新工科背景下《材料科学基础》课堂教学模式改革与探索*

李 钦，陈少华，马 婕，胡 坤，李 洁

(安徽建筑大学材料与化学工程学院，安徽 合肥 230601)

在国家大力实施创新驱动发展战略的背景下，培养具有创新意识、能快速解决实际问题的卓越人才，以适应创新驱动蓬勃发展，促进先进产业转型升级成为现代高等教育的迫切要求[1]。基于新工科建设及教育教学改革的背景，自主探究性及创新性的人才培养模式是培养新时代卓越工科人才的重要途径。课堂是人才培养的主渠道，课堂教学模式一定程度上决定了人才培养的模式。

在材料类专业人才的培养中，作为材料科学与工程业重要的基础理论课之一，《材料科学基础》课程系统、全面地介绍材料基础理论知识，在学科知识体系构建中起着基石的作用，其教学成果决定了材料学知识的基础深度和知识面的广泛程度。该课程着眼于材料科学基本问题，着重强调各类材料的成分、组织结构、制备工艺与材料宏观性质之间的关系及其变化规律，为材料性能研究和材料加工奠定学科基础。通过知识传授和能力培养在教学过程的相互渗透，加强基础、拓宽专业、加强实践训练，使学生能把握材料的共性，熟悉材料的个性。探讨材料科学基础课程的教学模式，培养学生运用材料结构与性能关系来分析实际工程问题的能力，对丰富本科专业课程教学及改革的内容、深化材料科学与工程专业教育教学改革具有重要意义。

1 材料科学基础课程特点及难点

材料科学基础的基本理论着眼于材料科学的基本及共性问题，主要包括了材料的原子结构、晶体结构、晶体缺陷、非晶态结构与性质、材料的相结构及相图、扩散、金属和合金的凝固、材料中的相变、材料的变形与断裂等知识[2]。各个部分自成体系，同时又由若干概念、原理、机理所构成。课程内容多、信息量大，理论性、抽象性强，机理机制较难理解的特点，加之多数概念抽象、乏味，不像日常生活中所接触到的普遍事物形象易懂，因此更让人难以理解。课程的知识点之间既相对独立、又相互关联，形成一个结构完整的理论体系。想要把握本课程的知识、理论和机理机制，就要求学生对课程内容有提纲挈领性的整体掌握。

虽然专业课程则紧密围绕工程实际，但基础课程与工程应用实际之间存在较大距离。基础理论与实际应用之间在思维方式上差别较大，因此需要有过渡和衔接，更需要在知识上作深层次的准备，材料科学基础课程为两者之间构建了衔接的桥梁。对于这门课程的学习和教授方面，除了掌握基础的、共性的知识外，更重要的是培养学生分析和解决工程实际问题，建立基本的工程思维方式的能力。如何在课堂教学中培养学生主动学习和主动探究的能力，是一个值得深入探讨的问题。本文从教学课堂、教学方法、教学评价等方面尝试和探索了材料科学基础课程教学改革与研究，并结合我校材料类专业的实际，结合金属材料专业的培养目标，在传授材料科学的基本原理的基础上，使学生学会运用所学基础理论、课堂知识来解决实际应用的问题，并为将来从事专业研究、创造新材料和新工艺等打下良好的基础。

2 课程教学模式改革与探索

在新工科建设背景下，高等教育高质量发展的一个重要表现就是不断在学生培养、人才工程等教学模式方面创造新成果。以学生主体为核心内容，以能力培养为目标导向的教学模式的创新与设计，体现出我国创新型人才培养的理论内涵，已成为当前创新教育教学方法的有益尝试。材料科学基础课程作为材料类的核心专业课程，其知识内容中的基础概念多，涉及的专业知识面较广，教学理论性与专业性较强，所以该课程教学难度大、跨度大。另一方面，由于学生刚开始接触专业知识，尚未形成专业的思维方式，该课程中一些微观结构及过程既抽象又较为复杂，进一步增加了知识掌握的难度。将理论教学与案例分析相结合，重视学生在课程学习中的自主探索和兴趣培养，可以显著地增大这一课程的趣味性及科学性，有效提高专业课程的教学效果。在传统多媒体教学的基础上，增加案例分析与实践模式，将抽象事物直观具体化，让学生对一些微观结构及过程等抽象知识有着立体的理解，为教学过程的顺利进行和教学成果的保障打下坚实基础[3-4]。因此，将抽象、枯燥的知识点直观化，将复杂的知识点精炼简化，是提高教学效果、保障教学质量的有效途径。实现课程案例教学，需要课程教师培养起新工科建设理念，要做到以下几点：

