新工科下工程材料課程教改淺探
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摘要：飛行器設計與工程專業主要為民航事業培養掌握航空航天飛行器設計知識，具有技術創新、工程實踐和綜合管理能力的高級工程技術與管理人才。工程材料作為該專業的必修課，主要講授工程材料的理論知識和分析技能。在“新工科”建設背景下，有針對性地轉變傳統教學理念創新教學方法，優化課內實踐內容，促進“雙師”型師資隊伍建設，確保該課程設置起到培養應用型人才的作用。
“新工科”建設立足卓越工程師教育培養計劃，應對科技革命和產業結構調整，契合“大國制造”國家戰略，是一項全新的深化高等教育教學改革舉措。近年來，“新工科”建設已成為高等工程教育發展戰略研討的重點課題，關于“新工科”建設理論與實踐的研究在各高等院校展開，優化培養目標和知識結構成為“新工科”人才培養的重要內容[1-3]。“新工科”教育對高校人才培養提出了新要求，也為高校發展提供了新機遇[4]。依據飛行器設計與工程專業的定位，以國家一流本科教育示范專業建設目標為指導，強調學科的創新性、綜合性與應用性，培養具有“學業融合能力、工程創新能力、適應變革能力”的應用型人才。同時，培養應用型人才契合教育部提出的“工程教育的新理念、學科專業的新結構、人才培養的新模式、教育教學的新質量、分類發展的新體系”五個“新”理念[5-7]。培養應用型人才，需從教學到管理、從課內到課外、從內容到方法進行全方位探索和實踐。工程材料是本校飛行器設計與工程專業的基礎課，課程體系融合了材料科學理論與技術。學生中國冶金教育CHINAMETALLURGICALEDUCATION通過課程學習獲得工程材料的理論知識和分析技能；了解材料成分、組織結構、加工工藝與性能間關系及演變規律；掌握常用工程材料的基本特性及應用范圍；合理選用材料，正確制定材料加工工藝路線。課程講授內容包括四部分：金屬材料、非金屬材料、新材料新工藝和零件選材，包含4學時的實驗。通過對傳統教學下“新工科”人才培養的分析，以及工程材料專業必修課的教學體會，提出了“理論知識向實踐能力轉化、專業知識向應用能力轉化”的實踐教學思想，增強專業必修課程教學效果，提高學生對專業知識的綜合運用能力和創新能力。
一、存在問題
根據培養方案設置，工程材料為飛行器設計與工程專業的必修課程，總學時為32，包括4學時的課內實踐。教材選用高等教育出版社出版、戴枝榮主編的《工程材料》（第三版），該教材屬于面向21世紀課程教材，是普通高等教育“十一五”國家級規劃教材。在“新工科”新要求下傳統工程材料課程安排存在以下幾類問首先，課堂授課方式以教師講授為主，視頻、動畫素材作為輔助教學內容。學生被動接受，不利于培養自主學習能力，忽視對技術發展的探索。知識體系龐大、理論性強、理論知識抽象，學生難以形成綜合認知體系，專業啟蒙和興趣培養的任務難度大，沒有依據“新工科”建設對知識和能力要求來調整培養方案，人才培養滯后于產業結構調整。其次，實踐教學模式上，多以經典實驗設計為主，校內實訓和見習為輔。學生缺乏在復雜工程中發現問題和解決問題的能力。因此，要從教學實際入手，從專業實踐出發，從人才培養的需求角度，引導學生建立認知體系，激發求知興趣和主動參與性。結合課程實踐部分，培養具有“學業融合能力、工程創新能力、適應變革能力”的應用型人才。第三，“產、學、研”融合層面上，固定的教學計劃設計使教學工作與科研工作分離。新材料、新技術前沿熱點與教學內容的融合受限于傳統的“按計劃授課”教學過程，學生收效甚微。“新工科”建設對教師的教學工作提出新的要求，如何將學生職業能力培養與教師科研探索的前沿技術和相關產業未來發展方向結合成為積極探索的方向。
二、教改探索
（一）轉變教學理念，改進教學方法
“新工科”背景下工程材料教學方法的改進是課程教學中一項重要的任務，教師的“教”和學生的“學”共同制約著教學過程，只有兩者和諧一致，相互促進，才能獲得最優教學效果。將工程材料作為基礎課的專業不同，對授課內容的需求也各不相同。傳統教學模式中，教師通常根據教學計劃講授教材上的內容，雖然在教學內容編排時已經考慮各自專業需要，但忽略了不同專業學生在具體應用工程材料知識的側重點。因此，應根據學生專業不同，制定不同教學目標。例如，航宇類專業制定金屬材料教學目標時，偏重航空應用的金屬材料：鋁合金、鈦合金和高溫合金等，介紹飛機上金屬材料的應用部位、合理選材依據、無損檢測技術等，將理論知識與專業應用相結合。教師的觀念從“講授”轉向“引導”，合理安排各部分講授比例。做到精講細講重點，拓展啟發式教學與分組討論，在師生互動中完成教學內容。每節課以問題引導開始，密切結合科研前沿熱點的新發現、新理論和實際生產中的新技術、新成果，使學生看到未來解決實際問題的希望。例如，新材料新工藝部分，讓學生了解新材料及新工藝，推薦觀看《國之大器》系列紀錄片，在課上分享觀看的感受。通過將教師為主體的填鴨式教學轉變為師生互為主體的互動教學，把枯燥抽象的理論與應用實例結合，有利于提高教學效果并調動學生的學習積極性。通過以問題為引導和討論，有效提高學生探索問題的好奇心，激發廣泛思考和求知，促進自主學習能力養成。在課程考核方式改革方面，由于工程材料課程涵蓋內容多，實踐和應用性強，簡單的“平時考核+期末測試”很難反映學生的真實學習情況，必須根據教學目標，在考核方式上創新。注重過程評價，增加平時考核環節，調整平時和期末測試的比例，突出學習過程對整體內容的把握。進行多元化綜合考核方式改革，增加大作業、課程論文、調研、學生課程課件設計等內容，并根據各項考核內容的重要性設定權重系數。
