浅谈应用型本科“材料科学基础”课程建设与教改实践

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【论文关键词】课程建设 教学改革 材料科学基础

【论文摘要】本文根据上海工程技术大学材料科学与工程专业教学培养目标的特点,从课程体系与内容,教学理念,教学方法及手段,实践教学环节改革,考核评价方式,师资队伍建设等方面讨论了“材料科学基础”课程教改中的一些热点问题及教改实践。根据我校培养优秀工程师的办学定位,结合材料学科的发展方向,初步建立了居于“基础适度、口径宽广、应用为先”标准的“材料科学基础”课程的新教学体系,从中取得了一些较好的教改效果和经验。

上海工程技术大学是一所以培养优秀工程师为主要目标的教学型大学。根据我校的办学定位和特色,作为材料科学与工程学科重要基础课程之一,“材料科学基础”有必要在加强基础、拓宽专业知识面和加强实践训练等方面进行课程改革。

1 课程的性质

材料科学是一门揭示研究固体材料性质规律、设计及控制材料性能的科学,其目的在于揭示材料的结构与性能之间的基本关系。研究表明,材料结构是决定材料性能的核心要素,而材料的显微结构与材料的加工过程有密切的关系。因此,材料科学也需要研究材料在各种过程中的行为,这些过程包括加热过程、冷却过程、反应过程、界面过程、扩散过程、相变过程等。

“材料科学基础”是材料科学与工程学科的主干基础课程和核心课程,是材料科学与工程学科人才的基本知识和基本能力的重要组成部分,是本学科专业人才的整体知识结构、能力结构、素质结构的重要基石。根据我校的教学培养目标,本门课程的教学实践必须着眼于培养未来的材料工程师,紧贴上海市发展先进制造业的需求,结合本校材料科学重点学科的发展方向,在进行材料科学基础理论和基本技术教育的基础上,侧重进行材料开发应用、材料改性和材料加工的工程教育。

2 课程教学的改革实践

“材料科学基础”课程建设和课程教学改革的指导思想是根据专业发展规划,主动适应上海经济、科技与社会的发展对材料学科专业人才知识结构和实践能力的要求,强调理论与实践结合,在宽专业知识面上对学生进行综合素质的提高,培养既掌握材料科学与工程基本原理,又通晓材料制备与加工、组成与结构、性能与应用等系统知识的宽专业人才。作为材料学科最为基础和重要的平台课程,“材料科学基础”在学科知识构建中起着“基石”的作用,其教学内容的设定、宽度和深度决定着学生培养中关于材料学知识的基础深度和知识面的广泛程度,并影响着后续课程的展开、实施及教学效果。本着“基础适度、口径宽广、应用为先”的教学原则,我们对课程教学目标、课程体系和内容、实践教学环节、教学方法和手段、考核评估等方面进行了教学改革的实践。

2.1 课程教学目标

作为应用型本科材料专业的基础课程,“材料科学基础”课程的教学目标具有多重指向性。一方面,应打下材料科学与工程领域的基本理论基础,为学习材料专业其他知识做准备,同时也为部分学生进一步深造做准备,为此要根据不同学生的情况,有区别地加以培养;其次,要注重培养学生运用基础理论分析和解决实际问题的思路和能力,掌握材料科学与工程学科的思维方法,为今后自学材料领域的相关知识打下良好的基础;最后,根据社会经济的发展需求,强调学生对材料科技进展与人类文明及经济发展关系的认知,能从价值工程的角度研发、选择和应用材料,从环境保护和可持续发展角度评价使用材料。

2.2 课程体系和内容

在课程体系上,贯彻“基础适度、口径宽广、应用为先”的课程体系改革原则,在保持金属材料为主的专业特色的基础上,全面介绍了金属材料、高分子材料、陶瓷材料及复合材料的共性与个性特点,在材料科学理论模型的介绍上尽量拓展其适用的材料范围,如晶体结构,位错模型,界面结构模型等。教学内容的取舍以“精、宽、新、用”为原则,从材料科学与工程的基本原理出发,以固体材料结构为重点,从微观、宏观、物质内部、表面与界面、静态及动态过程等不同层面角度,阐述固体材料结构、结构缺陷及变化规律,以及固态材料的相平衡、相图、扩散、相变等,在材料应用方面,结合材料科学的理论内容,介绍相关的新材料、新工艺,如纳米材料、功能材料的最新进展,使学生对材料组成与物质结构的内在联系、材料结构与性能间关系有系统的理解和掌握,为今后相关专业课程的学习打下扎实的宽专业口径的理论知识基础。

