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(yè)主要為民航事業(yè)培養(yǎng)掌握航空航天飛行器設計知識，具有技術創(chuàng)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(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”建設背景下，有針對性地轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學理念創(chuàng)新教學方法，優(yōu)化課內(nèi)實踐內(nèi)容，促進“雙師”型師資隊伍建設，確保該課程設置起到培養(yǎng)應用型人才的作用。
“新工科”建設立足卓越工程師教育培養(yǎng)計劃，應對科技革命和產(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改革舉措。近年來，“新工科”建設已成為高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)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(yōu)化培養(yǎng)目標和知識結(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)展提供了新機遇[4]。依據(jù)飛行器設計與工程專業(yè)的定位，以國家一流本科教育示范專業(yè)建設目標為指導，強調(diào)學科的創(chuàng)新性、綜合性與應用性，培養(yǎng)具有“學業(yè)融合能力、工程創(chuàng)新能力、適應變革能力”的應用型人才。同時，培養(yǎng)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(yè)的新結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)的新模式、教育教學的新質(zhì)量、分類發(fā)展的新體系”五個“新”理念[5-7]。培養(yǎng)應用型人才，需從教學到管理、從課內(nèi)到課外、從內(nèi)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(yè)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(jié)構(gòu)、加工工藝與性能間關系及演變規(guī)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(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學時的實驗。通過對傳統(tǒng)教學下“新工科”人才培養(yǎng)的分析，以及工程材料專業(yè)必修課的教學體會，提出了“理論知識向?qū)嵺`能力轉(zhuǎn)化、專業(yè)知識向應用能力轉(zhuǎn)化”的實踐教學思想，增強專業(yè)必修課程教學效果，提高學生對專業(yè)知識的綜合運用能力和創(chuàng)新能力。
一、存在問題
根據(jù)培養(yǎng)方案設置，工程材料為飛行器設計與工程專業(yè)的必修課程，總學時為32，包括4學時的課內(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內(nèi)容。學生被動接受，不利于培養(yǎng)自主學習能力，忽視對技術發(fā)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(yè)啟蒙和興趣培養(yǎng)的任務難度大，沒有依據(jù)“新工科”建設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，實踐教學模式上，多以經(jīng)典實驗設計為主，校內(nèi)實訓和見習為輔。學生缺乏在復雜工程中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。因此，要從教學實際入手，從專業(yè)實踐出發(fā)，從人才培養(yǎng)的需求角度，引導學生建立認知體系，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“學業(yè)融合能力、工程創(chuàng)新能力、適應變革能力”的應用型人才。第三，“產(chǎn)、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(nèi)容的融合受限于傳統(tǒng)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(yè)能力培養(yǎng)與教師科研探索的前沿技術和相關產(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(yōu)教學效果。將工程材料作為基礎課的專業(yè)不同，對授課內(nèi)容的需求也各不相同。傳統(tǒng)教學模式中，教師通常根據(jù)教學計劃講授教材上的內(nèi)容，雖然在教學內(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)學生在具體應用工程材料知識的側(cè)重點。因此，應根據(jù)學生專業(yè)不同，制定不同教學目標。例如，航宇類專業(yè)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(jù)、無損檢測技術等，將理論知識與專業(yè)應用相結(jié)合。教師的觀念從“講授”轉(zhuǎn)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(fā)式教學與分組討論，在師生互動中完成教學內(nèi)容。每節(jié)課以問題引導開始，密切結(jié)合科研前沿熱點的新發(fā)現(xiàn)、新理論和實際生產(chǎn)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(zhuǎn)變?yōu)閹熒橹黧w的互動教學，把枯燥抽象的理論與應用實例結(jié)合，有利于提高教學效果并調(diào)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(fā)廣泛思考和求知，促進自主學習能力養(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(jù)教學目標，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，突出學習過程對整體內(nèi)容的把握。進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、學生課程課件設計等內(nèi)容，并根據(jù)各項考核內(nèi)容的重要性設定權重系數(shù)。
（二）優(yōu)化課內(nèi)實踐，培養(yǎng)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(jié)合的教學目的。實踐教學重在培養(yǎng)學生興趣，主動學習、觀察、思考，秉承“重理論、強應用”原則，培養(yǎng)實踐能力和獨立思考問題能力（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(nèi)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(diào)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(yè)設計奠定了基礎。課內(nèi)實驗以小組的形式參與，通過學生分組、組內(nèi)分工方式，設置多樣化實踐角色，鍛煉協(xié)作能力，認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趨勢。開放的實驗形式可以激發(fā)學生創(chuàng)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(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(jù)文獻調(diào)研，設計了拉伸試驗、沖擊試驗、耐磨性測試，等等。學生通過調(diào)研并獨立設計實驗方案，創(chuàng)新創(chuàng)造意識被激發(fā)。鼓勵學生結(jié)合課堂實驗設計，積極申報大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，2021年本校大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)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(yè)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(yǎng)理念。
（三）建設“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)合新材料前沿熱點，只依靠傳統(tǒng)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(zhí)行者，也是探索教學改革的關鍵。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歷為主要組成部分的高學歷教師隊伍。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，與企業(yè)交流合作不足，無法及時了解最新技術動態(tài)和行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，不能根據(jù)實際需求調(diào)整和設計教學內(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)變到應用型人才培養(yǎng)。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(zhì)，也應具備實踐教學的能力。為推進“產(chǎn)、學、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、工學結(jié)合的培養(yǎng)方式，形成“以產(chǎn)興教”，“以教強產(chǎn)”的產(chǎn)教融合長效機制。通過企業(yè)掛職鍛煉，專業(yè)教師將理論知識與企業(yè)需求關聯(lián)，不僅豐富了教學內(nèi)容，還擴展了科研方向。鼓勵教師延伸教學內(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，幫助學生提前對產(chǎn)業(yè)和行業(yè)產(chǎn)生認知。認同專業(yè)的前提是認同行業(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?！半p師”型師資隊伍通過將課程與企業(yè)需求聯(lián)系，深化工程知識學習和工程能力培養(yǎng)，尤其是教學內(nèi)容涉及新技術和新產(chǎn)業(yè)，是理論知識的有力補充。學生通過認識產(chǎn)業(yè)前沿，增強學習興趣，擴展專業(yè)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(yǎng)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(yǎng)的需要。
三、結(jié)語
在“新工科”建設背景下，工程材料課程通過優(yōu)化教學方法、改進課內(nèi)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(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。面向“新工科”新建設未來，以培養(yǎng)應用型人才為導向，構(gòu)建了工程材料課程內(nèi)容體系，并根據(jù)本輪課程學生及其他教師的意見和建議繼續(xù)調(diào)整內(nèi)容，適應應用型崗位人才培養(yǎng)需要。該課程的教改工作對學生工程素質(zhì)和工程能力的培養(yǎng)起到引領和深化的作用，促進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(nóng)智升 李召明 鄧希光 張洪亮 馮長杰 單位:沈陽航空航天大學材料科學與工程學院
