学科大类招生背景下的《材料科学基础》课程的教学改革思考

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　　摘要：在学科大类招生的背景下，材料科学基础的教学必须适应大类学科的教学要求。文章针对江西理工大学大材料招生的培养方案，从该课程的教学内容优化、教学方法改进、教学手段多样化和教学团队建设等多方面进行改革，来提升材料科学基础课程的教学质量和效果，以满足大类招生下“宽口径、厚基础、强能力”的培养要求。
　　关键词：材料科学基础;大类招生;教学改革;材料专业
　　中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）49-0069-03
　　 2001年5月，北京大学启动了“元培计划”，以“加强基础，淡化专业，因材施教，分流培养”的十六字教学改革方针，制订了相应的教学计划和方案，并于当年9月份正式开设实验班，开启了我国高等教育大类招生的先河[1]。随后，复旦大学、北京师范大学、南京大学、浙江大学等重点大学，依据各自学校的办学定位和学科专业特点，也先后制订了学科大类培养方案，加入了学科大类招生行列。
　　“元培计划”实施了18年，积累了丰富的教学改革实践经验。在大类招生背景下，高考学生对专业方向的选择可以在进入大学后对专业方向进行了解后再选择定位，这样可以平衡学校“冷门专业”和“热门专业”之间的生源质量差距。在学生培养方面，更加注重学生的专业基础理论的培养，使学生对学科融合的理解更加全面。在这种模式下造就了一大批适应时代发展需要、具有国际竞争能力的高素质创造性人才。当前发展趋势下，越来越多的高校开始探索学科大类招生培养方案。面对诸多优点，学科大类培养模式也在各大高校应用推广，2018年江西理工大学（以下简称“我校”）也开始探索实施学科大类招生培养方案。
　　材料是生产制造的基础，是现代化产业发展的根基，对人类社会的进步起到了非常重要的作用。一直以来，材料的发明创造都带动了工业革命的大发展，某种意义上讲，材料的发展是人类社会文明进步的象征，社会的前进发展依赖于新材料的发展与创新。材料科学与工程学科也就应运而生，重点研究材料的组成成分、不同原子堆积形成的多样结构、由这些各异的结构带来的性能上的差异以及得到这些结构的工艺条件和要求、最终得到材料的使用效能，以及组成-结构-工艺-性能之间的相互关系。材料科学与工程涉及材料物理学、材料化学、冶金学等多学科，是一门综合性较强的工程应用学科，是现代科学技术三大支柱之一。高等院校的材料学科承担着为国民经济建设培养高级专业技术人才的重任。江西理工大学材料科学与工程学院承担着材料科学与工程类学科的本科教学任务，学院设有金属材料工程、无机非金属材料工程、材料化学、材料物理、材料成型与控制5个本科专业，其中金属材料工程是学校的传统优势学科，江西省“九五”、“十五”、“十一五”重点学科，材料科学与工程为江西省“十二五”重点学科，金属材料工程和无机非金属材料工程为江西省品牌专业。
　　2018年我校试点实施学科大类招生，材料科学与工程专业是首批试点专业。积极打造厚基础、综合型、研究型培养模式，培养具有国际视野的行业领军人才，为此，我们必须对材料行业的人才培养模式进行积极的探索与改革，使之适应大类招生下专业人才的培养。
　　《材料科学基础》课程是材料科学与工程学科人才培养环节中的一门重要的基础课程，是一门承上启下的纽带课程，是一门将物理、化学、材料热力学、材料合成动力学等基础理论知识在材料领域延伸的课程，集原子的结合与晶体结构、晶体结构缺陷对材料性能的影响、材料在升温过程中相的转变及熔融状态下原子状态、扩散、固相反应、粉体材料的烧结等基础理论于一体的专业基础课程，是学生了解材料、合成材料、研究材料的重要理论入门课程，在材料学科体系中占据重要的地位。因此，《材料科学基础》教学对学生理解材料科学基础理论、从事材料领域的研究以及研究过程中对材料设计、加工等基础理论的运用有着密切的关系，对学生材料专业领域兴趣的培养和后续课程的深入学习有着持续的作用。由此看来，对培养材料专业人才而言，探讨《材料科学基础》课程教学内容、教学模式、教学方法的改革具有重要意义，尤其在学科大类招生培养的背景下，需要着重整理总结该课程的教学内容、教学方法和教学团队的建设目标，以期适应大类招生的学生培养要求。
　　一、精练教学内容，突出主干内容
