基于项目教学法的材料工程基础课程改革实践

徐照芸，李 东，张 笑

（1.北方民族大学材料科学与工程学院，宁夏 银川 750021；2.北方民族大学材料科学国家级实验教学示范中心，宁夏 银川 750021）

2021年宁夏回族自治区为全面提高教育质量，加快推进教育现代化，制定《宁夏回族自治区教育事业发展“十三五”规划》，要求积极引导部分地方普通本科高校向应用型转变，推动高校以应用技术类型人才培养为主要目标的整体或部分转型发展，增强高校工科专业学生的科技创新能力。北方民族大学是国家民族事务委员会直属六所民族高校之一，是培养造就服务支撑民族地区经济社会发展应用型人才的重要基地，我院材料科学与工程专业是国家级特色专业，依托当地企业实际需求，培养了大量高质量复合型应用人才。材料工程基础是材料科学与工程专业的核心基础课，是提高学生创新能力、理论结合实践能力及培养学生解决复杂工程问题的学习基础，是培养高质量应用型和实践型人才的重要途径。

1 目前课程教学现状

《材料工程基础》作为材料科学与工程专业核心课，目前在材料科学与工程专业大二第一学期开设，周学时为4，总学时为54。主要包括动量传递、质量传递、热量传递、物料干燥及燃烧计算等内容，作为一门专业基础课，涉及较多的实践性和实用性的专业知识，是本专业培养学生工程思维和实践能力的重要基础[1-2]。

1.1 学生个体学习基础差异大

北方民族大学担负着为少数民族和民族地区培养高质量复合型技术人才的重要任务[3]，大部分学生来自基础教育比较落后的少数民族地区，学生个体在基础知识及学习能力方面有较大差异。《材料工程基础》具有非常强的综合性和工程实践性，导致教学内容的理解难度较大，对于接受能力较弱的学生很难在规定教学时间很好地完成学习任务，而作为培养学生如何解决材料领域复杂工程问题的关键环节，很大程度上影响学生今后在本专业的研究和如何科学地解决工作中实践应用过程中遇到的问题的能力。

1.2 课程定位不明确，教学方法陈旧

《材料工程基础》课程中主要学习内容从基础的热量传递、质量传递过程到物料干燥、燃烧计算等综合工程问题的分析，在传统的教学中，课程内容之间缺乏关联，教师依次将内容进行讲解，学生被动记忆，学生对于课程内容的理解停留在简单的计算，缺乏有效的“教与学”之间的互动，学生参与度较低，对于无法理解的内容只能听之任之，最终导致学生学习材料工程基础的积极性下降。

2 项目教学法在材料工程基础课程中的应用

项目教学法是以教师引导、学生为主体、项目为主线的教学模式，教师通过对教学内容的整合分析，将学习内容设置于与生产实践相关的项目任务中，学生以小组协作的形式进行任务分解后共同解决问题，自主探索案例中的相关知识的工程实践意义[4]。这为学生提供了主动参与教学过程、自主协作、探索创新的教学条件与环境，实现了以教师为中心向以项目为中心的转变，促进学生创新能力的发展。

2.1 教学内容设计

（1）明确课程定位，整合课程内容。对照材料与工程专业培养方案及特点，明确本课程在学生培养体系中的定位，本课程为学生培养方案中的工程实践类课程，主要目标为培养学生解决实际工程应用问题的方法及思维，因此，在讲授课程内容的时候需要凝练出实际工程应用中常见重点知识，突出材料工程方面的技术要点。比如，干燥原理中通过干燥过程及特点等基础内容的学习，着重强调干燥时间计算及干燥过程的强化控制途径；燃烧计算中以燃料热工特性为基础，研究燃烧理论与过程，以解决怎样通过燃烧计算解决工业窑炉实际应用问题并实现“双碳”目标下燃料的燃烧过程控制与优化。结合项目任务对课程内容进行整合，利于突出课程重点内容，使学生能在短时间内掌握关键技术要点，培养学生在今后工作中对于实际问题解决的能力。

（2）凝练课程内容，设计项目任务。材料工程基础课程项目任务内容设计，主要是参照课程培养目标及教学大纲，基于学生对于课程基本知识记忆学习，教师对学生学情进行分析评估，规划项目内容，确定课程内容学生可以掌握并通过项目任务式学习学生能够灵活运用的章节进行项目任务内容设计。对于热量传递及质量传递过程中，以基础知识占比重较大，内容抽象繁杂，学生掌握程度不高，相比较在燃烧计算章节中学习内容更贴近生活及工程应用实际，学生能较好地掌握相关内容，可以作为项目内容进行合理设计，充分发挥学生自主创新意识，提高学生学习兴趣。

2.2 教学方法设计

（1）分班教学，采用基于项目的小组学习模式。材料工程基础中各章节内容在讲授过程中都具有较强的理论性和系统性，推导过程较为复杂，计算过程中有较多的过程条件和制约因素，因此导致学生对于基础知识概念不能很好地理解并熟练掌握，学生在面对枯燥的概念和复杂的推导过程缺乏学习动力，对基础知识的学习感到乏味。除此之外，当前课程的教学偏重理论教学，忽视与工程实践的联系，课程教学过程中主要采用的是以教师讲授为主的单向传递模式，学生对于相关理论知识因为理解不到位而缺乏学习兴趣。项目教学法是以项目为主线，教师依据教学内容，为学生提供明确的目标及任务，学生依据教师提供的案例，以小组协作的形式共同解决问题，动手查找资料，经小组成员集体讨论后，提出合适的解决方案，学生独立思考后形成自己的看法，教师最后进行归纳。在项目教学过程中，学生不仅能够建设性地投入到课程中，而且能够参与到前期的课程计划中去，为学生提供了主动参与教学过程、自主协作、探索创新的教学条件与环境，把学习设置于有工程实践意义、有趣味性的项目任务中，提高教学效果（见图1）。

