新工科下工程材料課程教改淺探

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摘要：飛行器設(shè)計與工程專業(yè)主要為民航事業(yè)培養(yǎng)掌握航空航天飛行器設(shè)計知識，具有技術(shù)創(chuàng)新、工程實踐和綜合管理能力的高級工程技術(shù)與管理人才。工程材料作為該專業(yè)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(shè)背景下，有針對性地轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)理念創(chuàng)新教學(xué)方法，優(yōu)化課內(nèi)實踐內(nèi)容，促進(jìn)“雙師”型師資隊伍建設(shè)，確保該課程設(shè)置起到培養(yǎng)應(yīng)用型人才的作用。

關(guān)鍵詞：新工科；應(yīng)用型人才；工程材料

“新工科”建設(shè)立足卓越工程師教育培養(yǎng)計劃，應(yīng)對科技革命和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，契合“大國制造”國家戰(zhàn)略，是一項全新的深化高等教育教學(xué)改革舉措。近年來，“新工科”建設(shè)已成為高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討的重點課題，關(guān)于“新工科”建設(shè)理論與實踐的研究在各高等院校展開，優(yōu)化培養(yǎng)目標(biāo)和知識結(jié)構(gòu)成為“新工科”人才培養(yǎng)的重要內(nèi)容[1-3]。“新工科”教育對高校人才培養(yǎng)提出了新要求，也為高校發(fā)展提供了新機(jī)遇[4]。依據(jù)飛行器設(shè)計與工程專業(yè)的定位，以國家一流本科教育示范專業(yè)建設(shè)目標(biāo)為指導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)學(xué)科的創(chuàng)新性、綜合性與應(yīng)用性，培養(yǎng)具有“學(xué)業(yè)融合能力、工程創(chuàng)新能力、適應(yīng)變革能力”的應(yīng)用型人才。同時，培養(yǎng)應(yīng)用型人才契合教育部提出的“工程教育的新理念、學(xué)科專業(yè)的新結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)的新模式、教育教學(xué)的新質(zhì)量、分類發(fā)展的新體系”五個“新”理念[5-7]。培養(yǎng)應(yīng)用型人才，需從教學(xué)到管理、從課內(nèi)到課外、從內(nèi)容到方法進(jìn)行全方位探索和實踐。工程材料是本校飛行器設(shè)計與工程專業(yè)的基礎(chǔ)課，課程體系融合了材料科學(xué)理論與技術(shù)。學(xué)生中國冶金教育CHINAMETALLURGICALEDUCATION通過課程學(xué)習(xí)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(jié)構(gòu)、加工工藝與性能間關(guān)系及演變規(guī)律；掌握常用工程材料的基本特性及應(yīng)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(nèi)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(xué)時的實驗。通過對傳統(tǒng)教學(xué)下“新工科”人才培養(yǎng)的分析，以及工程材料專業(yè)必修課的教學(xué)體會，提出了“理論知識向?qū)嵺`能力轉(zhuǎn)化、專業(yè)知識向應(yīng)用能力轉(zhuǎn)化”的實踐教學(xué)思想，增強(qiáng)專業(yè)必修課程教學(xué)效果，提高學(xué)生對專業(yè)知識的綜合運(yùn)用能力和創(chuàng)新能力。

一、存在問題

根據(jù)培養(yǎng)方案設(shè)置，工程材料為飛行器設(shè)計與工程專業(yè)的必修課程，總學(xué)時為32，包括4學(xué)時的課內(nèi)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(jì)課程教材，是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材。在“新工科”新要求下傳統(tǒng)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(xué)內(nèi)容。學(xué)生被動接受，不利于培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力，忽視對技術(shù)發(fā)展的探索。知識體系龐大、理論性強(qiáng)、理論知識抽象，學(xué)生難以形成綜合認(rèn)知體系，專業(yè)啟蒙和興趣培養(yǎng)的任務(wù)難度大，沒有依據(jù)“新工科”建設(shè)對知識和能力要求來調(diào)整培養(yǎng)方案，人才培養(yǎng)滯后于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。其次，實踐教學(xué)模式上，多以經(jīng)典實驗設(shè)計為主，校內(nèi)實訓(xùn)和見習(xí)為輔。學(xué)生缺乏在復(fù)雜工程中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。因此，要從教學(xué)實際入手，從專業(yè)實踐出發(fā)，從人才培養(yǎng)的需求角度，引導(dǎo)學(xué)生建立認(rèn)知體系，激發(fā)求知興趣和主動參與性。結(jié)合課程實踐部分，培養(yǎng)具有“學(xué)業(yè)融合能力、工程創(chuàng)新能力、適應(yīng)變革能力”的應(yīng)用型人才。第三，“產(chǎn)、學(xué)、研”融合層面上，固定的教學(xué)計劃設(shè)計使教學(xué)工作與科研工作分離。新材料、新技術(shù)前沿?zé)狳c與教學(xué)內(nèi)容的融合受限于傳統(tǒng)的“按計劃授課”教學(xué)過程，學(xué)生收效甚微。“新工科”建設(shè)對教師的教學(xué)工作提出新的要求，如何將學(xué)生職業(yè)能力培養(yǎng)與教師科研探索的前沿技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展方向結(jié)合成為積極探索的方向。

