基于创新型人才培养模式的“材料工程基础”课程教学改革研究*

蒋正权，张伟敏，金业铭，蒋爱云，郝用兴，仝玉萍，杨中正，陈 希

(1 华北水利水电大学材料学院，河南 郑州 450045；2 华北水利水电大学法学院，河南 郑州 450045；3 黄河科技学院工学部，河南 郑州 450063)

科技是世界发展的基石，而材料是支撑科技发展的根基，二者的重要性均不言而喻。《“十四五”原材料工业发展规划》聚焦“新材料创新发展、低碳制造试点、数字化赋能、战略资源安全保障、补链强链工程”等五大领域，规划建设全球重要原材料研发、生产、应用高地，全面提升新材料产业竞争力，实现全球领先的绿色低碳发展[1]。材料是现代高科技与经济的重要组成部分，也是高新技术的突破口。材料的发展关乎国计民生，先进新材料的战略意义日益凸显[2]；而人才是国家发展的原动力，我国材料学科创新型人才培养亟待加强。

《材料工程基础》是一门工程实用性很强的核心专业课程，其理论来源于生产实践，又服务于生产实践的各个过程。随着我国多种战略性新材料的高速发展，相较于传统课程而言该课程的培养目标无疑要求更高。因此，《材料工程基础》课程教学模式改革刻不容缓[3]。本文立足于“以学生为本”[4]，聚焦国家发展大计，基于材料专业创新型人才培养教学中存在的问题，深入剖析其原因，深化《材料工程基础》课程教学模式和教学策略改革，并提出有效、可行的解决方案。

1 材料工程基础课程及其教学现状

1.1 课程介绍

《材料工程基础》课程阐述了材料科学与工程的理论基础及其在材料加工工程中的应用，介绍了材料的成分、加工工艺、组织结构和性能之间的关系以及热量传递和物质迁移等过程。通过对本课程的学习，可以使学生对材料工程的概念和内涵形成比较清晰的认识，较系统地了解材料工程涉及的材料制备原理等，有助于培养学生良好的逻辑思维和正确分析、解决材料工程实际问题的能力，为进一步学习材料学科其他专业课程打下良好的基础。

1.2 教学现状及问题分析

《材料工程基础》是材料科学与工程相关专业本科生由专业基础课向专业核心课转变的一门重要的专业基础课程。该课程概念繁杂，新概念晦涩难懂，内容抽象，公式复杂；学生在该课程学习过程中普遍反映学习难度大、内容枯燥乏味。相关具体问题分析如下：

1.2.1 教学内容滞后科技进步

材料的发展日新月异，而相关教材的更新相对滞后[5]。随着材料科学的发展，主流材料企业逐步淘汰传统工艺，新兴技术发展势如破竹。但目前《材料工程基础》课程所使用的教材大多较为老旧，教学内容陈旧，难以适应材料科学与技术的发展。这就迫切需要本课程将材料工程领域的最新发展、最先进理论如材料类高新技术企业最新流程工艺融入课堂教学。

1.2.2 社会不良风气的影响

材料科学、生物学、化学及环境科学四个专业的人才培养需要较长的时间周期以及较高的人力、财力、物力投入；这在社会上造成了一定程度的误解，甚至戏称其为“四大天坑”专业。其中的材料专业口碑堪忧，考生的第一印象也往往不佳。这使得众多考生对材料专业敬而远之甚至避之不及；即使部分考生因为各种原因选择该专业，多半也是被动调剂所致。

1.2.3 学生缺乏学习积极性

据统计，我校材料专业的大部分学生来源于专业调剂，对本专业的学习缺乏信心与热情。由于对专业的了解不足，部分学生对材料专业的学习产生抵触心理，出现学习障碍。与此同时，由于缺乏约束，部分学生沉迷于电子游戏，课堂状态不佳，无法有效吸收课堂教学知识，更兼课后无法主动抽时间复习，疲于考前突击应付，结果形成恶性循环，学习效果欠佳。

