基于新材料产业发展背景下材料类课程教学实践与探索

阳建君 范才河 欧玲 蹇海根 刘富生

摘 要：本文以株洲市新材料产业发展为背景，以湖南工业大学冶金和材料类研究生开设的材料类专业课程为基础，以《材料科学基础》、《材料结构与性能》等课程教学实践为依托，主要针对材料科学与工程学科和冶金工程学科研究生，开展研究生材料类课程教学实践，优化课程教学内容、改革课程教学方式和方法、探索课程教学多元化考核方式，提高研究生課程学习参与度和教学效果，提升研究生人才培养质量。

关键词：材料科学基础;晶体学;教学改革

本文以湖南工业大学冶金和材料等专业开设的材料类专业课程为教学改革目标，具体针对《材料科学基础》、《材料结构与性能》等课程的教学内容、教学方法、教学途径的改革和实践而开展。目前针对我校包装与材料工程学院和冶金与材料工程学院材料科学与工程学科及冶金工程学科研究生而开展相关课程改革。当前材料学科或冶金学科研究生来源于不同学校和不同学科背景，对材料科学知识的掌握参差不齐，后续学习和研究工作所涉及知识面广，而同时受教学课时所限，给后续教学工作带来很大的困难，既要让全体研究生了解材料科学的基本知识，又要让研究生了解材料制备及加工技术等，难度较大。结合目前疫情防控期间，不能开展现场面对面教学等客观情况，急需对现在课程教学方法和手段进行变革。现结合几位从事材料类或冶金类课程多年教学工作的老师和从事材料相关研究的专家一起探讨《材料科学基础》、《材料结构与性能》等课程的教学实践，以此为基础向其它材料类课程拓展[1]。现提出网络课程学习考核和现场考核相结合的学习的方法，网络课程穿插一些习题，查验学习学时，巩固学习内容。网络学习情况占总评成绩一定比例，实现现代网络课程学习考核与传统模式考核的完美结合，形式多样，知识面广，信息量大，为后续课题研究工作开展奠定理论基础，提升研究生基础理论水平，提高研究生人才培养质量，满足株洲市新材料产业发展人才需要[2-4]。

聚集到株洲市产业，规模较大，2019年度实现规模工业总产值超过300亿元，年增速10%以上，共有65家被认定为省级新材料企业。株洲新材料产业以传统产业转型升级为契机，以与原有产业配套为切入方式，现已发展为包含5大细分领域（先进硬质材料、先进高分子和高性能复合材料、特种无机非金属材料、先进储能材料、金属新材料）在内的完备的新材料产业体系，其中先进硬质合金材料在我国处于龙头地位，硬质合金产量居全球第一。目前新材料领域共有10个企业技术中心（国家级5个、省级5个）、5个省级工程技术研究中心、5个重点实验室（国家级1个、省级4个）。可以看出，株洲市新材料产业优势非常明显，在新材料产业发展中，需要大量的专业技术人才[5]。

材料类课程作为重要的专业基础课，对后续研究生专业课程的学习及研究生知识体系的构建具有非常重要的作用。但这门课程内容繁杂多、涉及的面广、学习过程缺乏归纳性和综合性，普遍反映“难理解、难记忆、难应用”，因此除了授课时要突出重点、讲清难点以外，还要注重讲课的方式，采用有效的教学方法和手段，提高教学效果[6]。

1 合理选择教学内容，优化教学内容课时分配

针对包材学院研究生和冶金学院研究生，来自不同学校和不同专业，学科背景参差不齐，本科专业课程学习内容大不相同，在课程教学中，增加了《材料科学基础》基本理论的内容讲述，把晶体学、凝固理论、相图以及高分子材料的特性等内容作为重点讲述。而冶金与材料工程学院有大量的校友从事硬质合金行业，校友资源非常丰富，每年从冶金与材料工程学院招聘大量的学生从事技术工作，如2018年毕业研究生汤郡签约株洲硬质合金有限公司等。在课程教学方面可以适当增加硬质合金材料相关内容，突出特色教学内容。在课题结合方面，2018级研究生中有几位从事金属材料腐蚀方面研究工作，尤其邹庆田同学师从何新快教授，在教学过程对金属材料腐蚀尤其是电化学腐蚀部分的内容讲述相对较多，提高课程学习与课题研究的融合度，增加课程的适用性。全面了解研究生的学科背景和课题研究情况，因材施教，因地制宜，合理设置材料类的课程和分配教学知识点，并结合多年来学生就业情况对材料科学基础知识的诉求，并咨询相关专业教师课程教学内容，统计专业课程相关相近教学内容，注重相关课程衔接，项目组成员讨论合理确定课程内容、重点和难点等，合理分配各章节的课时。

2 现场教学方法、方式的探索与实践

在教学中摒弃以往满堂灌和只偏重课堂讲授的做法，注重现场提问、知识点讨论等教学方法的应用;一些新的知识点，以提问的方式或技术功能需要的方式引出来，特别是在讲解新概念、新理论时，常采取提问、讨论等方式来引出，并用这些新概念和新知识解释实际生活和生产中的现象，激发研究生学习兴趣;在讲授一些重点、难点内容时，采取循序渐进、深入浅出、实例讲解的方法，引导研究生学习，充分调动研究生学习的积极性、主动性。同时在教学方法和教学形式上，提出以专题介绍的形式讲述相关知识点，并结合株洲市新材料产业的最近技术拓展相关知识的学习，提升课堂学习与实际生产的结合度，在条件允许的情况之下，可以考虑把课堂搬到企业里，并聘请企业企业技术大牛给予现场授课。

