不同专业方向背景下的材料科学基础课程改革与实践

陈洪美 张 静 金云学 魏范松 王泽鑫

1 江苏科技大学材料科学与工程学院 江苏镇江 212003

2 江苏科技大学张家港校区冶金与材料工程学院 江苏张家港 215600

不同专业方向背景下的材料科学基础课程改革与实践

陈洪美1张 静2金云学1魏范松1王泽鑫1

1 江苏科技大学材料科学与工程学院 江苏镇江 212003

2 江苏科技大学张家港校区冶金与材料工程学院 江苏张家港 215600

以我校材料科学与工程学科专业方向特点和人才培养要求为背景，围绕课程体系建设、教学方式和教学手段改革、双语教学模式探索、实验教学改革等几个方面，对材料科学基础课程进行了改革与实践，并取得了较好的教学效果。

教学方式；教学手段；双语教学；实验教学

材料科学基础课程是材料科学与工程学科相关专业最重要的学科基础课，也是材料科学与工程相关专业学生接触的第一门与专业相关的基础理论课，也是绝大多数高校研究生入学考试必考的专业课，它对构建材料科学与工程相关专业工程技术人员的专业基础知识体系和后续专业课的学习具有至关重要的作用。

各个高校所开设的材料科学基础课程所涉及的授课内容各有区别，一般会根据自己学校的专业特色制定适合自己的材料科学基础课程教学大纲，纵观材料科学基础课程开课至今的授课内容，主要涉及三大部分：金属学部分，包括材料的晶体结构、缺陷、金属及合金的凝固、相图、扩散、塑性变形和再结晶；热处理原理与工艺部分，包括热处理原理、常用热处理工艺及其在机器零件上的应用；金属材料学部分，包括各种工程材料及其选用等，有的包括三个部分，有的可能涉及其中的一或两个部分。作为材料学科的学科基础课，它的主要特点是：概念原理多、内容多且抽象、既有基本理论又有工程实践应用［1，2］。学生在学习的过程中普遍反映内容抽象难理解，且枯燥，难以激发学生的学习兴趣，抓不住重点，教师在教学过程中也感觉很难达到预期的教学效果。课题组从事本课程教学的教师根据多年的教学经验，针对这些问题，在教学中进行了较为深入的探讨，进行了以下几个方面的教学改革，取得了较好的教学效果。

1 改革课程体系 满足不同专业方向人才培养的要求

科学、合理、适用的材料科学基础课程体系对提高该课程的教学效果，完成材料科学与工程学科各专业教学计划对该课程所赋予的任务起到有效的促进作用［3］。我校材料科学与工程学科开设材料科学基础课程的专业方向有焊接技术与工程、材料成型与控制工程、金属材料工程（热处理方向）、金属材料工程（腐蚀与防护方向），各个方向的教学计划不同，所开设的专业课也不同，无法按照统一内容讲授材料科学基础课程，改革材料科学基础课程体系及内容势在必行。

结合我校材料学科各专业方向的特色和专业背景，参照国内外相关教材和内容，将我校材料科学基础课程分为三个体系，分别是“材料科学基础A”“材料科学基础B”“材料科学基础C”，根据各专业特色和人才培养要求分别制定“材料科学基础A”“材料科学基础B”“材料科学基础C”教学大纲，根据各大纲要求选择不同的授课教材，“材料科学基础A”选择机械工业出版社出版，崔忠圻等主编的《金属学与热处理》为主要授课教材，内容包括了金属学原理、热处理原理与工艺、金属材料学三大板块，具体内容有晶体学基础、金属材料的结构和键合理论、金属材料的凝固原理、相图理论、形变与回复再结晶的基础理论、扩散理论及其应用、热处理的基础理论和工艺、工程金属材料的基础知识等内容，适用于焊接技术与工程专业、金属材料工程（腐蚀与防护方向）专业、材料成型与控制工程专业。对于金属材料工程专业（热处理方向）的学生来说，在教学计划里面包含了“金属材料学”“热处理原理与工艺”等课程，因此我们选择“材料科学基础B”和“材料科学基础C”，“材料科学基础B”和“材料科学基础C”选择上海交通大学胡赓祥等主编的《材料科学基础》为主要授课教材，前者授课内容包括晶体学基础、金属材料的结构和键合理论、金属材料的结晶和二元相图理论、原子扩散与反应扩散的理论、形变与回复再结晶的基础理论，后者侧重于位错和三元相图的基础理论及其应用。通过课程体系的规划和调整，选择适合不同专业方向人才培养需求的课程和对应的授课教材，对学生理论知识的学习和积累都起到了较好的推动作用。

