“工程材料”课程在新工科背景下的教学改革

徐 怡，王 琳，赵素晶，韩 林

（河海大学 力学与材料学院，江苏 南京 211100）

引言

2016年，新工科概念提出后，教育部高教司经过反复研讨、调研和论证，于2017年正式推出“新工科”计划，并先后形成了“复旦共识”“天大行动”“北京指南”的新工科建设“三部曲”［1］。按照教育部的部署，工科优势高校组、综合性高校组和地方高校组都积极响应与启动新工科建设战略［2-4］。在此背景下，高等教育迎来新的机遇与挑战，课程教学改革势在必行。

河海大学“工程材料”课程是自1952年学校创办建筑材料教研室以来，面向全校水利工程、土木工程、水务工程、农田水利工程、港口航道工程、交通工程、给排水工程、力学、材料以及工程管理等多学科专业方向学生开设的学科平台课。课程在建设过程中，强化学生的价值塑造，全面推进课程思政建设；在理论教学中，紧密结合行业发展前沿，不断改进教学方法，更新教学内容，完善新工科人才培养知识体系；在实践教学中，突破传统实验教学模式，按层次递进，依托科教融合实践平台和创新创业平台，强化学生创新能力的培养。2021年，课程获批江苏省首批一流线下课程。

一、新工科背景下“工程材料”课程教学改革目标

河海大学是以水利为特色、工科为主、多学科协调发展的教育部直属全国重点大学，我们的课程结合学校“中国灵魂、国际视野、河海特质”人才定位，以“厚基础、强实践、重创新、能创业、河海特质”的人才培养为目标。以“工程材料”课程为例，具体如下。

1.知识目标。掌握工程中涉及的常用工程材料的类型、技术性质和工程应用，掌握材料的成分、构造、生产过程等对其性能的影响，掌握各项性能间的有机联系等专业知识与技能。

2.能力目标。以知识、能力、素质兼备为目标，结合工程实际案例分析和科技前沿探讨，重点提升学生的自主学习能力、独立思考能力和挑战创新能力；通过分组讨论与团队实践等教学环节实施，培养学生的实践动手能力和沟通交流表达能力，培养团队协作精神。

3.价值目标。秉持致高、致用、致远的教育理念，以服务水利、土木等行业为目标，展现我国基础设施建设的巨大成就以及工程材料技术的飞速发展，使学生树立献身祖国工程建设的爱国主义情怀和促进科技发展的远大理想，培养学生勤奋刻苦、精益求精、实践创新的工匠精神。

二、课程教学改革要解决的问题

传统课程以基本知识点讲授为主，未满足“两性一度”的“金课”要求，课程与教学改革要以工程实际为背景，以工程技术为主线，以科技前沿为驱动，调整知识结构和教学目标，培养适应社会经济发展需求、有国际视野、有探索精神、有创新意识和实践能力的新工科专业人才。

目前，课程与教学改革要将课程思政教育深度融入课程教学的各方面，润物无声，以立德树人的核心目标，重视价值引导，培养学生强烈的社会责任感、求真务实、吃苦耐劳、追求卓越的优秀品质。

应科学处理线上授课与传统授课的衔接融合，要推进线上线下混合式教学的常态化应用，完善线上线下教育融合机制，灵活构建混合式教学的有效模式，重组教学结构、优化教学流程、增强教学互动。依托在线教育教学平台，从危机中找机遇，突破传统教学瓶颈，使传统教学与网络教学形成优势互补，创建集课堂教学与线上互动于一体的新教学模式，开拓新工科工程教育改革路径［5］。

此外，课程要契合工程和生产实际［6］，全面规划、统筹课程教学和实验教学资源建设，促使学生完成角色转化，发挥学习的主观能动性，提升学生的自主实践动手能力，培养学生的团队合作精神和终身学习能力。

三、课程教学改革实施情况

“工程材料”课程应在内容与资源建设中不断加强学生的责任意识教育，培养学生的社会责任感。通过介绍重大基础设施，让学生感受祖国的繁荣昌盛，增强学生的爱国主义情怀和民族自豪感。

结合本校课程实际情况，课程先后探索了翻转课堂、校级慕课、慕课堂、学习通等多层次、交互式教学资源体系，最终摸索出课前线上国家“金课”预习、课上学习通实时混合、课后学习通反馈的混合式教学模式，建立了以学生为导向的课程教学体系，提升了教学质量。课程教学改革具体实施情况如下。

