双创教育背景下的材料科学基础教学改革实践

许晨阳 李国华 陈华辉

中国矿业大学(北京) 北京 100083

国务院办公厅于2015年5月印发了《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》。因此，推进高等教育综合改革、促进高校毕业生更高质量创业就业成为目前国内高校改革和发展的战略目标。心理学的实验研究与教育家的科学论证都表明：创新能力在合理的教育与培养下可能在每个身心健康的个体上得到发展和实现。教育的英文是educate，源于拉丁文的“educate”，本意是引出。可见，教育的责任就在于把这种潜在的创造力诱导、开发出来。这一点需要通过以探索和研究为基础的教学[1]过程培养，通过教学过程的优化实现。

就材料科学与工程专业而言，材料科学基础课程是非常重要的一门专业基础课。一方面，该课程的内容对构建材料类工程技术人员的专业知识体系，培养学生科学的思维方法和创新能力以及运用基础理论解决实际问题的能力具有奠基作用；另一方面，专业的拓宽，学生培养模式的变化，均涉及该课程，特别是随着材料科学的发展，新材料、新技术、新工艺均在该课程中有所反映。因此，建立与创新创业背景下的高等教育人才培养方案及教学体系相适应的材料科学基础课程教学内容、教学方法、考核制度等就成为材料专业教学改革的一项重要任务。

1　调整课程结构　优化教学内容

长期以来，人们一直按照材料的化学属性将其分为金属、无机和有机材料三大类，各类材料具有不同的化学键，因而具有不同的结构和特性。但随着与材料性能和结构有关的学科的出现和现代测试技术的发展，人们发现具有不同化学属性的材料之间仍存在着共同或相似的基础理论和规律。于是，金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料已不再是孤立存在的学科，相互间的联系更趋密切，相互渗透更趋明显。这也使得原来可以比较容易区分的材料属性变得模糊起来。同时，材料的宏观性能、微观结构状态和制备工艺技术等均表现出相互联系、交叉和渗透的趋势。这就从客观上对材料学科专业的人才培养提出了更高的要求，即拓宽专业口径，以材料科学为基础研究和开发新材料。

因此，为保证课程设置和课程结构的系统性和科学性，使学生形成较为合理的知识结构，我们开设了整合金属学原理、硅酸盐物理化学、高分子材料结构等多门学科，提取其共性、精粹和关键技术内容基础上形成的课程—材料科学基础。并将材料科学基础课程的教学内容定位于以基础理论为主，结合实际材料(包括金属材料、高分子材料、无机非金属材料)阐述其结构、性能及其相互关系。强调学生对基础理论的理解和应用，使学生能够掌握从材料的内部结构来探讨材料结构与性能的内在联系及规律的方法，注重培养学生从其基本理论出发，解决材料的生产与科研以及材料使用中的问题的能力。

此外，由于进入21世纪以来，材料科学发展更加迅速[2]，因此我们在教学内容中，除了讲解材料科学的基本原理及相关理论，还注意不断更新和补充，随时穿插的介绍材料科学的发展和研究前沿，使课程内容兼具基础性和先进性。这样既大大提高学生的学习兴趣，拓宽学生的知识面，对学生的学习起到很大的促进作用，又开阔了学生的视野，为他们今后进一步深造或从事科研工作打下了基础。

2　改进教学方式　提高教学质量

材料科学基础课程内容丰富、知识点多、知识量大，知识结构系统而又基础，对这门课程的教和学均有非常高的要求，也是比较各高校材料专业本科教学质量和水平的一个核心考核内容。由于该课程概念多、理论性强、实践性也很强，加之有些微观结构看不见、摸不到，内容抽象、枯燥，因此学生感到难学。作为该课程的主讲教师，为了解决这个问题，除了课上讲清难点，课外多做习题外，在改进教学技巧、教学方法和教学手段上做了很多工作。

在教学技巧方面，(1)重视引言：全书有个绪论，每一章节又有一个引言，讲好各部分的引言非常重要，让学生知道要学什么，为什么要学，怎样入手去学，对于随后正文内容的讲解非常有益；(2)在加强基本概念和基础理论的前提下，注重展示知识形成的过程与学科思想发展的脉络，使学生明白所学知识前后的关联性，有助于学生建立完整的知识体系；(3)在内容的叙述上力求由浅入深，循序渐进，力求做到层次分明，重点突出；(4)在语言表述上，抑扬顿挫、刚柔相济，不断激起语感和美感；并尽量用简单、易懂的语言表达复杂的概念或理论，帮助学生对问题的理解。

在教学手段上，将传统的教学手段与现代教学技术有机结合。一方面，把部分的教学内容制作成实用、图文并茂的多媒体课件，这样既省去了不少板书时间，可以在较短的时间内给学生以更大的信息量，拓宽学生的知识面，而精彩的画面又大大提高了学生的学习兴趣，此外，还辅之以教学模型，使抽象概念和空间结构形象化；另一方面，对于关键的公式推导，必要的例题则以板书方式讲解，逐步引导学生的学习和思维过程。

在教学方法上，常采用提问式(教师问，学生回答)、问答式(教师问，教师自己回答，让学生有恍然大悟的感觉)、引而不发式(教师问，不回答，由学生自己思考)、讨论式等，让学生充分运用头脑中已有的知识去思考、猜测本课程将会怎样延续，给学生充分表现自己的机会，紧紧抓住学生的注意力，让学生成为教学活动的积极参与者而不是旁观者，取得良好的师生互动。

