先進功能材料課程教學改革探索

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摘要:新工科建設是目前各高校學科建設的重點，要求能夠通過新教學模式、新教學體系、新培養方案等系統性探索和建設，真正達到為國家現代化建設和發展培養具有創新實踐能力、高素質復合、可持續型專業人才。本文以青海大學《先進功能材料》課程為例，探討了該課程為滿足新工科建設所做的教學改革探索。

關鍵詞:新工科;教學模式;多元化考核

自2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，各高校為契合新工科培養未來多元化、創新型卓越工程人才的目標，制定和修改相關措施和培養方案，切實助力中國高等教育的發展。新工科建設的關鍵任務就是創新教學方式與技術，重塑人才培養質量關;2018年，陳寶生部長提出“以本為本，四個回歸”的教育理念，明確指出加快建設高水平本科教育，全面提高人才培養能力，要把本科教育放到人才培養的核心地位，基礎地位;2020年青海省委、省政府印發《青海省加快推進教育現代化三年行動指南(2020-2022年)》，堅持扎根青海大地辦教育，為青海省高等教育現代化建設指明方向;這些文件都為新工科的建設提供詳實的理論指導。新工科建設著重在“新”，要運用新機制、新模式、新手段激發教育活力，全面提高學生培養質量，造就民族復興的時代接班人。本文以《先進功能材料》課程為例，探討了新工科建設背景下課程教學模式和教學方法改革和建設的舉措。

一、改革的必要性

《先進功能材料》課程是材料科學與工程專業大三的一門專業選修課，其教學目的是通過對典型功能材料如儲氫材料、形狀記憶合計、梯度功能材料、超導材料等課程內容講解，讓學生掌握功能材料的工作原理和應用前景，是對前期所學材料基礎課程如《材料科學基礎》《無機材料物理性能》《固體物理》等先修課程的綜合應用，拓展學生對功能材料的認識，為以后工作、學習及畢業論文提供必要的知識和方法;此外，隨著青海省“一優兩高”戰略的提出，以新材料、新技術為突破口，加快產業轉型升級，促進地區經濟發展是必由之路，而青海省以能源產業、鹽湖化工作為未來主要的發展方向，這些都與功能材料密切相關。隨著新材料、新技術的發展，多學科交叉融合的知識體系已經成為功能材料主要特征，這對學生知識體系儲備也提出了更高的要求，要求能夠運用所學的知識積極參與國家大眾創新、萬眾創業的活動中，因此通過《先進功能材料》課程學習，結合青海省產業發展布局，能夠為培養符合地區經濟發展的人才提供理論基礎。然而目前開設的《先進功能材料》課程在教學方法、教學理念上還存在一定的問題，不能滿足新時代教育和新工科建設對于人才培養的要求，主要表現在以下方面:(一)教學模式略顯單調。目前《先進功能材料》課程和其他大部分課程一樣，主要采用教師講述與多媒體配合教學的方式，但多媒體教學融入深度不夠，沒有充分發揮線上、線下教學的優勢。在授課過程中，學生沒有充分參與到課堂教學活動中來，對于知識體系掌握不是很好。如何通過新教學模式改革，激發學生學習興趣，是提高教學效果的必由之路。(二)課程評價機制單一。《先進功能材料》課程的考核主要是平時成績和期末考試成績，考核主要以知識記憶為主，考核方式單一，無法真正理解學生對《先進功能材料》課程知識的掌握程度，而且整個評價機制過程沒有過程考核評價，導致學生在學習過程中，以應付理論考試為主，不滿足新工科對于具有創新型、復合型人才的培養要求。(三)課程思政融合不足。新工科建設的內涵是立德樹人，要通過春風化雨、潤物無聲的方式將歷史唯物主義、馬克思主義認識論和社會主義核心價值觀融入到學生到思想中，引導大學生樹立正確的時代責任和歷史使命。然而在本門授課過程中，過多注重于教學內容的講述，缺乏思政案例的融入，特別是能夠引起學生共鳴的有效思政案例。