图1 项目教学法在教学过程中的应用

（2）结合科研实践，提高学生兴趣。材料工程基础是一门与工程实践紧密结合的课程，但在日常教学中仍然过多采用传统的教学模式，在课堂上教师将课程内容进行讲解，学生对课程内容机械地学习，不能做到举一反三。本专业对毕业五年以上的毕业生进行反馈调研时，大部分学生都认为专业课程要加强与工程实践的关联性，提高学生学以致用的能力。因此，以源于科研实际工作的问题为依托，在教学过程中提倡提问和反思，通过小组讨论和再学习得以深入思考，激发并提高学生的学习兴趣，培养学生以科学的思维探索科学的方法，在实践感知中提高学生的学习质量。例如，在热量传递章节讲授中，学生对于热量的基础知识仅限于温度变化和能量守恒等浅显内容，将本专业教师承担相关科研课题中涉及的通过高温烧结炉中热场分布及模拟解决关键器件中气泡产生及聚集的基本方法介绍给学生，通过此类科研实际案例的解决，可以让学生对材料科学与工程专业体系有更清晰的认识，也可以充分的了解材料工程基础知识在科研及工程实践中的应用方法及手段，培养学生的工程素养。

2.3 教学手段设计

（1）引入现场式教学。为实现以课堂为中心向以获取实际经验为中心的转变，在材料工程基础课程授课过程中，除了采用传统教学中的板书及多媒体手段外，结合专业特点，利用实验室及科研平台，适当引入现场教学。例如，在讲授物料干燥章节，结合项目学习内容，组织学生自己动手做湿物料泥坯，通过实验室简单的仪器操作及泥坯干燥过程中学生自己观察并记录干燥过程，获得误差范围内的物料干燥曲线，并通过数据进行分析讨论；在讲授燃烧时间计算章节时，可以组织学生自行寻找各种燃料，在实验室里带领学生观察各自提供燃料的燃烧速率、燃烧状态，由此来简单判断各种燃料性质及燃烧性能。通过现场教学中高效的参与，提供给学生由基础知识到现场应用实践的机会，极大地增加学生对课堂内容的兴趣，取得良好的教学效果。

（2）线上线下多平台互补。学校为加强课堂多功能建设，引入智慧教室为师生提供了一站式学习与教学环境，在疫情期间，智慧教室与学习通平台均成为学生们非常熟悉的学习手段，因此可以将线下作为授课主体，其他平台为补充建立多平台互补的教学方式[5]，学生只要有电脑或手机，就可以方便地进入学习。同时，在授课过程中可以依托智慧教室对课堂情况进行录制，课后教师可以将录制视频下载后整合至学习通平台，学生可以随时观看回放并下载，可有效帮助学生自行复习，提高学习效率。为了提高教学效率，配合项目式学习任务的进行，还可以在线上平台中创建学习小组，所有组别可以一直保留在班级中，可以教学进程中随时使用。项目小组在完成任务过程中在平台中提交项目方案设计思路，提交项目方案，教师与学生进行线上实时交互活动，提高教学活动和交互性。各小组在完成项目任务学习后，可分别在平台上传各小组学习资料、讨论进程及学习报告，为教学考核和过程性学习提供有效的参考。

（3）增加开放式学习内容。为了弥补材料工程基础理论课缺乏相应的工业实习实践基地的现状，在质量传递等章节应用虚拟仿真实验可以对理论课程内容进行补充，将抽象的概念、定律和影响因素转化为具体、直观的动态现象，进一步加深学生对于相关理论知识的理解。对于燃烧计算章节，可以引导学生自行对目前我国采用的主要燃料及工业燃烧过程中存在的效率低、排放高的现状进行调研并组织小组汇报，邀请相关企业相关技术骨干参与评价学生调研结果并进行专业知识的讲授，将相关工程问题与课本知识相结合，使之紧密联系实践应用，深度了解实际生产现状，将前沿知识搬进课堂，开拓学生的视野，加强学生对本专业的认知，为培养应用型和实践型的高级专业人才服务。

2.4 评价方式改革

在传统的教学模式下，试卷是对教学质量考核的最主要评价手段，分数是衡量学生认真与否的标准，忽视了学生的主观能动和教学过程的评价。材料工程基础是一门与工程实践紧密相关的课程，是提高本专业学生实际能力和工业实践素养的关键环节，因此，在课程评价方法中着重评估学生的创新意识、实践能力和工程素养[6]。笔者在教学实践改革过程中将项目学习完成情况、课前课后自主学习补充到评价体系中，加大项目任务、课堂表现所占总成绩的比例，形成基础知识与工程实践能力综合考核的有机整体，提高学生学习的主观能动性，培养学生查阅分析信息资料、收集分析数据和撰写科技报告的能力，锻炼学生对所学理论知识的综合运用能力，提高学生综合素质、促进学生创新意识和工程能力的培养。

3 结语

本文针对民族高校材料科学与工程专业中材料工程基础课程的教学现状，把项目教学法融入课程教学过程中，系统地对课程教学内容、教学方法、教学手段和评价方式进行改革，积极引导学生自主学习，提升学生的探索能力和创造力，加强学生工程实践能力的培养，促进学生在材料及化工领域的就业率和就业质量，是课堂教学和工程实践整合的有效积极地教学方式，对相关课程改革具有一定的借鉴意义。