学科竞赛提升材料专业基础课程教学＊——以金相大赛为例

董家亮

（贵州民族大学材料科学与工程学院，贵州 贵阳 520025）

引言

材料是指人类可以利用的物质，材料的历史贯穿人类的整个文明，人类文明可以根据不同材料的使用，划分为旧石器时代、新石器时代、青铜器时代、铁器时代等，由此可见材料的发展对人类社会具有极其深刻的影响[1]。材料的发展也标志着人类进步，材料的设计和制造工艺推动着工程技术的发展。一种新材料的出现，必将有力推动文明的进步和技术的发展。因此，材料是工业的基础之一，高等教育中培养高素质新时代材料类专业人才是社会发展、国家发展的迫切要求。材料专业主要包含材料科学和材料工程的两个领域，掌握材料的制备与组成、组织结构和性能之间的映射关系，专业课涉及的内容比较丰富，难度比较大，如何提高材料专业课程教学质量是焦点问题。其中，金属材料是至关重要的方向，在金属材料专业的人才培养方案中，如何提高教学质量，提升教学效果，培养大学生分析和解决材料领域问题的能力是焦点所在[2]。材料学科的飞速发展对教学又提出了新的要求，创新性人才的培养要求有创新性教学内容的加入，因此对现有的教学大纲、教学内容及教学方法进行创新性改革是我们面临的一个艰巨任务[3]。全国大学生金相技能大赛是在2012年由清华大学等高校联合发起的一项大学生赛事，后成为一项全国性大学生赛事，并得到教育部有关部门认可。该赛事贯彻落实“以赛促教、以赛促学、以赛促创、赛教一体”，积极参与学科竞赛，对提高材料科学人才的培养质量起到明显的促进作用。

一、专业课程教学中存在的问题

1.课程内容多，理论深奥，学习枯燥

材料专业课程内容非常丰富，涵盖晶体结构学、扩散、材料塑性变形、相图、相变以及材料物理化学等相关内容，课程中的知识点繁多，理论性强，学生学起来相对比较枯燥，容易产生厌学情绪。遇到不能深入理解知识点时，学生就会产生排斥情绪。特别是，材料专业基础课程的授课中普遍存在许多专业概念难以理解，学习兴趣受挫。对应地，遇到学生不认真学习、消极对待授课时，教师的教学热情也会被消磨降低，从而使教学气氛差，师生无法互动，教学质量低下。

2.教学方式单一，教学方法陈旧

目前专业课的教学主要教师讲授为主，学生深入学习的兴趣比较低，仍然停留于较低的认知层次。同时由于理论推导、公式证明过程比较难，所以基础薄弱的学生经常对此漠不关心。此后形成恶性循环，对于专业课程相关内容不能充分理解，没有积极的正面反馈，学生的学习积极性越小，学习效果越差。

3.课程安排不合理

材料专业作为工科中非常重要的一个领域，它的本质更是一种实践学科。不仅要传授学生专业知识，更重要的是通过专业课程的学习，培养学生的创新思维和分析问题、解决问题的能力，培养学生在材料领域从事教学与研究、技术开发与生产及经营管理等方面工作的能力，成为推动社会主义市场经济发展的全面发展的高素质人才。因此专业课程内容广泛。但是目前存在为适应人才培养的需要，减少材料专业基础课程课时的情况，造成不少知识点不在授课范围，同时高校尽管也重视实验教学，但重视程度仍然不够，特别是学生的主观能动性不够，而且实验教学由于课程安排的限制，学生实践学习的效果不佳。课程安排不合理，必然导致教师侧重于考点的教授，忽视了对学生在专业课完整框架的构建，，学生综合素质的培养在一定程度上被弱化了。

4.教学评价单一

传统教学模式中，学业的评价标准主要是以平时成绩和期末考试成绩为主，教师的终结性评价占据绝对作用，而学生在学习过程中的过程性评价被忽略了，这种评价标准没有考虑到工学一体理念，并没有对标实际工作[4]。考核评价方式不全面，学生真实的学习效果没有被真实体现，出现存在只为混学分的学生的情况，同时也会导致学生中不良的学风。