2 改革教学方法和教学手段 提高学生探索性自学能力和学习的积极性

材料科学基础课程教学内容理论性强，概念原理多，逻辑性和系统性不强，抽象难懂，学生在学习的过程中普遍反映枯燥难学，很难激发学生学习的积极性。在教学过程中采用启发式、提问式、讨论式和研究式等教学方式相结合［4，5］，以学生作为教学活动的主体，引导和调动学生积极思考和主动学习的积极性，在讲授新的章节之前，给学生介绍章节学习内容，指出章节重点和难点，上课重点讲解章节重点和难点，章节结束再次总结章节内容，注意知识点之间的衔接、联系与区别。通过这一系列的知识点的梳理，使所学知识更加系统化和条理化，从而加深学生对所学知识的理解和记忆。课后要针对所学知识布置课后作业，课后作业可以形式多样化，可以是课本后面的习题，也可以是根据课堂讲授内容留一些有利于增强学生自学能力和分析解决问题能力的生产实际问题，这些问题可以利用书本知识，同时书本知识又不足以完成这些问题，这样学生可以通过查阅文献，阅读资料来找到解决问题的办法，书本知识跟最新的研究成果结合起来，同时加深了学生对所学知识的理解和应用。

教师在讲课的过程中要做到理论联系实际，讲授新的内容之前，尽量给学生讲一些生产实例，根据实际生产提出需要解决的问题，然后找到解决问题的所需要的理论知识，继而引出要讲的内容，学生对新鲜事物往往充满了好奇心，学生求知的欲望也容易激发出来，这样既培养了学生的学习兴趣和积极性，又可以引导学生理论联系实际的思维方式，培养了学生解决实际生产问题的基本能力。教师在教学过程中可以根据自己的科研成果，将与课程相关的内容加入到教学中，增加了教学内容的实践性和创新性。

作为材料学科的学科基础课，材料科学基础课程所涉及的知识面比较广，原理规律较多，内容抽象，例如，金属学基础、位错和三元相图等内容，教师在讲课过程中可以利用计算机辅助教学，借助多媒体教学课件将抽象的内容通过图片、动画、视频的形式展示给学生，同时可以利用计算机动态演示系统，将一些抽象的过程直观、形象的演示出来，在教学手段上摈弃了传统的板书教学模式，做到“板书+多媒体课件+计算机辅助设计”相结合的教学手段，将枯燥的理论知识生动形象的展示出来。一方面教师可以将该领域最新的研究成果传递给学生，增加了教学内容的科学性、先进性和趣味性，另一方面可以使学生得到该学科最新的优质教学资源。同时教师还可以通过网络课程增加本课程的教学资源和教学内容的共享性，学生可以根据自身需要在不受时空限制的情况下自主学习，进而大大提高了教学效果。

3 探索双语教学模式 培养学生全球化的学术视野和国际交流能力

在当今世界国际一体化背景的影响下，高等教育也向国际化方向发展，为适应经济全球化和科技革命的挑战，各个高校在本科教育过程中都努力创造条件使用外语进行公共课和专业课教学，尤其是在作为三大支柱产业的材料类专业中开展双语教学，充分体现了我国高等教育与世界接轨的雄心。

材料科学基础课程是材料科学与工程相关专业的学生接触的第一门学科基础课，目的是让学生学习材料科学与工程学科的基本概念、基本原理和基础理论知识，建立起成分、结构、加工与性能间的关系这一基本思维模式，正确地引导学生进入这一学科领域。该课程是材料专业学生学习其他专业技术课的基础，也是他们今后从事新材料及技术研究工作的基础。在这门专业基础课中开展双语教学不仅有利于实现从公共英语学习向专业英语学习的转变，而且有利于基础课程与专业课程之间的衔接与过渡［6］。

双语教学通俗地讲就是用两种不同的语言进行教学活动，在用母语进行部分教学内容教学的同时，用非母语进行部分或者全部非语言学科教学活动的一种教学模式，包括用外语原版教材、用外语制作多媒体课件、用外语讲授等形式，通过一系列的改革和探索，学生可以学习和掌握更多的专业词汇和用外语表达专业知识的方式［7］。教师在准备双语教学内容的同时可以了解本学科国外的最新研究进展、科技发展水平，吸收本学科前沿的专业知识和理论，通过双语教学传授给学生，从而培养学生的全球化的学术视野和国际交流能力，这对目前倡导的拔尖创新型人才的培养至关重要。

