“材料科学基础”省一流课程的建设与实施

2021-11-29齐义辉

辽宁工业大学学报(社会科学版) 2021年6期

齐义辉，陈扬，刘亮，李强，商剑

“材料科学基础”省一流课程的建设与实施

齐义辉，陈扬，刘亮，李强，商剑

(辽宁工业大学材料科学与工程学院，辽宁锦州 121001)

以“材料科学基础”省一流课程建设为目标，始终坚持以学生发展为中心，不断用先进的教学理念指导课程建设。通过推进线下课堂教学改革、加强MOOC在线教学资源建设、优化教学内容、改革考核方式、注重工程教育和强化思政引领等措施，使“材料科学基础”的课程目标能够有效支撑专业培养目标达成，为应用型高级工程技术人才的培养奠定坚实的基础。

材料科学基础；省一流课程；教学改革

“材料科学基础”是普通高校工科材料类专业的一门重要的专业基础课，是考研的专业课程，受到学生的高度重视，因此是工科高校教学改革的主要课程之一[1-6]。目前，已有上海交通大学、西北工业大学、郑州大学等高校将“材料科学基础”课程建成了国家级精品课。按照“教育部关于一流本科课程建设的实施意见（教高〔2019〕8号）”，高校已经将课程作为人才培养的核心要素，并把教学改革成果落实到“材料科学基础”课程的建设上[7-10]。经过多年的建设与改革，辽宁工业大学（以下简称我校）“材料科学基础”课程先后被评为辽宁省精品课、省精品资源共享课和省一流课程，有效地支撑了材料科学与工程专业培养目标的达成。

一、课程现状

目前，“材料科学基础”课以线下授课为主，课程视频只作为学生课前预习或课后对知识的深入理解。自2014年3月始，在我校材料和材物专业13级共180人，14级157人；材料专业15级87人、16级60人、17级63人、18级77人、19级88名学生中实施了精品资源共享的教学与改革。通过教学改革，激发了学生自主学习的兴趣，调动了学生主动学习的积极性，学习意识增强。课堂上做到了对主要内容的精讲多练，在讲授内容与练习之间找到了一个恰到好处的平衡。提高了学生综合分析的能力，不断强化学生对基本概念的理解与掌握，使学生对知识点能够融会贯通。

二、实施的主要教学改革措施

坚持以学生发展为中心，重视教学改革，用先进的教学理念来指导材料科学课的建设及课程教学设计。摒弃教师为中心的“填鸭式”教学，坚持基础理论与生产实际紧密结合，力求从身边丰富的物体所涉及的材料着手，构建良好的学习环境，启发学生思维，在抽象的材料知识和宏观物体之间建立联系，获得最良好的学习效果。授课方式积极，经常有针对性地线上线下提出问题，供学生讨论。教学方法先进，适度合理地使用必要的线上教学资源，形成了“三基三严”的教学特色，即“三基(基础理论，基本知识，基本技能)、三严（严格要求、严谨思维、严密方法）”。

（一）优化教学内容

坚持以教学内容为课程的重点，根据专业培养目标和毕业要求，不断完善课程内容，形成教学内容前后衔接、知识结构科学合理的完整体系。由化合物的讲解引入第三代半导体材料GaN。它是制造蓝光LED的关键材料。蓝光LED发明后，结合红光LED和黄绿光LED，才开启了LED灯的大规模应用。由纳米材料引入纳米碳管和石墨烯等先进材料。纳米碳管作为一维纳米材料，具有许多特殊的力学、电学和化学性能，具有广阔的应用前景。石墨烯（Graphene）是一种单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景。由单晶的制备技术，重点介绍了半导体级别的单晶硅和太阳能级别的单晶硅的制备、成分和性能特点，以及应用的范围。由凝固理论的应用，强调介绍变质剂在工业生产和科学研究中的重要性以及与非晶态材料的相关知识等。课程内容既反映了材料领域的前沿动态，又与工程实际相结合，内容符合学生成长规律，满足社会发展新要求。跟踪国内外著名高校本课程教学内容和教学体系的发展，坚持选用优秀教材。我们使用的教材是上海交通大学出版社的《材料科学基础》（第三版），为面向21世纪新教材，2003年度国家精品课程教材。长期坚持将国内和国外原版教材中重点和先进的内容引入教学中，如余永宁教授编著的《金属学原理》(第2版，冶金工业出版社)和R. Abbaschian，R. E. Reedhill编著的《Physical Metallurgy Principles》（4th Edition）等。

（二）不断推进线下课堂教学改革

围绕激发学生学习兴趣和潜能，深化教学改革，运用适合青年学生个性特点的课堂教学方法，改革传统的“满堂灌”教学模式、方法，把课堂时间用于重点难点知识学习、知识体系构建、学生学习兴趣激发和学习实践情景构建上。充分发挥课堂在知识转化、专业志向、学习路径、应用能力等方面的优势，大力推行启发式、探究式、讨论式、参与式等教学方式。主讲教师在授课过程中，对重点和难点内容由浅入深启发学生的思路，找到解题的突破口。同时，弱化复杂公式的推导过程，强化公式的应用和材料科学理论在工程实践和教师科研中的具体应用。在课堂教学中充分发挥学生学习的主体性，通过教学改革促进学习革命，不断提高课堂教学质量。

（三）丰富线上教学资源

“材料科学基础”课程在学校率先开展多媒体教学，并不断改进多媒体课件质量；依托我校MOOC在线教学资源平台，上传了涉及所有内容的、由主讲教师录制的课程视频；所有课件和收集的优秀课程资料上传网上，供学生线上学习；建设了作业题库和线上考试题库，客观题由系统自动批阅，并给出成绩；能够进行线上答疑解惑。

