踐能力的教育模式。相對于傳統的工科人才，未來新興產業和新經濟需要的是具備工程技術能力、創新精神、團隊合作能力和社會責任感的高素質工程技術人才[3-5]。工程材料學是機械類本科專業的一門專業基礎課，也是本科生教學中的主干課程。通過本課程的學習，能夠使學生了解掌握工業常用材料的基本性能，對以后產品設計到生產的選材用材打下良好的基礎。但工程材料學是一門與工程實際緊密相關的專業技術課程，內容多，涉及的知識面廣，加上新技術層出不窮，推動了新材料迅速發展。通過多年的實際教學情況來看，課程內容更新太慢，過度傾向理論知識講授，而忽視實際應用。導致學生很難將所學的知識應用于工程實際，很難達到預期的教學效果。為了響應復合人才培養的需要，更好地提高工程材料學課程教學效果，結合學校實際情況，探討基于學生能力提升的工程材料學課程教學改革與創新迫在眉睫。

1 教學“痛點”問題剖析

基于當前新工科背景下的人才培養方案要求，結合山東省新舊動能轉換政策下的用人需求，工程材料學課程在經過多輪次的實際教學過程后，發現課程存在很多與當前人才需求不匹配的問題。

1.1 課程內容時代性與前沿性差，與當下社會生產和生活嚴重脫節

基于工程材料學課程內容，往往很難與實際的社會生產需求接軌，忽視了生活中的熱點事件等學生應當關注的問題。因此，如何重構拓展課程內容，緊密聯系企業生產實際，幫助學生解決“為什么學”，“怎樣學”，“怎樣用”這三個核心關鍵，是我們亟待解決的問題。

1.2 課程實驗體系結構單一，實驗環節缺乏主動性，創新性，內化性

由于實驗室設備陳舊、實驗類型單一，導致“學生模仿老師做實驗，上交實驗報告”的傳統實驗教學模式，從而對培養學生發現問題、分析問題與解決問題的能力大打折扣，對學生實踐能力、創新能力和科研綜合素質的培養失去保障。

1.3 教學模式、手段單一，學習過程缺乏思政元素和快樂元素

探索多元化的教學模式，如項目式學習、合作學習、實踐教學等，以激發學生的學習興趣和動力。引入新技術、多媒體教學等現代手段來豐富教學內容，提升學習體驗。思政元素的融入以及快樂元素的引入都能夠為學生提供更豐富、更有意義的學習體驗，促進學生全面發展。

1.4 課程考核方式單一，結果導向嚴重，輕視過程性考核

課程考核是教學過程中的重要環節，單一的考核方式與單調的考核內容無法準確地檢測學生的學習效果，全面衡量教師的教學成效，也無法有效開展教學反思和持續性改進。

2 課程教學目標

知識目標：通過本課程的學習，能夠使學生了解工程中常見金屬材料的分類、構成，掌握鐵碳相圖的變化規律，掌握各類材料的基本特征及選擇材料與使用材料的原則和方法。

能力目標：通過本課程的學習，使學生具備將理論知識運用到解決實際問題過程中的轉化能力，初步掌握研究與開發新材料的理論基礎，學會分析和改進材料性能。培養學生的邏輯思維和創新意識。

價值目標：通過本課程的學習，使學生養成認真、細致分析解決問題的良好習慣。培養他們對科學事業的熱愛和執著，為未來科技發展的推動者和引領者做好鋪墊，建立起專業素養和科學精神，實現立德樹人。

3 教學的創新探索與實踐

針對教學中長期存在的痛點問題，課程采用“多維度課堂、多層次實驗、多元化考核評價、雙師型隊伍建設和一班多師制”的“五有”教學舉措，課程創新路徑如圖1所示。實現工程材料學課程教學的專業教育、價值引領、 實踐創新的全面育人目標，徹底解決教學痛點問題。

3.1 建設多維度課堂，讓理論知識在實際應用中“活起來”