3　更新教学理念　引入探究式教学

美国教育家里欧•巴士卡里雅曾经说过：“我们的教育不成功，因为我们从不帮助教师们撕下教师的面具，平平易易的做人，从来不使他们认识到教师的作用只在于引导”。因此，笔者转变了传统的教育理念，把自己的角色从知识的权威者向知识的组织者转换，从知识的传递者向学习的促进者转换，不是那种居高临下，令学生敬而远之的教师，而是让自己和学生处于平等地位，使学生以放松的心境与教师交流，说自己之所想，问自己之所惑。例如，在材料科学基础的课堂教学中，我们以“苹果离液态金属还有多远？是差一个iPhone7还是一个 iPhone8？”为题，让学生在课外阅读文献资料，组织学生在课堂上进行探讨、研究，以学生发言为主，各抒己见，让学生直接参与教学。在探究中让学生对材料科学中的有关“液态金属的结构、性能及制备工艺，晶体与非晶体”等基础理论有深入的认识。教学实践证明，这种新的教育理念下的探究式教学，赢得了学生的普遍喜爱，取得了较好效果。

4　照本宣科变能力拓展

4.1　开设综合设计性实验

材料科学基础是一门基础理论与工程实践结合得非常紧密的学科，实验教学对于帮助学生巩固和加深课堂所学的理论知识，掌握基本实验技能，培养理论联系实际，自己动手分析问题、解决问题的能力具有举足轻重的作用[3]。因此，首先，我们编写了材料科学基础实验用教材。其次，改革传统的实验教学方式，由单一操作性和验证性实验向设计性和综合性实验过渡，有针对性地开设综合性实验，强调教师指导和学生参与相结合，压缩教师讲授时间，鼓励学生自己拟定实验方案，创造条件让学生独立完成实验，以培养学生综合的实践技能和创新能力。

4.2　改革作业的布置内容与形式

我们传统作业的内容和布置往往侧重于检查学生对某一知识点的掌握，这些知识往往可以从书上直接找到答案，使学生缺乏思维的动力和机会，常常出现抄作业的现象。而创新创业背景下的本科教育要求我们培养的学生具有创造能力以及探求知识和综合运用知识的能力[4]。因此，作业的内容和布置的形式应该多样化。我们布置了几个大作业，完成它学生需要查阅一些参考书。通过阅读有关参考书，让学生就某些重点内容进行深入学习，有利于他们理论水平的提高。同时，又使学生眼界大开，激发学生对材料科学及其专业的热爱。例如：前段时间，关于高锰钢烧水壶会析出锰，让人变傻、变痴呆、致癌的说法疯传朋友圈，甚至掀起了一波“换水壶”潮。在作业布置时我们就以“高锰钢电水壶你还敢用吗？”为题，让学生利用所学的Fe-Fe3C相图，研究锰对钢中奥氏体相区的影响，锰在钢中的固溶与析出等。

4.3　改革考核方式　建立科学的评价指标

引导学生死记硬背，以考试分数确定学生优劣的传统考试方法显然已不能与创新创业型人才培养的方案及教学体系相适应。在考核方式上需要建立更加科学的评价指标。在考试命题时，一方面，不仅考记忆性、认知性的知识，还要考综合性、分析性、理解性、创造性的知识。此外，为培养学生提炼、归纳、总结的能力，我们增设了新的考核内容，即在课程临近尾声时，让学生根据课堂上所学的知识，查找资料，写一篇小论文—“通过学习材料科学基础，你认为材料强化的机制有哪些？”，小论文的成绩在期末总成绩中也占有一定比例，以此促进学生对知识的综合应用以及分析和创新能力的发展，并为以后撰写科研论文打下坚实的基础。

5　结语

为培养出富有创新精神、勇于投身实践的创业人才，其本科教学模式可以体现在教学各环节上。任课教师基于一门课程—材料科学基础，在课程内容调整，探究式教学、设计性实验开发、作业的布置内容与形式、考核方式等方面进行了探索和实践，取得了一定效果。不过，双创型人才的培养有若干种模式，且需要每个专业所设置的各门课程的共同协调，模式才能构成一个 “完整”框架。在这个框架建立的过程中，还可能出现一些新问题，也需要各级管理人员和广大教师的积极配合、群策群力，需要高校同行间的广泛交流、集思广益。总之，构建培养富有创新精神、勇于投身实践的创业人才的本科教学模式是一项复杂的系统工程，任重而道远，我们尚需不断探索，大胆实践。

[1]杨平,陈冷,孟利.材料科学基础研究型教学示范课建设思考与实践[J].中国冶金教育,2013(2):23-25.

[2]姚可夫,巩前明,张弓.迎接挑战 建设精品课程:课时减少条件下的工程材料课程建设[J].中国现代教育装备,2013(19):14-16.

[3]李国华,位会娟,张婉婷.材料专业本科生创新能力培养探索[J].实验技术与管理,2014,31(12):9-12.

[4]邵红红,王兰,纪嘉明.金属材料工程专业应用创新型人才培养的研究与实践[J].中国现代教育装备,2016(1):80-81.