（四）改革考核方式

为促进教考分离，建设了23套期末考试题库。为增强学生学习的主动性和积极性，近年来采用“平时+线上考试+期中+期末”考试方式，增进学生平时学习的主动性和积极性，避免一味地死记硬背。在加大课后作业量和平时测验次数的基础上，实施全过程考核。线上考试可实现网上自动或手动组题并网上批阅；可根据学生线上学习情况、师生互动、线上作业、线上考试等环节给出综合成绩，按比例折合，作为线上的成绩。考试内容“一减二增”（即减少记忆型试题比例，增加理解型题和综合应用题比例）、“多种考试相结合”（闭卷考试、开卷考试、口试、讨论等多种形式相结合）等措施。

（五）注重工程教育

以工程教育认证为契机，加强学校和企业的合作，密切跟踪工业企业对工程技术人才的需求情况，形成“工程应用”知识结构，不断优化课程内容。同时，大力引进具有工程实践背景的工程技术人才充实到教师队伍中。主讲教师除了具备普通工科院校教师应具备的素质外，还应当具备工程师和学生职业指导师的素质要求。

（六）强化思政引领

在课程教学中，坚持立德树人，把课程内容与社会主义核心价值观密切联系。在合金相结构教学中，采用线上线下结合方式，通过准晶的介绍，引出郭可信院士及其合作者对准晶的贡献。他们在对高温合金中的四面体密堆合金相的高分辨电子显微镜观察时发现五重旋转对称的电子衍射图，在Ti2Ni合金中发现了二十面体准晶[11]。通过这一内容的介绍，突出创新精神在科学研究中的重要作用。在凝固理论应用方面，采用线上线下结合方式，介绍空心涡轮叶片的研制过程，强调职业道德和团结合作精神的重要性。1964年，师昌绪院士组织金属所、606所、410厂等上百名科技人员，在冶炼、造型、脱芯、测壁厚、化学分析及相分析、控制合金质量、制定验收标准等方面展开研制工作，整个研制过程始终体现了多方合作、发挥各自优势、同心同德、联合攻关等不屈不挠的职业精神。同时，通过型芯的选择过程，突出扎实的专业基础知识和广博的知识面的重要性[12]。在讲解杂质元素对钢铁性能的影响时，引入氢脆知识。李薰院士在英国留学期间，发现钢的发裂是由于氢的存在所引起的。他在氢脆方面进行了开拓性的工作。1951年，李薰院士回到祖国，为原子弹、人造地球卫星、喷气飞机、核潜艇等的某些关键材料研究；作出了创造性的贡献[13]。采用线上线下结合方式，通过案例使学生切身感受到材料的重要性以及爱国敬业精神。

三、建设的成效

学生通过本课程知识的学习，为后继课程奠定了坚实的基础。在学生历次评教活动中，均受到学生的欢迎与好评。另外，材料学科几乎每年都有学生考取哈尔滨工业大学、东北大学、北京科技大学、河北工业大学、沈阳工业大学等高校的硕士研究生，这足以说明作为考研课程，“材料科学基础”的教学达到了国内同类课程的较高水平。同时，坚持工程教育理念，重视“工程应用”知识结构，不断提高高级应用型人才质量。2014年，“材料科学基础”课程被辽宁省教育厅列为跨校修读学分课程建设与资源共享项目。辽宁科技大学、辽宁石油化工大学、沈阳工业大学辽阳分校和营口理工学院的材料专业于2015—2020年连续选择该课程，作为跨校修读学分课程，学习方式为平台视频课程和多媒体相结合，内容基本覆盖了教学大纲要求。

2004年以来，以创新学分为契机，将工程教育贯穿于教学全过程。教学团队教师带领学生100余人次开展了省级及以上各类大学生竞赛活动（全国大学生金相技能大赛、挑战杯大赛、华为杯大学生新材料创新设计大赛等）和实验室开放课题的研究，完成了20多篇学生科研论文。

四、存在的问题和建设规划

尽管取得了一些成绩，但在教学团队建设、网上资源建设、辅助教材建设、教学方法和考试方法改革等方面，距离国家一流本科课程建设目标还有很大的差距，在今后的教学中还要不断持续改进。

1. 坚持立德树人，以先进的教学理念，科学规划教学过程，深化教学内容和方法改革，提高教学质量，深入推动线下课堂教学革命。努力实现新时代教学改革逻辑下的课堂价值和教学智慧，继续深入挖掘课程中蕴含的思想政治教育元素，把立德树人的成效作为检验课程建设工作的根本标准。

2. 加强教学团队建设，发挥教师在启发学生思维、规划学习路径、培养学生志趣方面的主导作用，争取五年内建成一支人员结构和任务分工合理、教学理念先进、教学能力强的高水平教师队伍。

3. 加强线上资源建设，依托我校MOOC平台，继续完善线上课程资源。建设完善的师生互动、在线学习与答疑、学生自测等系统。发挥线上教学在深度、广度、时间、效率等方面反哺实体课堂的作用，用多元的教育手段提高育人能力。

4. 加大考试方法改革力度，实施全过程考核，坚持“全过程学业评价-非标准答案考试”，线上线下考试相结合，实现全方位地评价学生的学习效果。针对过程考核中发现的问题，持续改进教学方法，促进教学水平和人才培养质量的提高。

通过长期教学实践，“材料科学基础”课程深受学生欢迎，建设成效比较显著。在新的形势下，应继续结合新的信息技术，与时俱进，结合课程及国家一流本科课程建设目标，从教学内容和方法、考试方法改革、教学团队、线上教学资源等多方面加强课程建设，并不断持续改进。将“材料科学基础”课程建设成为特色鲜明、教学效果良好、教学成果显著的省级一流课程，使“材料科学基础”的课程目标能够有效地支撑专业培养目标的达成。

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