1.强化学生价值塑造，全面推进课程思政建设。通过探索课程专业知识内容中蕴含的思政育人素材，科学设计课程，落实立德树人根本任务。以近20年来我国基础设施建设中的卓越成果为工程背景，如港珠澳大桥、三峡大坝、葛洲坝水电站、南水北调工程等重大工程建设成就，让学生了解我国工程材料科学自主创新历程，培养学生关键核心技术攻关的骨气、志气以及精益求精的大国工匠精神。以科研成果充实教学内容，构建“三全育人”新格局，激励学生甘于奉献、勇于担当，积极投身祖国大江大河的治理和建设。

2.理论教学引入先进教学理念，打造“两性一度”的高质量课程。课程理论教学贯彻OBE（Outcome-based Education）教育理念，以学生发展为中心，紧扣专业特色，聚焦水利、土木行业中的材料问题。结合工程案例教学，引入工程材料的前沿科学技术，将材料制备、应用等相关内容贯穿和渗透到每个知识点的讲授中。实施问题讨论教学，学生以小组为单位，自主分析学习资料，制订生产方案，培养学生解决复杂问题的综合能力和高阶能力。在教学内容实施过程中，结合信息化教学工具慕课堂、学习通的应用，沉淀课堂教学数据，掌握学生个性化学习的成效，以“数据驱动”替代“经验驱动”，不断迭代优化整个教学过程。

通过学习通、腾讯课堂、中国大学MOOC等线上教学手段，丰富教学形式，提高教学效率。此外，针对学生学习中的难点和重点，采取讨论式、互动式、启发式的答疑手段，以及模范作业的线上分享，不断提高学生学习的自主性和主动性。

3.实践教学按层次递进，构建科教融合实践平台和创新创业平台。实践教学划分为基础实验、提高性实验、综合设计性实验三大类，实行有层次有梯度的分类教学，逐步培养学生的应用能力和创新精神。

基础实验与课堂讲授内容同步，形成配套的实验训练单元，给定实验目标与实验方案，以5人左右为1组，分6个实验小组进行，先由教师讲授，再由学生独立操作完成。通过基础实验数据的处理与分析，如图1所示，学生理解并掌握课本知识，弥补课堂教学的不足。

图1 分组实践活动实验报告

提高性实验由教师提前布置实验范围，提出实验目标，学生在查阅相关资料的基础上确定实验方案。实验方案不唯一，通过设计实验，处理与分析实验数据，以及信息综合得到合理有效的结论，促进学生深度学习，自主构建知识体系，充分掌握材料的组成与结构、合成与制备、性质以及使用效能四要素之间的关系。

综合设计型实验由学生经过教师的指导，搜索阅读文献资料，参与小组积极开展讨论与交流，进行创新型教学实验。以组织超高性能混凝土（UHPC）弹性球制备实验为例，学生分组讨论设计原材料和配合比方案，制备球体，最终通过性能测试（弹性、损伤状态和抗压性能），以期制备出圆、轻、美、弹而不裂的理想的UHPC弹性球，如图2所示。通过球体性能测试，持续改进实验方案，寓教于乐，继而实践，提升UHPC材料性能、改善球体结构和成型技术工艺的方法，制备出可满足技术要求的UHPC弹性球，以此展示UHPC材料的强度、韧性、抗冲击性能以及设计制造水平。通过趣味性“UHPC弹性球制备实验”的开展，激励学生研究和探索前沿课题。综合设计型实验依托实践平台和创新创业平台，科教融合，突出创新，根据本学科领域前沿知识和最新科技成果，适时调整教学内容。

图2 UHPC弹性球实物

四、课程今后改革方向

课程的建设和应用是一项动态的、长期的、持续的系统工程，课程群将在今后五年继续加强课程学习资源建设，对课程教学进行持续有效的补充和更新。

1.发挥“线上+线下”“校内+校外”等教学资源优势，探索课程模块组合模式改革，加强网络课程的师生交互和及时反馈，建成特色鲜明、行业认可的混合式一流课程。

2.组织编写高质量立体化课程教材，完成重点教材编写，将授课二维码引入教材，助力课程教学改革。

3.紧扣河海特色，拓展实践实训基地，增强校企合作，完善产教融合育人平台，深化传统课程的新工科改造。

4.完善“学、训、研、践”四位一体的课程培养模式，探索学生根据课程自主构建学习的办法，提升学生自我培养能力，构建以学生为中心、灵活自主的课程教学方案，培养不同层级学生的专业探讨能力。

结语

总体而言，“工程材料”课程结合学校“中国灵魂、国际视野、河海特质”的人才定位，以“厚基础、强实践、重创新、能创业、河海特质”的人才培养为目标，立足河海大学学科优势，聚焦水利、土木等行业的材料前沿和国家重大工程需求，培养能解决实际工程中材料问题的专业人才。今后，我们仍将继续以大学生创新创业能力培养为重点，构建新工科背景下的新的课程体系。