2.3 实践教学环节

在加强实践的教学改革中,采取实验教学课程建设与学院平台实验室建设相结合的方式,推进课程实践教学的全面提高。材料科学基础的实践教学环节分为两个部分,一是课内实验,现配置了16 学时的实验课,二是单列了一门“材料科学综合实验”课程,时间安排为连续的3周。针对课程教学目标和教学内容改革的要求,重新讨论制定了课内实验内容,加大综合性实验的比重,如金属塑性变形与再结晶综合实验、金相分析综合实验等,编写了新的实验教学指导书。课内实验以学生材料学基础技能训练为目标,如金相试样的制备、金相组织观察、材料塑性变形过程组织变化的特征,强调对不同材料显微结构基本特征的掌握。材料科学基础综合实验课程的主要目的是通过一个完整的实验过程,包括明确实验目的、设计实验过程、实施实验和分析实验结果,培养学生材料科学与工程的基本素养,提高实验动手能力和分析、解决问题的能力,进一步巩固对材料科学基础核心内容,即“材料结构决定材料性能、材料加工过程与材料结构密切相关”的认知。课内实验和综合实验内容互为补充、相益得彰,取得了新教学培养模式的良好的教学效果。

2.4 教学手段和教学方法

在课堂教学和课内实验教学实践中,充分利用多媒体教学手段,自编CAI 多媒体课件,在有限的学时内最大限度的发挥多媒体教学的应用效果。一些实验室目前难以实现而对学生的学识教育较为重要的内容也通过多媒体形式使学生有一个较为直观的认识。与此同时,还对教学方法进行了相应的改进,授课力求重点突出、逻辑清晰,强调教学互动,提倡师生间平等讨论,倡导探索性和研究性的学习方法,达到理论融会贯通的目的。 "

2.5 考核方式

在课程建设过程中我们对课程的考核方式也进行了深入的讨论,大家认为合理的考核评价制度应该以提高学生的综合素质为主要目标,为此有必要改进传统的闭卷考试形式,避免“一考定终身”的方法。对此我们正在探索一种更为全面均衡的考核方法。具体考虑为将平时作业、实验报告、小论文、随堂考试和期末考试相结合的方式。重视对平时学习过程和阶段学习效果的评价,将上课听讲与课堂交流、作业习题解答的独特性及完成质量列入考评,鼓励学生自主学习、创新学习,鼓励学生发表有自洽性合理性的不同见解。在阶段学习后,设计一些随堂考试卷,随堂考试允许学生参考课堂笔记和教材,但每个学生必须独立完成试卷,重点考查学生对基础知识的应用能力,检验学生分析解决问题的能力。将实验报告作为独立考查的重要部分,注重培养学生独立完成实验并撰写规范的实验报告的能力,检验与评价学生的动手能力和创新思维能力。适当调低期末考试在学生学业成绩中的权重,例如由原来的70％降低到50％或更低,试卷内容要充分体现教学大纲的基本要求,重点考查学生的临场应变能力,对基本知识的掌握、熟练和提炼的程度。

2.6 师资队伍建设

课程建设主要依靠教师推动。近年来,我们以全面提高教师队伍素质为中心,以培养优秀年轻骨干教师为重点,在职教师再培训和引进高素质人才并重,着眼于学科可持续发展的需求,建设一支结构优化、素质良好、富有活力、具有创新能力的高水平的教师队伍,取得了很大成效。教师队伍的科研和工程实践能力有了极大的提升,在“材料科学基础”教学团队中,有校学科带头人、上海市曙光学者、校青年学术骨干等,科研及学科建设的成果反哺教学的结果,促进了学生科研实践能力的提高和材料工程意识的形成。教师团队通过公开课观摩学习,加强教学法研究,极大地提升了教师整体的业务水平和教学效果。

3 结语

作为上海市重点课程建设的“材料科学基础”正在我校材料学院相关专业范围内进行教学实践,在课程目标、课程体系和内容、实践教学环节、教学手段和方法、考核方式改革等方面进行了探索实践并取得了一定的成绩。课程建设下一步的工作重点将放在网络教学平台建设上,以进一步提高教学效益和教学质量。教育教学改革是一项永无止境的事业,只有通过对学生培养的各个环节进行更具体的探索和调查研究,不断地实践以总结其中的经验教训,才能逐渐探索出一条适合于应用型本科材料专业人才培养的成功之路。

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