（二）優化課內實踐，培養應用型人才
實踐教學通過完成既定實驗設計，理解消化課堂理論知識，達到理論與實踐相結合的教學目的。實踐教學重在培養學生興趣，主動學習、觀察、思考，秉承“重理論、強應用”原則，培養實踐能力和獨立思考問題能力（原有課程實驗內容多以驗證性實驗為主，設計性實驗為輔，主要依賴教師講授，致使學生失去自主研究的興趣）。本學期實驗采用開放形式，學生可自行安排實驗，教學日歷中對實驗時間不作具體安排，滿足各層次學生需求。課內實驗以科研項目為載體，依托教師科研項目，學生通過參考文獻的調研、技術路線的設計、儀器的操作等展開訓練，不僅提高了理論指導實踐運用能力，也為畢業設計奠定了基礎。課內實驗以小組的形式參與，通過學生分組、組內分工方式，設置多樣化實踐角色，鍛煉協作能力，認識到科技工作本身的集體化、社會化，協作研究日益成為科研工作的主導趨勢。開放的實驗形式可以激發學生創新能力，項目的完成會帶來成就感和愉悅感，獲得學習樂趣。學生依托教師科研項目完成實驗時，普遍積極性高，氣氛熱烈，更像是協助教師完成科研項目的一部分，主動性大大提高，創新創造能力也得以鍛煉和體現。根據不同科研項目，設計不同材料性能測試方法，學生不再局限于《硬度性能測試》類基礎性實驗，而是根據文獻調研，設計了拉伸試驗、沖擊試驗、耐磨性測試，等等。學生通過調研并獨立設計實驗方案，創新創造意識被激發。鼓勵學生結合課堂實驗設計，積極申報大學生創新創業項目，2021年本校大學生創新創業訓練計劃共申報項目1034項，學生參與4788人次，指導教師參與1118人次。在全校范圍、全專業層面營造起濃厚的大學生科研氛圍，更好的契合新工科人才培養理念。
（三）建設“雙師”型師資隊伍，緊跟行業人才培養需求
現代材料日新月異，若材料專業課程內容和方法不能及時結合新材料前沿熱點，只依靠傳統知識體系，會使學生逐漸對該領域失去興趣。專任教師是課程教學方法的設計者和執行者，也是探索教學改革的關鍵。這對材料專業教師提出了更高的要求，既要有一定理論水平，也要具備行業經驗。近年來，本校的師資力量日益壯大，形成以博士研究生學歷為主要組成部分的高學歷教師隊伍。經了解和調查，發現專業教師隊伍存在一個問題，新任教師側重理論教學，與企業交流合作不足，無法及時了解最新技術動態和行業發展現狀，不能根據實際需求調整和設計教學內容。“新工科”教育實踐對人才培養模式提出新的要求，即從理論知識教育轉變到應用型人才培養。因此，“雙師”型師資隊伍的建設顯得尤為迫切，即教師既要具備理論教學的素質，也應具備實踐教學的能力。為推進“產、學、研”深度融合，支持企業牽頭組建創新聯合體，鼓勵青年教師到企業掛職，通過校企合作、工學結合的培養方式，形成“以產興教”，“以教強產”的產教融合長效機制。通過企業掛職鍛煉，專業教師將理論知識與企業需求關聯，不僅豐富了教學內容，還擴展了科研方向。鼓勵教師延伸教學內容到實踐項目，通過外請企業專家授課、深入企業參與生產實踐、旁聽企業發展戰略研討等，幫助學生提前對產業和行業產生認知。認同專業的前提是認同行業，展示行業發展，可以吸引年輕人的注意力，引發思考，對專業啟蒙的作用非常大。“雙師”型師資隊伍通過將課程與企業需求聯系，深化工程知識學習和工程能力培養，尤其是教學內容涉及新技術和新產業，是理論知識的有力補充。學生通過認識產業前沿，增強學習興趣，擴展專業知識范圍，提高自主學習意識。同時，促使學生面向應用實際，扎實提高實踐能力，以達到培養掌握基本理論知識同時具備一定自主學習和實踐能力，滿足“新工科”背景下應用型人才培養的需要。
三、結語
在“新工科”建設背景下，工程材料課程通過優化教學方法、改進課內實踐教學方式、建設“雙師”型師資隊伍，有效促進學生實踐能力培養和工程素質提高，做到緊跟行業對人才的培養需求，清晰定位人才培養目標。面向“新工科”新建設未來，以培養應用型人才為導向，構建了工程材料課程內容體系，并根據本輪課程學生及其他教師的意見和建議繼續調整內容，適應應用型崗位人才培養需要。該課程的教改工作對學生工程素質和工程能力的培養起到引領和深化的作用，促進了理論知識向工程能力轉化。希望通過不斷總結經驗、調整和改進教育教學工作中的不足，為工程材料課程建設提供有價值探索。
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作者:滿田囡 沙桂英 王赫男 農智升 李召明 鄧希光 張洪亮 馮長杰 單位:沈陽航空航天大學材料科學與工程學院