　　《材料科学基础》课程设计内容广、交叉性以及综合性强，在以往的教学中，学生很容易因为知识点杂、内容多而找不到主线，抓不住重点，对课程的学习理解带来一定的困难[2]。为避免这样的情况发生，在以往的教学过程中，不同二级专业所讲授的《材料科学基础》课程内容存在一定的侧重。例如，我校金属材料专业的《材料科学基础》侧重金属材料，该门课程阐述了材料特别是金属材料的成分、结构、制备与性能之间的关系，重点介绍合金相图、热处理、凝固、扩散及再结晶等内容;而无机非金属材料专业则侧重玻璃和无机材料，以非晶态、硅酸盐相图、烧结、固相反应为主要内容，材料化学专业则侧重高分子材料，以高分子材料结构、固溶体及结构缺陷、聚合物理论、固相反应等内容为主。而在学科大类招生的背景下，这些内容必须进行适当的整合。
　　随着现代分析测试技术的发展，对材料体系研究的深入，材料性能与结构之间的关系更加明晰，金属材料、无机非金属材料、高分子材料之间尽管化学键和分子结合状态不尽相同，但是材料性能与结构之间依然存在着相互依存、相互影响的关系，存在着共性的规律。而且，随着纳米材料、复合材料等新材料的发展，金属材料、无机非金属材料和高分子材料都已经不再是孤立存在的学科，材料之间相互渗透的领域越来越多，这使得原来可以比較容易区分的材料属性变得更加模糊。不同材料间的相互关联更加紧密，材料的宏观性能、微观结构、结合状态和制备工艺技术等均表现出相互关联、交叉和渗透的趋势[3]，这就从客观上对材料学科专业的人才培养提出了更高的要求，需要从更加全局的角度思考材料的内涵，对材料建立更为科学的认识，建立材料微观机制，研究和开发新材料。因此，在大类招生的背景下，《材料科学基础》课程的教学方案，必须突出材料的共性化教学内容，注重基本概念和基础理论，以材料科学规律，满足综合性大学材料专业人才培养的要求。 　　二、摒弃灌输教学，实践理论并重
　　在《材料科学基础》的教学上，传统教学模式上往往采用“讲—听—读—记—练”的模式，教师针对基本理论进行讲授，学生在听讲的过程中，对基本理论加以理解和记忆，再通过课外练习加以巩固。虽然，随着多媒体教学手段的引入，《材料科学基础》MOOC课程建设能够加强课程的讲授过程[4]，在讲述的过程中，能够展示一些材料的合成过程及性能分析过程，但是改变不了这类教学模式的知识灌输属性。材料学科是一门应用性很强的学科，而且涉及的材料种类繁多，单纯从纸面上的教学，不能加深学生对材料基本理论的理解，限制了学生的材料设计思维。另外，在大类招生的背景下，对所有材料知识都进行系统的讲述会受到教学学时的限制，难以让学生对材料科学基础建立起清晰的认识。
　　因此，在教学模式上，还是要注重实践与理论并重的教学模式。教师应充分认识到《材料科学基础》是一门基础理论与工程实践结合得非常紧密的学科，重视实践教学，有针对性地开设综合性实验教学，在实践教学过程中，教师通过指导学生设计材料，研究材料结构和性能，引导学生独立思考，充分利用实验教学，在学生头脑中建立起材料组成-工艺-结构-性能之间的关系，以此培养学生分析问题和解决问题的能力，并建立起创新思维。这种模式能够帮助学生巩固和加深课堂所学的理论知识，做到理论联系实际，举一反三，触类旁通，通过学生自己动手设计材料，分析材料结构、性能、工艺之间的关系，理解材料的内涵和基本理论。这对以后学生在材料设计及材料生产、加工等过程中的理论体系的认知具有举足轻重的作用。
　　三、更新教学理念，建立移动课堂
　　随着社会的进步，在教学手段上从传统的黑板粉笔教学到借用投影仪、多媒体教学以及现在的在线视频教学等都在不断地推进教与学的改革。材料科学基础的知识点杂，内容多，仅仅依赖于课堂教学，很难达到理想的效果，尤其是在大类学科招生的背景下，既要要求知识面宽，又要要求基础扎实，这对课程的教学提出了更高的要求。我们身处移动互联网时代，智能手机给予了我们极大的创造力。尽管学生在课堂上玩手机，利用手机发短信、发微信、聊QQ、玩游戏这些严重影响课堂教学，但是手机小巧灵活，携带方便，如果我们适当引导，则可以做到随时随地进行碎片化学习，这可以极大地补充课堂教学带来的不足[5，6]。
　　基于综合考虑，我们利用超星学习通、微信等软件，建立了移动课堂，充分利用智能手机的便捷性、移动性、快速性、灵活性等特点，建立移动课堂，通过这种教学理念，增加了学生的创新精神，增强了他们浓烈的学习兴趣，调动了他们的主观能动性。在超星学习通软件平台，把教学中所用到的教学资料、教学笔记、参考资料、实时视频、最新研究进展等内容上传至云存储空间，并在系统中定期布置作业和测评，针对某一知识点的学习与运用开展线上或线下讨论。利用微信公众号推送各类最新研究成果，将所学知识在实际生产研究中的应用推送给学生，让学生对所学知识点的理解更加透彻。