以新工科為背景的課程體系建設下，多維度課堂通過分享學科前沿技術，理論學習結合恰當的工程案例和科研項目，能有效啟發和幫助教學對象理解有關知識、原理，從而樹立工程觀念，了解行業發展動向，增強實踐意識，提高學生的工程應用能力。運用多媒體等有效信息化手段參與教學，使課堂更加生動形象。專業知識學習中賦予思政元素，讓學生在專業教育中接受情感教育，培養正確的人生觀、價值觀，達到全面育人目標。

探索基于學科前沿、工程案例和科研項目的工程材料學教學方法改革，通過講授與工程材料學技術理論教學相關的科研項目和工程案例，將理論知識和實踐教學有機地結合起來，提升學生分析和解決實際問題的能力，分別為以后從事科學研究和工程應用的學生提供實踐的機會。改變傳統的工程材料學的教學方式，由原來枯燥的“以教師為中心”教學變成“師生共同學習”，由原來的單純理論學習變成理論與實踐相結合。

3.2 構建多層次實驗教學，讓學生在浸入式實踐中找尋快樂

構建以學生為中心的“多層次”實驗教學體系。這對培養學生動手能力、實踐能力、創新意識和解決實際工程問題的能力都會有很大提升。探索實驗教學體系改革，構建以認知性實驗、驗證性實驗和創新性實驗“三位一體”的實驗教學體系，遵循理論與實踐相融合的原則，做到整個實驗過程的時間、儀器、空間等諸多因素的柔性化，讓學生在實驗和探索中進行實踐學習，打造沉浸式實驗模式。以學生為中心，構建實驗教學的特有教學方法和策略，以培養學生獨立操作實驗、解決實際問題的能力[6]。為保證學生具備新工科人才培養的基本能力和素質，進行實驗教學上的范式改革和嘗試。

3.3 建設雙師型，學習常態化的教師隊伍

建設“雙師”型教師隊伍，青年教師定期深入企業參與實踐活動等，使其具備扎實的理論功底和較強的實踐能力。這樣同一個教師講授理論和指導實驗實訓課，就可以全面深入了解學生的學習狀況，使得理論與實踐不分離和不脫節。作為機械類專業的教師，每隔一段時間應到企業的相應崗位實訓或者到企業、社會去調研，這樣做才能不斷地接觸到企業的新產品、新設備，學到新知識、新工藝，更好地為培養高素質人才“充電”。

實施老教師傳幫帶、集體教研活動常態化工作制度。開展集體備課、教學觀摩、說課、專題研討等教學法活動，集思廣益，資源共享，共同提高，培養團隊精神，注重協同發展。積極申報教改課題，開展教學研究，加強課程內涵建設，創新教學模式，革新教學方法，以研促教。

3.4 探討一班多師制的課程教學實踐模式

探討技師研討制課程教學方法在工程材料學課程理論教學中的應用，采用小班教學，兩個自然班級一個任課教師，由課程團隊老師分章節講授課程理論，既可以與每個學生距離更近，更容易把握學生的學習狀態，做到因材施教，又能最大限度綜合利用團隊各老師的項目經驗與實踐經驗，實現研討制授課。40學時理論課教學中拿出4學時用于企業講座和學術講座，請企業和高校相關專家分別講授材料學在企業和科研中具體應用案例，加強學生對本課程的興趣，提高學生學習本課程的熱情，目的是讓學生對本課程所學的知識進行融會貫通，提高學生學習的成就感。

3.5 構建多元考核評價體系

構建基于知識目標、能力目標、價值目標，過程性與終結性相結合，師評生、生自評、生互評的評價體系。其中過程性考核占比60%，著重培養學生的創新思維、團隊意識、理論知識在解決實際問題時的轉化能力等。全面精準地檢測學生的學習效果，全面衡量教師的教學成效，為后續有效開展教學反思和持續性改進提供有效數據支撐。