二、教改探索

（一）轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，改進(jìn)教學(xué)方法

“新工科”背景下工程材料教學(xué)方法的改進(jìn)是課程教學(xué)中一項重要的任務(wù)，教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”共同制約著教學(xué)過程，只有兩者和諧一致，相互促進(jìn)，才能獲得最優(yōu)教學(xué)效果。將工程材料作為基礎(chǔ)課的專業(yè)不同，對授課內(nèi)容的需求也各不相同。傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教師通常根據(jù)教學(xué)計劃講授教材上的內(nèi)容，雖然在教學(xué)內(nèi)容編排時已經(jīng)考慮各自專業(yè)需要，但忽略了不同專業(yè)學(xué)生在具體應(yīng)用工程材料知識的側(cè)重點。因此，應(yīng)根據(jù)學(xué)生專業(yè)不同，制定不同教學(xué)目標(biāo)。例如，航宇類專業(yè)制定金屬材料教學(xué)目標(biāo)時，偏重航空應(yīng)用的金屬材料：鋁合金、鈦合金和高溫合金等，介紹飛機(jī)上金屬材料的應(yīng)用部位、合理選材依據(jù)、無損檢測技術(shù)等，將理論知識與專業(yè)應(yīng)用相結(jié)合。教師的觀念從“講授”轉(zhuǎn)向“引導(dǎo)”，合理安排各部分講授比例。做到精講細(xì)講重點，拓展啟發(fā)式教學(xué)與分組討論，在師生互動中完成教學(xué)內(nèi)容。每節(jié)課以問題引導(dǎo)開始，密切結(jié)合科研前沿?zé)狳c的新發(fā)現(xiàn)、新理論和實際生產(chǎn)中的新技術(shù)、新成果，使學(xué)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(xué)生了解新材料及新工藝，推薦觀看《國之大器》系列紀(jì)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(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)閹熒橹黧w的互動教學(xué)，把枯燥抽象的理論與應(yīng)用實例結(jié)合，有利于提高教學(xué)效果并調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。通過以問題為引導(dǎo)和討論，有效提高學(xué)生探索問題的好奇心，激發(fā)廣泛思考和求知，促進(jìn)自主學(xué)習(xí)能力養(yǎng)成。在課程考核方式改革方面，由于工程材料課程涵蓋內(nèi)容多，實踐和應(yīng)用性強(qiáng)，簡單的“平時考核+期末測試”很難反映學(xué)生的真實學(xué)習(xí)情況，必須根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，在考核方式上創(chuàng)新。注重過程評價，增加平時考核環(huán)節(jié)，調(diào)整平時和期末測試的比例，突出學(xué)習(xí)過程對整體內(nèi)容的把握。進(jìn)行多元化綜合考核方式改革，增加大作業(yè)、課程論文、調(diào)研、學(xué)生課程課件設(shè)計等內(nèi)容，并根據(jù)各項考核內(nèi)容的重要性設(shè)定權(quán)重系數(shù)。

（二）優(yōu)化課內(nèi)實踐，培養(yǎng)應(yīng)用型人才

實踐教學(xué)通過完成既定實驗設(shè)計，理解消化課堂理論知識，達(dá)到理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)目的。實踐教學(xué)重在培養(yǎng)學(xué)生興趣，主動學(xué)習(xí)、觀察、思考，秉承“重理論、強(qiáng)應(yīng)用”原則，培養(yǎng)實踐能力和獨(dú)立思考問題能力（原有課程實驗內(nèi)容多以驗證性實驗為主，設(shè)計性實驗為輔，主要依賴教師講授，致使學(xué)生失去自主研究的興趣）。本學(xué)期實驗采用開放形式，學(xué)生可自行安排實驗，教學(xué)日歷中對實驗時間不作具體安排，滿足各層次學(xué)生需求。課內(nèi)實驗以科研項目為載體，依托教師科研項目，學(xué)生通過參考文獻(xiàn)的調(diào)研、技術(shù)路線的設(shè)計、儀器的操作等展開訓(xùn)練，不僅提高了理論指導(dǎo)實踐運(yùn)用能力，也為畢業(yè)設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。課內(nèi)實驗以小組的形式參與，通過學(xué)生分組、組內(nèi)分工方式，設(shè)置多樣化實踐角色，鍛煉協(xié)作能力，認(rèn)識到科技工作本身的集體化、社會化，協(xié)作研究日益成為科研工作的主導(dǎo)趨勢。開放的實驗形式可以激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力，項目的完成會帶來成就感和愉悅感，獲得學(xué)習(xí)樂趣。學(xué)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(xié)助教師完成科研項目的一部分，主動性大大提高，創(chuàng)新創(chuàng)造能力也得以鍛煉和體現(xiàn)。根據(jù)不同科研項目，設(shè)計不同材料性能測試方法，學(xué)生不再局限于《硬度性能測試》類基礎(chǔ)性實驗，而是根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研，設(shè)計了拉伸試驗、沖擊試驗、耐磨性測試，等等。學(xué)生通過調(diào)研并獨(dú)立設(shè)計實驗方案，創(chuàng)新創(chuàng)造意識被激發(fā)。鼓勵學(xué)生結(jié)合課堂實驗設(shè)計，積極申報大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，2021年本校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃共申報項目1034項，學(xué)生參與4788人次，指導(dǎo)教師參與1118人次。在全校范圍、全專業(yè)層面營造起濃厚的大學(xué)生科研氛圍，更好的契合新工科人才培養(yǎng)理念。

