材料科学与工程专业教学改革的若干思考*

李 盼，薛郑州，刘应敏，许雪霞

(商丘师范学院化学化工学院，河南 商丘 476000)

1 材料科学与工程专业的现状

材料科学与工程专业最初开始于20世纪70年代的美国，它是随着科技发展和社会进步而诞生的一门工科专业。目前，由于经济发展对于材料的需求日益俱增，新材料领域得到迅速发展，我国大多数理工、综合类大学先后开设了材料科学与工程专业[1]。材料科学与工程专业正式成为一门独立的学科已经有近五十年的历史，它渗透到与材料结构、性质和应用有关的诸多领域，受到了世界各国的高度重视[2]。目前，中国40余所高校材料科学与工程专业通过工程教育专业认证，大大提高了中国材料工程教育的国际影响力和竞争力[3]。材料类专业是专业布点数最多的工科专业之一，材料类专业人才培养质量对于中国工程教育的整体质量具有决定性影响。因此，各大地方高校正在积极寻求转型发展，如何培养出高素质的材料科学与工程复合型人才已成为各国的共识[4]。

随着信息和科学技术的爆炸式发展，对材料科学与工程专业相关课程内容的设置要求越来越高。然而，材料科学与工程专业部分课程体系的教学内容过于陈旧，课程内容枯燥、抽象，新时代下材料科学领域的发展状况以及一些新材料的最新研究进展等内容严重缺失。此外，国内大部分高校教师在讲授材料科学与工程专业相关课程时，仍然采用传统的多媒体教学模式，教师在讲台上通过 PPT 的形式一味地将自己的理论知识“灌注”给学生，缺少与学生互动，学生的积极性和参与度不高。另外，大部分学生只是“机械”地接收，并没有经过大脑的思考吸收转变为自己的知识，学习效果较差。目前，材料科学与工程专业相关课程内容及教学方式等已经不适用当前社会发展的趋势，严重阻碍了高素质创新型人才的培养， 因此， 改革材料科学基础课程的体系迫在眉睫。

2 材料科学与工程专业的课程建设探索

2.1 整合优化教学内容

材料科学与工程专业人才培养的核心是围绕材料组成与结构、表征、制备和性能等方面展开，开设了相关的专业基础课程、专业核心课程和专业方向课程。根据企业对高质量毕业生的需求，学校与企业共同制订人才培养方案，筛选出核心课程，对部分课程进行整合，让课程标准与企业岗位标准对接。以工学结合的专业核心课程建设为重点，与企业密切合作，共同构建基于职业岗位工作过程导向的工学课程体系和课程内容。根据创新型、应用型人才培养的特点和规律，结合岗位要求，加大课程体系，不断更新教学内容，着重加强实践教学环节，以提高学生的实践能力和职业素养为核心，建立多样性与专业性培养相统一的教学机制。同时将职业道德、职业素养、安全教育等思政教育融入理论和实践教学环节中去，强化课程思政建设，提升育人效果。

以商丘师范学院材料科学与工程专业为例，为了开阔学生的视野，开设了功能材料概论和光电材料导论等几门科学前沿课程。这些课程主要介绍光功能材料，电功能材料，光子晶体、超材料等新型微纳光电材料与器件，在讲授基本知识的基础上，介绍一些相关领域近年来的最新研究进展和应用成果，使教学内容跟得上最新研究成果，让学生及时了解学习最新的材料知识，了解科技前沿领域最新的研究进展，为学生将来从事科研工作打下良好的基础。

2.2 改进教学方法

翻转课堂是运用现代技术实现知识传授与知识内化的颠倒教学模式，是一种师生互动，激发学习兴趣的有力手段，真正体现以学生为中心的教育理念[5]。传统的教学模式一般是老师在课堂上讲课，让学生做作业巩固学习内容，然而在大学教学中，课堂时间有限，老师很难将教学内容全面而细致地讲授，学生也不能保证每一节课都精力集中，而翻转课堂可以有效解决这一问题。翻转课堂着重表现为“先学后教”，这样的教学模式使教师从传统课堂中的知识传授者转变为学习的促进者和指导者，通过翻转课堂不仅可以解放教师，提高课堂效率，同时还可以提高学生的学习能力、创新能力、思考能力、动手能力。

在教学过程中，通过积极探索，形成了线上线下相结合的教学模式。课前教师提前做好线上教学规划和安排，在学习通上整合课程体系，将课程知识系统化，提出明确的学习目标和学习任务，真正实现学习有内容、有质量、有效果的学生自主学习过程。课上采用翻转课堂的形式让学生讲解，检验课前预习效果，充分调动学生课堂参与的积极性；课后学生可以重复观看教学视频，及时巩固知识，同时教师可以布置相关的练习或者进行知识拓展，让学生利用课上所学理论知识解决实际中的问题，培养学生分析、解决问题的能力。

以“功能材料概论”为例，把课程内容分成几个模块，将学生分为多个小组，每个小组可以根据自己的兴趣，选择出一个具体的功能材料。小组长带领组员一起查阅相关文献资料，包括材料的发展历史、材料的结构性能、最新研究进展，以及自己对此材料的创新性想法，并制作成PPT在课堂上进行汇报。教师对汇报的内容进行打分、点评并给予补充。“授人以鱼不如授人以渔”，传授给学生知识，不如教给学生获取知识的能力。在小组汇报过程中，学生作为学习的主体，教师充当引导者的角色。通过这个过程，一方面能够培养学生对文献的综合分析能力，调动学生的学习积极性，另一方面也可以提高学生的团结协作能力。