1.2.4 学生缺乏钻研创新精神

传统教学模式下，老师传授知识，学生被动接收；大部分学生的学习局限于老师课堂讲授内容，缺乏探索和钻研精神，难以做到知其然、更知其所以然，以及举一反三、融会贯通。遇到疑难困惑，部分学生不是主动深入探究，而是直接向老师寻求答案，存在较强的依赖性。且由于目前普遍采用的考核方式为卷面考试，学生为了“评优”、“评先”而过于看重分数的高低，忽视了钻研精神和创新能力的培养，难以全身心融入科研训练、生产实践之中，独立思考和解决问题的能力不足，创新意识缺乏。

2 教学模式研究与构建

强化课前、课间、课后“三课计划”[6]。课前预习常规化：引导和鼓励学生充分利用课余时间，提前了解课程内容，减轻课堂教学压力；课间学习主动化：充分调动学生课堂学习的主动性和积极性，深化思政融入，活跃课堂气氛；课后时间复盘化：督促学生课后进行知识再巩固，思想再融入，改善学生学习成效。

2.1 课前阶段

课程教学团队提前公布教学计划(教学目标、内容、方式和安排等)，针对教学大纲中章节内容和学习目标，明确本节课程学习任务，制作简明扼要的学习指导。利用学习通等线上教学平台，上传对应的学习视频和课件，开辟专题讨论区并设置引导性问题。学生从学习任务与学习指导中获取学习线索，观看教学视频，预习教学课件，并完成课前评价性测验。本阶段主要是学生的自主学习，教师设置好情境和引导问题，由学生自主完成。课程教学团队积极评价学生对引导性问题的讨论和回答，并根据评价结果有针对性地加强薄弱环节的指导。以《材料工程基础》课程中非晶态与半晶态材料章节为例，该章节是本课程一大重难点，要求学生掌握非晶态的特征、粘性变形及玻璃转变温度等内容。课程组教学团队首先在学习通创建并发布章节学习任务，由晶体材料作为引入，通过晶体材料与非晶体材料的对比，带领学生快速了解非晶态的结构特征。然后在讨论区设置问题：晶体材料与非晶体材料的异同，引导学生对知识加以梳理。最后，针对预习内容设置简单测验，检查、分析学生预习成效，为课堂学习做好铺垫。

2.2 课间阶段

充分利用学生课前自主学习成果，根据课程具体内容特点，灵活选用集中讲解和小组讨论等教学方式。给予学生更多表现机会，积极评价和鼓励学生，激发学生学习兴趣，使学生充分参与到课堂学习中。为进一步检查学生的学习效果，针对特定内容学习目标实施随堂检测，并根据实时结果反馈，对学生掌握程度较薄弱的环节即时进行强化讲解。与此同时，在课堂上引入与网络热议话题相关的材料工程问题，结合课程教学团队科学研究进展和高精尖领域科技发展，适时融入相关思政案例[7]，激发学生爱国热情与学习热情，培养学生大国工匠精神。

2.3 课后阶段

课后学习同样是学习环节中的重点。根据课堂教学内容布置课后作业，强化知识运用，并可适时布置课后自测，进一步强化学生对所学知识的掌握。本课程采取以宿舍为单位划分学习小组的方式，在完成某一知识点的课堂教学后，组织小组成员之间、小组与小组之间互相答疑，共同参与课程重点和难点的讨论。在完成各章节内容课堂教学后，布置思维导图作业，引导学生自行构建材料工程基础知识体系的各个分支，为最终拼接汇成完整知识体系奠定基础。在此基础上，根据课堂学习和作业完成情况，以小组为单位进行学习评比，更好地激发大家的学习兴趣。

3 教学策略改革与探索

3.1 深化“我来出考题”教学环节

传统的教学方法以教师讲授为主，学生往往处于被动接受知识的地位[8]。《材料工程基础》作为核心专业课，必须注重培养学生独立思考和解决实际生产实践问题的能力。目前，学生对课程学习重、难点的把握过于依赖教师“划重点”环节，考前突击司空见惯。为消除此不良现象，在教学过程中引入“我来出考题”环节，由学生对各类试题进行剖析并尝试自主设计期中、期末试题，供课程教学团队审核选用。该环节将学生理论知识学习与教学进程紧密关联、共同促进，有助于强化学生对相关理论知识的理解吸收、融合贯通。同时知识的学习不再局限于教科书中死板的理论，学生通过跳出课本进行换位思考，可更好地养成主动学习态度，激发独立思考和创新意识，培养创新能力[9]，增强对材料专业的成就感和认同感，从而升华教学效果。