4 改革实验教学环节 提高学生的实践创新能力

作为材料学科的学科基础课，材料科学基础课程是实践性很强的一门课，因此该课程的实验教学环节显得尤为重要，实验课不仅要验证课堂教学的理论、巩固所学知识、促进教学效果的提高，更要培养学生基本的实验技能和实践创新能力。

作为理论联系实际的重要桥梁，该课程所开设的实验课必须要起到“纽带”作用，在实验内容设置上要突出针对性、创新性和自主性［8，9］。将实验内容分为基础入门型、设计研究型和综合实践型，由简单到复杂，由易到难，循序渐进。教师通过基础入门型实验将学生领进门，逐步放手，减少指导，增加设计研究型和综合实践型实验课时和内容，教师给出实验题目和方向，提出实验条件，由学生自行设计和操作，自己分析实验结果，写出实验总结报告。

实验内容要有针对性，要适应不同专业方向学生培养的需要，重点突出，尤其是在设计研究型实验和综合实践型实验时，教师可以根据不同专业背景设计适合本专业应用特点的实验，例如对于金属材料工程（热处理方向）的学生来说，可以根据具体零件的工况要求，让学生去设计加工和处理工艺，并根据自己设计的工艺参数去完成实验，通过组织观察和性能测试来验证实验参数的正确性和可靠性。而对于材料成型及控制工程专业的学生来说，可以根据具体零件的工况要求，让学生设计塑性加工工艺，同样根据自己设计的工艺参数去完成实验，再通过组织观察和性能测试来验证实验参数设计和实验过程的正确性和可靠性。

除此之外，还应加强实验教学管理和实验平台开放运行，探索新的实验教学方法的同时制定新的实验教学方案，为学生自主完成创新性实验提供理论基础。鼓励学生课余时间走进实验室，由被动变主动，充分发挥学生的聪明才智，提高学生综合运用理论知识和实践创新的能力。

5 结束语

材料科学基础课程的教学和改革是一项复杂的工程，在教学过程中必须以学生为主体，以培养拔尖创新型专业技术人才为宗旨，努力探索适合不同专业方向学生培养需求的材料科学基础课程教学体系、教学模式等。今后，课题组将以校级精品课程建设为契机，努力做好材料科学基础课程的改革和实践，除了上面提到的几个方面之外，还要在师资队伍建设、教材与教学参考资料建设、考核方式建设等方面也应根据专业方向和学科特点做相应的改革和实践。

［1］ 宁向梅，李谦.材料科学基础课程教学改革与实践［J］.中国现代教育装备，2009（14）：70-72.

［2］ 王晴，冉坤，贾竟航.材料科学基础课程教学改革的探索与实践［J］.沈阳建筑大学学报：社会科学版，2012，14（2）：214-217.

［3］ 崔占全，赵品，晶勤.材料科学基础的教学改革与实践［J］.教学研究，2007，30（1）：53-57.

［4］ 张保丰，蒋爱云，朱世杰.材料科学基础课程教学模式改革探讨［J］.实验科学与技术，2014，12（1）：161-163.

［5］ 郭宁，刘晓魁， 覃丽禄.材料科学基础课程研究性教学模式的探索［J］.西南师范大学学报：自然科学版，2014，39（6）： 138-140.

［6］ 陈洁，徐俊林，肖于德.材料科学基础课程双语教学的实践与研讨［J］.湖南冶金职业技术学院学报，2005，5（2）：164-167.

［7］ 刘辉，董文，张晓庆.材料科学基础课程双语教学探索与实践［J］.时代教育，2011（10）：162-164.

［8］ 王永东，李柏茹，赵霞.应用型本科材料科学基础实验教学改革［J］.中国冶金教育，2014（2）：47-48.

［9］ 冯文然，陈飞，曾冬梅.《材料科学基础》综合实验教学改革初探［J］.新课程研究，2015（1）：38-39.

The Reform and Practice of Material Science Foundation Curriculum in the Background of Different Professional Direction

Chen Hongmei， Zhang Jing， Jin Yunxue， Wei Fansong， Wang Zexin

1.School of Materials Science and Engineering， Jiangsu University of Science and Technology， Zhengjiang， 212003， China
2.School of Metallurgy and Materials Engineering， Jiangsu University of Science and Technology， Zhangjiagang， 215600， China

The reform and practice of Material Science Foundation curriculum was study in this paper in the background of the characteristics of materials science and engineering disciplines direction and the requirements of personnel training. The discussion revolves the following parts： reform of curriculum system， reform of teaching method and teaching measures， exploration of bilingual teaching mode and reform of experimental teaching.

teaching method； teaching measure； bilingual teaching； experimental teaching

2015-07-02

陈洪美，博士，副教授。