2.3 强化实践环节

在材料科学与工程专业的课程教学过程中，“重知识、轻实践”的传统教学模式容易导致学生思想僵化，不利于复合型高素质人才的培养。许多高校由于教学条件的限制，在进行实践环节时多以老师讲述、演示为主，而忽视了对学生基本动手能力及知识综合应用能力的训练。因此，在教学过程中，应该以学生为中心，实行理论教学与实验、实训、实习教学的有机融合，融“教、学、做”为一体，由教师和工程师全面培养学生的技术应用能力和职业综合素质。以化学化工学院材料科学与工程的专业实训为例，在进行化工原理实训之前，老师先让学生预习将要进行实训的内容，同时让学生归纳本次实训所用到的知识点；在实训过程中，让学生自己动手操作，遇到问题时启发学生找到解决办法；在实训结束之后，让学生完成思考题的解答，让学生在实践中开拓自己思维，增强自己的动手操作能力。此外，还可以采用“项目教学法”，将专业能力分解成若干项目，学生在教师或工程师指导下独立完成各项目。学生在项目实践过程中，理解和掌握课程要求的知识和技能，学会了分析问题和解决问题的思想和方法。通过课程内容与职业标准对接、教学过程与生产过程对接，着力培养学生的创新精神和实践能力，彻底解决教学内容与岗位要求脱节的现象。

商丘师范学院化学化工学院现有 3 个校内实训基地(电化学实训室、锂离子电池实训室、太阳能电池实训室)，目前也与河南顺之航能源科技有限公司、河南金迈科科技有限公司、河南赫联新能源科技有限公司等建立了良好的合作关系，通过学校和校企之间建立校内实习实训基地，使学生亲身体验企业实验室工作，更多了解现代化生产实际情况，将所学基础理论知识与实际生产紧密地联系起来，将学校里所学知识技能转化为实践能力，极大地增强了学生的实践能力。

2.4 培养大学生的学习积极性

大学是学生接受高等教育的场所，同时也具有向社会输送人才的职能，大学生作为国家的未来，是国家在未来发展中的最为重要的中坚力量，因此学生在大学阶段应努力学习专业知识与技能，争取为国家的建设添砖加瓦。而大学生的学习积极性的高低不仅关系到其学习效果的好坏，同时也关系到其专业知识与专业技能掌握的牢固与否。

随着高等教育的普及以及网络时代的到来，高校大学生学习积极性不高已经成为一个普遍现象，在教学过程中，想要获得良好的教学效果，就必须让学生积极主动地参与到学习过程中，重视对学生学习积极性的培养。传统的教学模式是“以教材为中心、以教师为中心、以教室为中心”[6]，其本质是以传递书本知识为核心，这种灌溉式的传授模式并不能激发学生的学习积极性，因此，在高校教学中应以学生为中心进行教学，针对不同的学生进行因材施教，经常与学生互动，启发学生积极地进行思考，使学生在思考和实践中增强对本专业的兴趣，提高学生的学习积极性。以化学化工学院材料科学与工程专业为例，在大一上学期就已开展“材料科学与工程导论”这一课程，使学生明白材料科学与工程专业的重要性，提高本专业学生的学习兴趣。同时学院在每学年的最后两周都会开展专业实训，比如在进行甲基丙烯酸甲酯的本体聚合(有机玻璃)实训时，让学生在自己动手实验中体会到材料世界的奥妙，提高其学习积极性。

2.5 提高大学生的创新能力

创新型人才的培养已成为一个国家国际竞争力和国际地位提升的重要决定因素，创新能力是促进大学生全面发展的重要因素。然而传统的教育模式往往忽略对大学生创造性思维的启发和创造能力的锻炼，致使大学生在学习以及实践中缺乏自信、探索意识和冒险精神，不善于把握机会和创造条件，创新知识基础相对薄弱。因此，高校可以组织相关学科的知识竞赛、创新创业计划，弥补教师课堂教学的不足，发展学生创造性思维。以商丘师范学院化学化工学院为例，其利用课余时间举办化学工艺创新设计大赛，不仅给学生提供一个在教师指导帮助下自行开展课题的机会，而且能让学生自行设计实验，并就实验过程中存在的问题发表自己独特的见解，同时也让学生在与评委老师们一问一答中开拓自己的思维、培养自己的创新意识。

此外，科研创新训练是激发大学生的创造性思维和提高大学生实践能力和创新能力的有效途径之一，在大学生的创新能力培养中扮演着非常重要的角色[7]。商丘师范学院具有百名具有博士学位的教师，并且具有相应的科研项目。因此，教师可以开设一些创新综合性的材料专业实验，提出一些思考题或者拓展题，启发、引导学生思考，让学生通过预习提交预习报告，自行设计实验所需要用到的材料、仪器设备、实验方法，并考虑实验时的注意事项。这样学生才能真正做到自主思考，进而掌握实验原理、方法，自行处理实验数据，分析实验结果，独立思考并找到解决问题的方法，培养学生的创新能力。

3 结 语

材料科学与工程专业的发展通过学科相互交叉、渗透，最终形成具有共同理论和技术基础的大材料科学。当前我国材料科学与工程专业的发展得到了难得的机遇和严峻的挑战。在新工科的时代背景下，社会对材料科学与工程专业人才的培养提出了全新的要求，培养创新性和适应性人才是材料专业人才培养的基本目标，必须从教学内容、教学方法等方面进行全面改革，以满足新工科背景下对本专业人才的要求。