　　四、注重团队建设，提升教师素质
　　在学科大类招生背景下，材料科学涉及大材料的所有基础课程，其教学内容涵盖到金属材料、无机非金属材料、高分子材料等三大材料领域的内容，而在此之前，按照二级学科进行教学，教学内容有所侧重，造成任课教师对其他二级学科的内容不专注，而存在教学短板。而这一短板在短时间内还不能完全消除。
　　为了满足学科大类招生背景下的教学要求，必须对师资力量进行优化配置，为此，我们专门成立了课程教学团队，充分发挥课程组成员研究专长，相互之间进行专业互补。课程教学团队由高分子材料、无机非金属材料、材料物理、材料化学等领域的专家老师一同备课，分时授课，优势互补。并且注重教学团队健康发展，采用教授带领副教授，青年教师助课助教，相互搭配的原则，同时考虑教师团队的职称结构、学缘结构、知识结构等的合理配置。课程组成员定期进行教学研讨，及时发现和解决教学中出现的问题。注重培养后备力量，对新加入教学团队的青年教师，要求全程參与备课、听课和教学研讨，确保教师优良的教学素养。
　　五、改革考核方式，建立评价体系
　　江西理工大学在《材料科学基础》的教学考核中，以往的考核方式都是采用平时成绩+实验成绩+考试成绩来评定学生对该课程学习的好坏，其中考试分数占比超过60%，学生通过死记硬背就能够获得及格的成绩。这种方式无法判断学生对学科大类的了解是否达到了宽口径、厚基础的要求。为此，在考核方式上，我们提出进行必要的改革，建立更加科学的评价体系。在考试命题上，突出综合分析型和设计型知识，考核学生对所学知识的综合运用能力，同时在每一章节中，增设平时测评考核内容，让学生依据每章所学的课堂知识，查找资料，撰写相关论文。例如，在讲晶体结构时，可以让学生根据课堂上所学的钙钛矿结构，查找与钙钛矿结构相关的功能材料研究进展资料，写一篇“钙钛矿结构与应用”小论文。在讲烧结内容的时候，可以通过课程学习和资料查找，完成“温度对材料烧结性能的影响”的小论文等。这些小论文的成绩在期末总评成绩中也占有一定比例，以此促进学生对知识的综合应用并加深理解。
　　在课程实验设计上，也加入一些设计性的实验[7]，比如设计合金元素对铜的结构、性能的影响，通过加入合金元素，测试合金元素对铜组织结构、强度、延展性、导电性能等的影响，并分析组成-结构-性能之间的关系，以此来串联所学知识与实际应用，并将实验成绩作为总评成绩的一部分。
　　六、结语
　　材料科学基础课程是材料学科必备的一门基础学科，在学科大类招生背景下，教学内容、教学方法必须依据教学大纲和学科特点进行调整，以满足学科发展的要求，推动教学改革、课程教学团队的建设，是学科大类招生背景下顺应学科发展的必然要求。我们必须重视学生的培养，充分履行学校要求的学生优先原则，充分调动学生学习的积极性和主动性，推动教学改革，充实和完善自身素养，强化教学过程，不断提升教学质量，培养出具有“宽口径、厚基础、强能力”的创新型人才。
　　参考文献：
　　[1]北京大学元培学院官网http：//yuanpei.pku.edu.cn/gyxy/lsyg/index.htm.
　　[2]贾淑果，宁向梅，田保红，等.材料科学基础课程教学体系的改革探索[J].中国现代教育装备，2018，（07）：94-96.
　　[3]许晨阳，李国华，陈华辉.双创教育背景下的材料科学基础教学改革实践[J].中国现代教育装备，2018，（03）：91-93.
　　[4]李佳艳，赵杰，叶飞，等.材料科学基础MOOC平台课程建设及学习效果探讨[J].中国现代教育装备，2018，（05）：70-72.
　　[5]张英，徐冬梅，王伟群，等.微课模式在《材料科学与工程基础》课程中的探索与实践[J].教育教学论坛，2018，（17）：158-159.
　　[6]梁玮，牛亮峰，董振伟.“互联网+”时代的《材料科学基础》课程教学[J].山东化工，2017，（19）：141-142.
　　[7]刘敬肖，史非，姜淑文，等.基于创新实践能力培养的材料专业基础实验教学改革探讨[J].教育教学论坛，2017，（20）：278-280.
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