二、以赛促教，促进教学提升

1.促教一线教师交流，提升教学质量

高校实验教学一线教师缺乏交流机会，闭门造车，教学方案改进、教学质量提升有限。以金相大赛为契机和依托，可以多次开展实验教学研讨会，针对教学内容和教学方法等各个方面开展交流分享，大大提高各参赛高校的材料学科实验教学水平，促进实验教学质量提升。通过参加学科竞赛，教师更加深入地了解了一体化课程模式，将理论教学和实践教学融为一体，将专业学习和工作实践融为一体，将能力培养和教学工作融为一体。老师们的教育理念有了很大的转变，更加深刻的认识和理解了全新的教育理念，将之充分应用到日常教学当中。依托学科竞赛，高校教师们可以不断改革教学方式，丰富教学内容，创设出很多富有创意的课堂形式和内容，通过创新不断激发学生课堂学习的效率，从而显著提高教学效果。以笔者为例，笔者所在学校承办了2022年贵州省首届金相技能大赛，这种“以赛代训、以赛代学”的形式，促进贵州兄弟院校之间相关学科的发展和交流协作，提高了省内高校大学生的动手实践能力和竞争意识，促进学校、教师进一步重视加强实践教学，培养学生的“工匠精神”，践行“以赛促教、以赛促改、以赛促学”的宗旨，不断激发学生的创新意识和提高创新能力。

2.促进实验教学建设

尽管材料科学与工程一级学科下设了若干二级学科，专业课程设置中也包括了实验教学内容，但是实验教学内容各有不同各有侧重。而实验动手能力以及通过实验发现问题、分析问题最终解决问题，是一个材料学科学生必须具备的基本功。实验样品制备则是实验动手能力培养的最基本内容。不同种类的材料其样品制备技能方面存在着相似之处，可以相互借鉴。从各高校教学水平的参差不齐以及实验教学条件限制角度考虑，金相技能门槛低、对实验设备的要求不高，一般院校都可以开展正常的教学和赛前训练；对于金属材料工程专业之外的其他材料类专业学生来说也存在简单易学、上手快的优势。笔者所在学校承办了2022年贵州省首届金相技能大赛，以此为契机，规范和发展了金相实验室建设，在金相大赛的带动下，突出基础实验教学的重要性，陆续开始投入经费对教学实验室进行改造，对实验教学的实验仪器、设备进行更新换代，为学生创造了更好的实验条件。以金相大赛为抓手，促进实验教学改革和建设，最终实现“以赛促教、以赛促学、以赛促改”的目标。

3.理论实践相结合，提升教学效果

参加技能大赛的学生为材料专业的大学生，多数为金相材料类专科课程或者即将开始专业课程的学生。全国大学生金相技能大赛的训练过程其实就是一个专业学习过程：如何制备出一个能准确显示材料真实显微组织的样品，本身就已经涉及了材料结构、性能的一些基本知识；更何况选手在平时的训练过程中还需经常性地在指导教师引导下思考并解决制样过程中出现的问题，这需要选手进一步去学习和掌握相关的基础理论知识[5]。所以，金相技能不仅仅是制备出一个通过机械性的重复训练制备出一个合格样品的技能，更包括了对制样过程的分析、对样品性能的把控、对样品结构的认识，甚至包括选择合适设备、耗材的能力。在这一过程中，学生可以将课堂上讲授的专业理论知识，充分与动手实践相结合，学习效果得到显著提升。在这种积极、正面的反馈中，学生学习效率会大大提高，创造性得到最大限度的激发。

三、学科竞赛引入课堂，提升教学质量

在我国高等教育教育取得巨大成就并已经进入普及化阶段的背景下，应用型人才培养近年来已经成了普通高等学校普遍关注的问题。具体到材料学科，材料是一门实验学科，材料领域绝大多数成果的取得都是建立在科学、严谨的实验基础上的。因此，实验技能的培养更是材料学科大学生培养的重要组成部分。因此在材料专业课程教授上、材料专业人次的培养上，就要求我们加强学生基本实验技能的培训，引导学生重视基本实验技能的培训。将学科竞赛引入课堂，理论联系实践，提升教学效果，同时也提升了学生学习的自主性。