3 传统的教学模式与“互联网+”相结合

将多媒体教学与黑板板书等教学方式结合起来，如在给没有学习过《金属学》或《材料科学基础》的研究生讲授《金属学》中的晶体结构、晶体缺陷、铁碳相图时，常将实物模型与多媒体教学结合，增强了学生形象思维的能力，提高了课堂的教学质量和学习效果。同时充分利用网络课程，和挖掘上网教学资源，加强对《材料科学基础》课程的学习和理解。重点内容也可以通过网络查找一些实际生产过程中的视频，增强对知识点消化和理解，如课程在讲述金属材料合金化中，合金化过程其实就不同元素的相互融合过程，形成一些新相过程，在网上查找了铝合金熔炼时加入合金元素过程，详细了解实际熔炼过程，这些网络视频教程和实际操作过程视频等，变抽象为具体、变复杂为简单;课程重点和难点缺少的动画，进行适当补充制作，原子团在内壁表面形核和长大过程示意图等;利用现代网络技术查阅最新科技动态资料和生产应用，把最新科技产品和生产应用与《材料科学基础》知识点联系起来，并融入到课堂教学中，提高教学趣味性和新颖性。

4 变革考核方式

课程考核是衡量对课程知识掌握和知识运用熟悉程度，成绩将采用网络教学平台考核与传统考核相结合的考核方式，同时还可以针对新材料技术领域某一个具体的知识点，走进企业调查研究，以研究报告的形式来完成相关的课程的学习和考核，实现材料类研究生考核方式的多元化，形式的多样化，通过主讲教师知识点的讲解和企业的调查学习，提高知识的运用能力。转换教师的角色，把教师从以前单一的知识点讲解到知识的获得与技术开发相结合，教师主要是给研究生解答疑难问题等，把学习的主动性交给研究生。课程学习考核方法尽量降低以一张试卷作为最终成绩评定成绩所占的比例，重点是要让学生多参与课程学习当中，同时提高收看网络课程教程自主学习能力，加强研究生对所需知识的获取能力，加深理论知识与实践的融会贯通。

5 多学科交叉融合，组建知识面广、实力强大的教学团队，实现模块化教学

研究生材料类课程教学改革的一个重点，强化教学团队，提升教学团队的知识面和应用领域。同时立足株洲市新材料产业，着力打造先进硬质材料、先进高分子和高性能复合材料、特种无机非金属材料、先进储能材料、金属新材料等五个领域的高精尖的教师团队。因为到了研究生阶段，都有一定的自学能力，同时现代网络技术发达，学校图书馆学习资源丰富，完成可以通过资料查找和视频教程学习来基本知识点的学习。主讲教师主要是解答研究生在资料学习和调查学习过程中存在的疑惑，这在无形当中对主讲教师的知识面和学术水平提出了更高的要求。同时主讲教师不可能上述五个领域的材料知识做到充分的了解，主讲教师教学内容实现模块化，如本项研究工作中，银老师主讲特种无机非金属材料，范老师主讲金属新材料、颜老师主讲硬质合金材料等。实现一门课程几位老师来讲述完成，基本上都针对主讲老师的研究领域内容，理论水平非常高，举例生动形象，还可以更好的引导学生走进企业参与人学习，提升整体的教学水平和教学效果，实现研究生教学质量的大幅提升。

6 结束语

湖南工业大学冶金与材料工程学院和包装与材料工程学院都开设了《材料科学基础》、《金属材料学》和《材料结构与性能》等课程。首先根据不同学科背景研究生的知识结构和后续研究课题等，优化课程教学内容，合理设置课程重点和难点内容等。针对今年新冠疫情，主讲教师采用网上直播课程讲述与在线网络课程混合式教学模式。积极寻找网上教学资源或自建MOOC课程，有所侧重的开展在线MOOC课课时学习和习题演练等。探索探讨提问式、小组讨论式教学方法，带领研究生走进新材料企业，开展硬质材料、特种无机非金属材料、先进储能材料和金属新材料等现场实践教学，提高研究生课程学习的参与度和学习的主动性。课程考核方式多元化，从传统的试卷、在线考试到提交调研报告和小论文等多种考核方式并存，提高研究生对材料科学的认识和理解，提升研究生对材料知识的运用能力，并推广至研究生其它材料类专业课程的教学中，提高教学效果，提升人才培养质量，引导研究生立足服务株洲市新材料产业发展。

参考文献：

[1] http：//metal.hut.edu.cn/info/1005/1612.html

[2] 董兵海，王世敏，赵丽.《材料科学基础》课程教学模式探讨[J]. 新课程研究，2008（135）： 18-20.

[3] 李洪波，刘洪丽，王静，等. “材料科学基础”课程改革的认识与实践[J]. 中国冶金教育，2009（6）： 41-43.

[4] 王静，王素梅，宋春梅，等. 《材料科学基础》教学改革全面提高学生素质[J]. 铸造设备与工艺，2010（2）： 249-54.

[5] http：//qjd.zhuzhou.gov.cn/c16311/20191119/i1244603.html

[6] 盧维奇. 谈谈产业升级换代形势下的《新材料》教学改革[J]. 广东化工，2016（17）： 235-236.

基金项目：湖南工业大学教育教学改革研究项目，网络时代《材料科学基础》微课与现场混合式教学模式探究（2018B02）

作者简介：

阳建君（1985.4-），男，湖南衡阳人，湖南工业大学教师，博士，主要研究方向为高强韧铝合金材料。