(1)积极活化课堂。传统材料科学基础课程教学模式多采用以教师讲授为主，学生被动接受的“满堂灌”注入式教学方式，不利于学生对内容的主动接受与掌握。将教学重点放在基本概念、理论和方法的归纳总结上，用视频播放、三维重构软件、绘图软件等直接的映像展示，如关于晶胞点阵、位错、滑移、塑性变形等知识点，用映像展示的方法使学生易于理解和掌握。在教学过程中，通过适当观看与知识点相关的视频，并采用提问的方式组织学生对视频资料开展讨论和总结，从而培养学生的主动探索和思考能力。同时，通过介绍行业内的新材料知识、传统材料中的新理论和新机制，以此开阔学生视野，充实本领域的前沿科学内容，拓宽学生的知识视野，培养学生的专业创新动力与兴趣。

(2)探究式自主课堂教学。在材料科学基础课程的理论教学中，选取相对容易理解的章节让学生自主探索学习，老师根据提问、点评和重点分析等过程对学生的完成情况进行补充和深化。例如回复与再结晶章节，通过前章晶体缺陷的学习，这部分知识让同学们自学，将材料缺陷、形变等内容结合起来，探讨其中的紧密关系。此过程使得学生在教学过程中由被教育者转变为知识学习的主动探索者，自主地接收新学习任务的挑战；教师则由教学内容的传授者转变成教学内容设计者和教学过程引导组织者。通过这种课堂授课方式的改革，培养学生科学探索精神以及提高发现、分析和解决问题的能力。

(3)紧跟学科前沿的案例讲授。学习兴趣是学生上课认真听讲的动力，是提高教学成果的关键。以案例作为导向，在课堂上穿插一些相关知识点的前沿成果，按照素质、能力与创新意识培养的要求，构建系列课程的课堂教学体系，突出学习技能与创新意识的培养。将案例通过用丰富的图片和视频予以展示，使学生对案例内容形成直观立体的认识，同时通过典型性的案例更好地体现其应用性。建立对案例的直观认识后，将该案例涉及的问题提出，引导同学们用严谨的思维进行思考和讨论，完成师生之间的互动。如在二元相图章节铁碳相图的学习方面，结合生活中常见的铁碳合金，讨论碳元素对钢材料强度、硬度、塑性等性能的影响，更直观地认识铁碳合金相图中的各种相组成。同时，通过案例所用的图片和视频，让学生自主搜集国内外相关数据库，将最新的科技进展的图片、音视频等资料得以展示，提高教学内容的有效化，使同学们接收知识的观念从被动听课转为主动思考，从而改善课堂教学的效果，培养学生的学习及思考的主动性[5-6]。

(4)建立全过程课堂评价体系。全过程评价考虑学生在学习实践过程中的各个环节，消除对考试成绩、作业成绩等知识掌握最终评价指标的依赖性，建立学生学习过程的三维评价。除了知识技能评价外，充分考虑学生对学习过程和方法的评价要求，进行过程与方法、实践与态度的评价，如自学与思考能力、表达与交流能力、成果与努力程度等。全过程评价体系需要从前期、过程及效果等多个层面展开，包括学生前期预习情况评价、课堂互动过程评价、案例小组互助学习效果评价等各个环节。全过程评价体系的建立，可以将教师与学生之间形成一种合力，以此更好地锻炼学生的整体素质，帮助同学找到实际解决问题的短板，辅助教师及时更换教学方式，以适应不同知识背景的学生。

3 结 语

材料科学基础是材料类专业必修的主干课程，在“大平台，宽口径”的培养模式下建立突出共性教学、有特色的教学体系已势在必行。以学生为中心，激发学生学习兴趣为出发点，结合现代多媒体技术和发达的网络应用等多种丰富的教学媒介，对传统的教学内容、教学方法和考核体系等方面进行有效变革和探索，增加课程教学的趣味性，不断提升教学质量，是新工科建设下培养创新型人才的重要途径。