1.学科竞赛内容与教学有机结合

金相大赛主要考察金相制样技能，一般指的是通过预磨、抛光、腐蚀等程序对一块材料样品的表面进行处理，以使其在光学显微镜下显示出清晰的显微结构。

金相大赛的内容与课程教学可有机结合，提升教学质量。例如，在相图章节中，我们主要学习了合金、组元、固溶体与化合物、相、组织等相关内容，其中主要以Fe-C相图为例引入相关内容教学。因此在相图相关章节课程的教学中，将金相大赛中采用的试样的组织加入理论教学中去，同时在课程实验教学中进行金相实验，两者有机结合，丰富了材料学科课程教育的内容。

参加金相大赛的主要为大二和大三的学生，刚开始或者正在材料专业基础课程的学习。将金相大赛引入到教学中，可以充分起到调动学习主动性与积极性作用，不断激发学生的学习兴趣，提高学习效果，最终使学生具备扎实的材料科学知识的基础。将金相大赛融入材料专业课程的课堂教学中，提高学生的动手实践能力以及分析问题、解决问题的能力，能使学生进一步理解和并把握材料学中的相关概念，提高学生作为一名材料人的科学素养。同时，学科竞赛获奖的学生对后面的学生起到很好的引导与促进，起到模范带头作用，让低年级的学生意识到扎实材料专业基础的重要性，真正起到“以赛促学”的作用[6]。

2.磨炼品格，培养工匠精神

我们要承认，目前教师教育学生侧重点仍然是限于专业知识的传授，而对于学生的品格教育仍然欠缺[7]。技能比赛前的训练过程是一个极为有效的育人过程。诸如金相制样这样的训练更是如此：枯燥、乏味，大多数时间都是机械性重复操作，没有一定的毅力是不可能坚持下来的。只有能够静心忍受寂寞勤学苦练才能真正成为工匠。高校学生在这个过程中培养了一种工匠精神，就是在以后的不管什么工作岗位上，要将一件非常简单的事做到极致、做到完美。

3.丰富教学内容与形式，完善考核评价方式

材料专业课程涉及物理学、化学、分析测试技术等多个学科，课程往往涉及较为抽象的知识点。而将学科竞赛引入课堂，通过理论联系实践，有助于学生深入理解相关知识。例如通过金相实验课程，了解了纯铁、球墨铸铁、低碳钢等不同材料的组织特征，结合课堂关于不同成分、工艺对组织性能影响的相关内容。将书本上理论知识与动手操作得到的实际结果相对应，提高了学生对专业知识的掌握。教学内容与形式进一步丰富，课堂教学趣味性得到显著提高，也给了同学们积极反馈，提高了对专业课程学习的主动性。

此外，一般的考核方式主要以平时考勤作业和期末试卷为主。事实上，这种评价标准不但不能真实反映出学生的学习效果，反而会让部分学生“鱼目混珠”。因此，我们将学科竞赛引入教学，丰富考核方式。按照金相技能大赛操作标准，进行金相实验，按照统一标准进行打分。另外撰写实验报告，根据所学的理论知识对实验结果进行分析，针对实验过程中出现的问题（如麻点问题等）提出解决方案，并进行验证。将学科竞赛引入教学中，学生的学业评价方式就不再是单一的教师评价。采取多种评价方式能够激发出学生学习的主动性，同时也避免了传统考核方式中存在部分学生仅靠抄袭“作业”、刷“出勤率”以及“期末考试背答案”来“混”学分的现状[8]。

结语

本文分析了材料专科课程教学过程中出现的问题，探讨了学科竞赛-金相大赛为例，对教学质量的提升。金相大赛促进了一线教师的交流，促进了教学内容、教学方法等内容提升，提高了各参赛高校的材料学科实验教学水平，同时也促进了高校关于实验教学建设。另一方面理论联系实际、丰富教学方式和评价方式，激发学生的学习主动性，培养学生勇于创新、敢于攻坚的科研精神，践行“以赛促教、以赛促改、以赛促学”的宗旨，激发学生的创新意识和创新能力，培养大学生的“工匠精神”。