二、課程教學改革的初步探索

(一)新教學模式。傳統教學方法的主體是教師，根據教學大綱的要求，按部就班給學生講解專業知識，其弊端就是學生參與度不夠，難以有效激發學生的學習興趣，而以問題為導向的教學模式聯合案例教學法(PBL、CBL)就能夠很好地解決傳統教學法的弊端，增加學生在課堂上的參與度。近年來，隨著新工科建設的持續推進，PBL和CBL在教學過程中取得了較為理想的應用效果。因此在《先進功能材料》課程教學過程中，我們也采用了PBL和CBL的教學模式。為此，通過對教學大綱的重新修訂，增加一定學時的討論課，選擇學生比較感興趣的幾種功能材料進行分組學習討論。選取鋰離子電池、超疏水材料、自愈合材料等典型功能材料的應用案例，4—5人為一個自學小組，依據教學大綱內容，給學生提前預留相關的問題，比如鋰電池的工作原理、測試方法、目前研究熱點、固態電解質等等問題，讓學生根據問題有針對性的進行相關文獻閱讀。為了避免學生僅僅閱讀中文文獻而不看英文文獻的現象，教師會推薦一篇相關功能材料的英文SCI，要求學生課后閱讀SCI文獻，能夠了解SCI文章中的主要內容，包括此文章的創新性、材料的制備方法、表征手段和測試結果。通過文獻調研和SCI閱讀進行PPT的制作和課堂講解。一方面，學生通過在課前文獻調研，提高了查閱文獻的能力，并能夠提前對相關功能材料的發展、原理和應用有初步了解;另一方面，英文SCI的閱讀，能夠直觀了解到具體材料的合成、制備、表征及應用過程，把材料專業相關知識進行綜合應用，以達到真正理解和掌握功能材料學科知識的目的。此外，為使學生充分利用碎片化時間自由學習，我們也正在積極應用網絡教學平臺，利用在線平臺完成課程預習、在線測試、答疑討論等，充分建立線上、線下教學模式。(二)思政教育的積極融合。當前大學生思想活躍有主見，但普遍心智尚未完全成熟，容易情緒化，隨著互聯網的規模化應用，各種不同的思想在網絡上傳播，而大學生又缺乏有效的辨別手段，容易被一些不良思想受到影響。特別是對青海大學的學生，青海大學少數民族學生較多，部分同學具有宗教信仰，雖然學生具有宗教信仰的自由，但是必須以愛國主義為根本準則，必須學習新時代中國特色社會主義思想。因此在授課過程中，要積極融合思政教育，讓學生增加愛國情懷與民族自豪感。《先進功能材料》中蘊含了大量的愛國主義素材，例如以熱播的《大國重器》紀錄片為例，主要講述了我國在相關技術領域取得的重大突破和重大成就，由此引入到在這些大國重器中所用到具體的功能材料。另外在講授每一節具體功能材料課程中，要積極引導學生了解我國科學家在這個領域取得的成就，學習榜樣的作用。除此之外，雖然目前有些功能材料發展較為緩慢，在民用領域沒有利用起來，但是要看到功能材料的發展前景，這就包含了辯證唯物主義的思想;在制備過程中眾多影響因素都會對功能材料的性能產生影響，要學生們通過科學分析計算，了解主要影響因素，這就包含量主要矛盾和次要矛盾的思想。通過多樣形式思政教育融合，為國家現代化建設培養“又紅又專”的建設者和接班人，也能夠把學生們的思想統一起來，為青海省的穩定和發展提供支撐。(三)多元化考核評價。為了避免傳統考核方式出現的應付期末考試而突擊學習，沒有真正掌握知識的現象，有必要增加多元化考核評價，降低期末考試在整個考核評價機制中所占的比例。通過設置和增大課堂互動、臨時小測試、小組討論的分值比例，切實提高學生在課堂生的參與度和對知識掌握程度，目前《先進功能材料》課程主要通過以下途徑進行多元化考核:1．課堂互動課堂互動是檢測教學效果或質量的直觀手段，良好的課堂互動能夠讓學生主動參與到課程中來，反過來也能夠增加教師講解授課的熱情，課堂互動也成為教學督導對教師授課效果的重要評價指標之一。