3.2 推广实施后排“加分座位”政策

在线下教学实施环节中，学生抢占后排座位现象普遍。因后排座位距离教师和讲台较远，教师的注意力在讲授过程中难以有效覆盖，后排座位便成为部分不主动参与课堂学习学生的“天堂”。从学习状态和学习效果来看，抢座前排与抢座后排学生的差距明显。为杜绝这一现象，使更多学生主动融入课堂教学状态，推广实施后排“加分座位”政策。有针对性地对后排同学进行特别关照，加大提问力度，提高后排座位同学的存在感和课堂参与度，促使这部分学生“主动”抢座前排、积极融入课堂教学环节，激发其学习热情。

3.3 加强实施“一人卡壳，全寝帮忙”的问答模式

宿舍作为学生学习生活的重要载体，也是构成本课程学习讨论小组的单元，而单元成员的配合状态显著影响其课堂参与度和学习效果。为调动学生学习的积极性，在课堂提问环节以宿舍为单位，实施“一人卡壳，全寝帮忙”的问答模式，被提问者回答问题不明确、不清楚，发动宿舍成员帮忙回答。这样既有利于培养学生的团队意识，又可增强学生的专业素养，形成宿舍成员相互督促学习的良好循环。

4 实践教学环节的引入与实现

作为重要的核心专业课程，《材料工程基础》的实践性较强。作为教学的重要环节，在实践教学中要积极探寻丰富多彩的实践形式，实现理论与实践的有机结合[10]，不断优化教学效果，提高学生表述问题、分析问题、解决问题的综合能力，以适应材料类创新型人才的培养需要。

4.1 课堂实验方案优化升级

课堂实验教学对培养大学生创新精神和实践能力尤为关键，可激发学生对高新科技发展的关注。但现行实验教学方案更新缓慢、内容老旧，严重滞后于科技发展。因此，以完成实验教学培养方案为基础，结合课程教学团队科研项目研究进展和高精尖领域科技发展，将验证性实验和开放式实验相互结合，及时更新实验教学内容与实验设备。在本学期《材料工程基础》实验课程中，课程组教学团队将纳米润滑材料引入实验教学，增设摩擦磨损实验和静电纺丝实验，加强专业理论教学与专业实验教学的衔接。同时持续改进课程实验教学体系，引导学生思考并设计材料工程基础实验[11]，以推动具备卓越综合能力的材料专业创新型人才的培养。

4.2 校外实践项目深化三端协作

在本课程校外实践阶段，引入高新技术企业一线专家实施项目端创新教学，深化“三维联动”培养体系。课程教学团队与企业专家建立了华北水利水电大学-河南黄河旋风股份有限公司大学生校外实践教育基地，并联合相关企业立项创新科研课题，课题源于企业“卡脖子”难题，引导学生全方位、全过程参与课题相关科研工作，研究成果最终贡献于企业发展。通过需求端、供给端、服务端“三端”协同发力，有效打破高校和企业间的技术壁垒，拓展形成材料类创新型人才培养和供给新路径。同时组织学生深入企业生产一线进行顶岗实习，在企业专家的指导下，感受材料专业的魅力，培养和增强学生的专业认同感及专业自信心。

5 课程改革总结与展望

为了适应材料专业创新型人才的培养需要，《材料工程基础》教学改革势在必行。教学内容更新迎合时代发展潮流，引领学生跟踪相关前沿高新科技的发展动态；教学模式建设合理规划学习过程，提高学习效率，改善学习效果；教学策略探索丰富教学方式，充分调动学生学习积极性；实践教学引入拉近学生与科学研究的距离，启蒙学生的科研创新精神。课程的建设与改革内容深远、综合性强；本文基于《材料工程基础》教学模式与教学策略的改革与探索，强调引导学生主动沉浸于材料专业知识学习，将个人理想与专业发展紧密结合，以助力材料专业创新型复合人才的教育培养。