（三）建設(shè)“雙師”型師資隊伍，緊跟行業(yè)人才培養(yǎng)需求

現(xiàn)代材料日新月異，若材料專業(yè)課程內(nèi)容和方法不能及時結(jié)合新材料前沿?zé)狳c，只依靠傳統(tǒng)知識體系，會使學(xué)生逐漸對該領(lǐng)域失去興趣。專任教師是課程教學(xué)方法的設(shè)計者和執(zhí)行者，也是探索教學(xué)改革的關(guān)鍵。這對材料專業(yè)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(yè)經(jīng)驗。近年來，本校的師資力量日益壯大，形成以博士研究生學(xué)歷為主要組成部分的高學(xué)歷教師隊伍。經(jīng)了解和調(diào)查，發(fā)現(xiàn)專業(yè)教師隊伍存在一個問題，新任教師側(cè)重理論教學(xué)，與企業(yè)交流合作不足，無法及時了解最新技術(shù)動態(tài)和行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，不能根據(jù)實際需求調(diào)整和設(shè)計教學(xué)內(nèi)容。“新工科”教育實踐對人才培養(yǎng)模式提出新的要求，即從理論知識教育轉(zhuǎn)變到應(yīng)用型人才培養(yǎng)。因此，“雙師”型師資隊伍的建設(shè)顯得尤為迫切，即教師既要具備理論教學(xué)的素質(zhì)，也應(yīng)具備實踐教學(xué)的能力。為推進(jìn)“產(chǎn)、學(xué)、研”深度融合，支持企業(yè)牽頭組建創(chuàng)新聯(lián)合體，鼓勵青年教師到企業(yè)掛職，通過校企合作、工學(xué)結(jié)合的培養(yǎng)方式，形成“以產(chǎn)興教”，“以教強(qiáng)產(chǎn)”的產(chǎn)教融合長效機(jī)制。通過企業(yè)掛職鍛煉，專業(yè)教師將理論知識與企業(yè)需求關(guān)聯(lián)，不僅豐富了教學(xué)內(nèi)容，還擴(kuò)展了科研方向。鼓勵教師延伸教學(xué)內(nèi)容到實踐項目，通過外請企業(yè)專家授課、深入企業(yè)參與生產(chǎn)實踐、旁聽企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研討等，幫助學(xué)生提前對產(chǎn)業(yè)和行業(yè)產(chǎn)生認(rèn)知。認(rèn)同專業(yè)的前提是認(rèn)同行業(yè)，展示行業(yè)發(fā)展，可以吸引年輕人的注意力，引發(fā)思考，對專業(yè)啟蒙的作用非常大。“雙師”型師資隊伍通過將課程與企業(yè)需求聯(lián)系，深化工程知識學(xué)習(xí)和工程能力培養(yǎng)，尤其是教學(xué)內(nèi)容涉及新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)，是理論知識的有力補(bǔ)充。學(xué)生通過認(rèn)識產(chǎn)業(yè)前沿，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，擴(kuò)展專業(yè)知識范圍，提高自主學(xué)習(xí)意識。同時，促使學(xué)生面向應(yīng)用實際，扎實提高實踐能力，以達(dá)到培養(yǎng)掌握基本理論知識同時具備一定自主學(xué)習(xí)和實踐能力，滿足“新工科”背景下應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要。

三、結(jié)語

在“新工科”建設(shè)背景下，工程材料課程通過優(yōu)化教學(xué)方法、改進(jìn)課內(nèi)實踐教學(xué)方式、建設(shè)“雙師”型師資隊伍，有效促進(jìn)學(xué)生實踐能力培養(yǎng)和工程素質(zhì)提高，做到緊跟行業(yè)對人才的培養(yǎng)需求，清晰定位人才培養(yǎng)目標(biāo)。面向“新工科”新建設(shè)未來，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為導(dǎo)向，構(gòu)建了工程材料課程內(nèi)容體系，并根據(jù)本輪課程學(xué)生及其他教師的意見和建議繼續(xù)調(diào)整內(nèi)容，適應(yīng)應(yīng)用型崗位人才培養(yǎng)需要。該課程的教改工作對學(xué)生工程素質(zhì)和工程能力的培養(yǎng)起到引領(lǐng)和深化的作用，促進(jìn)了理論知識向工程能力轉(zhuǎn)化。希望通過不斷總結(jié)經(jīng)驗、調(diào)整和改進(jìn)教育教學(xué)工作中的不足，為工程材料課程建設(shè)提供有價值探索。

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作者:滿田囡 沙桂英 王赫男 農(nóng)智升 李召明 鄧希光 張洪亮 馮長杰 單位:沈陽航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院