傳統通過問答形式顯然不利用調動學生學習興趣和了解學生對知識的掌握程度，而借助于“雨課堂”的現場測試是一個很好的手段，在相關知識體系講授完成后，可以通過“雨課堂”及時相關測試題，每個學生通過手機進行作答，以及時了解學生是否真正掌握相關學科知識。另一個途徑就是通過多名學生對同一個問題進行探討式問答，特別是課前預留的思考題，通過探討式回答能夠看出學生在課后是否認真完成文獻閱讀。當然，對于在課堂上表現好的同學，都應該增加一定的平時成績，雖然這部分的操作略微帶有一定的教師主觀性，但確實能夠引導學生積極參與課堂教學活動中來。2．小組討論小組討論是教學模式改革中增加討論課的具體操作，以討論課小組PPT的制作效果和講課質量作為參考，教師給小組每名主講同學進行賦分，而主講同學可以給小組其他同學賦分，賦分的依據是其對PPT制備和文獻調研所做的貢獻。為了拓展學生知識面，通常一個題目是由兩組同學分別完成，而講完的一組需要接受第二組同學的提問，兩組相互交替進行，一方面能夠彌補單一組講解內容調閱不夠充分的問題，另一方面相互提問也能夠了解本小組在課后有沒有投入時間和精力進行文獻調研和閱讀。這種討論課需要學生在課后付出一定的努力，也對學生的自覺性和主動性提出要求。通過實踐確實能夠發現，在每節討論課下課之后和老師交流的學生增多，這也能夠說明學生在調研過程中，確實進行思考，能夠達到培養效果，滿足新工科建設的要求。3．臨時小測試在之前授課過程中發現部分同學在聽課的過程中沒有做筆記的習慣，而不做筆記的同學期末考試的成績往往不理想，其根本原因在于課程內容較多，如果課堂上不做記錄，考試復習就不知道復習的方向，抓不住課程重難點。為了解決這個問題，除了要嚴格要求學生在上課時做筆記，而且課程結束后筆記也作為考評的一部分。除此之外，在每一次講課之前利用5—10分鐘做一次隨機課堂小測試，測試的內容是上一次課講授的內容，測試目的一方面是了解學生對之前知識的掌握程度，另一方面，臨時小測試能夠讓學生思想瞬間緊張起來，認真對待上課，最后課堂小測試也間接起到考勤的作用，避免課堂點名浪費時間的問題。(四)積極引導參與創新實踐《先進功能材料》。涵蓋的知識面比較廣，通過課堂知識的學習和掌握，學生能夠利用所學知識，積極參與到教師的課題中，把所學的知識應用到具體的實驗過程中，同時在實驗過程發現的現象反過來促進學生對所學知識的消化吸收。隨著國家大眾創新、萬眾創業戰略的提出，積極引導學生把所學知識應用起來顯得尤為重要。創新實踐滿足培養應用型人才對知識和動手能力的要求，符合新工科教育改革的內涵要求。另外，也要求學生積極參加“挑戰杯”“創青春”等各種各樣的比賽中去，提倡學以致用。當然創新實踐的評價暫時不能夠在當下體現效果，但是這和思政教育一樣，需要一定的時間才能慢慢顯示出來，特別是積極參與創新實踐的同學在以后研究生復試中或自主開展創業活動中具有一定的幫助作用，這也是新工科建設對于教學的具體要求，能夠為未來新興產業和新經濟需要的工程實踐能力強、創新能力強的高素質復合型“新工科”人才起到引領作用。

三、結語

面對新工科背景下對《先進功能材料》課程的教學，必須從教學模式、思政融合、創新實踐、考核評價等方面進行改革，以支撐和帶動青海省地方經濟發展為目標，以立德樹人為引領，以提高教學質量，增強學生的實踐創新能力為改革的出發點和核心點，履行好高等教育的根本任務。

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作者:望紅玉 王自潔 單位:青海大學機械工程學院