4 教學創新效果和成果推廣應用

4.1 教學效果顯著提升，學生學業成績優良，高階能力有效提升

本課程逐步進行教學改革與創新，從傳統線下教學到現在有意義的快樂學習；從最初的理論課老師講，學生聽，實驗課老師示范，學生再模仿，到現在的師生共參與，共探討，共學習；從最初的課程思政入眼入耳，到現在的入腦，入心，入行動，不斷迭代升級，持續性改進。通過對兩個年級學生問卷調查結果及期末成績的對比分析，工程材料學的教學模式在學生學習效果和教學目標達成度等方面取得了顯著提升。所帶班級學生近兩年來參加學科競賽獲得省級以上獎勵90余項，所帶學生連續三年獲得校級優秀本科畢業論文等教學成果。

4.2 教師教學能力顯著提升，教學改革、教學競賽成績優異

該課程實施改革以后，迭代完成多輪教學改革實踐，實現“理論生動性，實驗活躍性，實踐前沿性和產業融合性”，教師教學能力顯著提升。教師精心打磨本課程，參加了學校青年教師教學比賽、信息化教學比賽和優秀教學效果獎等教學競賽，取得優異成績的同時，得到了極大的鍛煉；基于課程教學創新，獲批主持了省級面上教改項目1項、校級重點教改1項、青年項目1項，并參與了教改項目3項，在教學改革的道路上收獲滿滿；課改聘請多位經驗豐富的企業工程師為兼職講師，為課程改革實施助力，簽訂多家教師與學生的實習實訓基地，為教師的成長極速充電；教師也因此獲評“學生最喜愛的教師”稱號，達到師生共同成長的目的。

4.3 成果推廣扎實穩定

本課程的教學改革方法已在系里其他專業課程教學中穩步推廣實施，主講的相關課程獲得了2022年省級本科教改立項，目前教學系已與其他工科系聯合申請了校級虛擬教研室項目，并在推廣使用本課程的教學改革成果經驗，初步取得良好成效。后面將在學校各個學院及兄弟高校當中進行推廣，以期望獲得授課教師和學生的一致認可，為工科類專業課程的教學改革提供范例。

5 結語

隨著全球化的深入發展，高校人才需要具備國際視野和競爭力，能夠適應國際化的科技和產業環境。新工科建設的目標是培養適應科技和產業發展需求的高素質人才，推動創新驅動發展和國家重要戰略進程。高校在人才培養中應根據這些多層次的培養需求，優化教育教學模式，加強實踐教育和綜合素質培養，促進學生的創新能力和應用能力的全面發展。文章以學校機械工程專業為例，針對工程材料學教學過程中產生的諸多痛點問題進行了深刻剖析。提出了“多維度課堂、多層次實驗、多元化考核評價、雙師型隊伍建設和一班多師制”的“五有”教學舉措。實現工程材料學課程教學的專業教育、價值引領、實踐創新的全面育人目標，徹底解決教學中的諸多痛點問題。

基金項目：2022年山東省本科教學改革研究面上項目“基于學生能力提升的工程材料學課程教學改革與創新”（M2022192）。

參考文獻：

[1]中共中央、國務院印發《中國教育現代化2035》[N].人民日報，2019-02-24（1）.

[2]習近平在清華大學考察時強調堅持中國特色世界一流大學建設目標方向 為服務國家富強民族復興人民幸福貢獻力量[N].人民日報，2021-04-20（1）.

[3]劉鑫橋，王庚，吳津蕊.新工科的研究現狀、實踐進展與未來趨勢[J].西北工業大學學報（社會科學版），2021（4）：63-70.

[4]顧佩華.新工科與新范式：概念、框架和實施路徑[J].高等工程教育研究，2017（6）：1-13.

[5]郭增偉，周建庭，梁波.土木工程專業研究生創新思維和科研自信的培養方法[J].高等建筑教育，2020：29（5）：55-60.

[6]陳曉，陳秀梅.多層次液壓傳動實驗教學探討[J].中國現代教育裝備，2018：19（19）：55-58.