探索“四结合”教学法提升学生创新实践能力——以金属材料工程专业为例

□ 卢向雨 田立辉 芦 笙

一、引言

经济的快速发展和一系列重大工程的推进，带动了我国的材料工业的高速发展，尤其是在新型轨道交通材料、新能源材料、高强度结构材料、航空航天材料、海洋工程材料等方面取得了长足的进步。为持续推动我国材料产业发展，必须大力鼓励材料领域创新，着重培养和提高材料专业技术人员的创新能力［1］。高等学校作为培养材料专业技术人员的主要基地，通过教学和实践环节提高材料科学与工程专业学生的实践能力、培养学生创新思维具有重要意义［2］。通过创新思维的训练增强材料产业科技人员的创新能力，进而推动我国新材料产业突破性、创新性的发展，进一步提升我国材料产业的科技创新能力［3～4］。

当前我国有近300所高校设置材料类专业［5］，如何提高材料类学生质量，增强学生的竞争力是各高校面临的重要课题。天津大学材料科学与工程学院教学改革小组［6］从用人单位的反馈中发现，当前材料科学与工程专业学生普遍存在动手能力不足、知识面窄、基础知识薄弱等问题。这与材料科学与工程专业知识理论性和实践性兼具、课程设置中理论与实际脱节、理论课程容易枯燥乏味、实践课程条件艰苦等因素相关［7］。近年来，部分教育工作者［8～9］认为，通过专业理论知识与实践环节相结合，在提高学生实践能力的同时训练学生的创新思维是提高材料科学与工程类学生核心竞争力的关键。

本文从江苏科技大学金属材料工程专业培养学生实践和创新能力的实践出发，提出在教学过程中结合国际前沿、结合区域发展、结合本校优势学科建设、结合社会需求的“四结合”教学方针以提高金属材料工程专业学生的实践和创新能力。

二、教学与国际前沿结合，开拓学生视野

材料科学与工程领域一直是国际研究的热点之一，教师将材料领域的研究热点、最新研究成果适当引入教学过程中，用材料科学与工程领域的专业知识介绍该研究热点的基本原理、关键问题;对比当前热点问题的相关技术流派、各种学术流派的优缺点等。将国际前沿、研究热点等引入教学中不仅可以丰富课程内容，提高学生应用专业知识的能力;还可以通过对热点问题的剖析开阔学生视野，避免了专业基础理论的枯燥乏味，通过热点问题的剖析培养学生解决科学问题的兴趣，激发学生的创新性思维。江苏科技大学作为以船舶为特色的高等院校，在金属材料工程专业学生的培养方案中也围绕船舶相关行业进行了相应的课程设置，开设了《船舶与海洋工程概论》、《船舶高效焊接》、《涂装工艺》、《特种焊接技术》等与船舶行业密切相关的课程。在讲解腐蚀原理的基础理论中结合船舶生物污损严重的特点，在介绍当前主要防止生物污损的涂装防污涂料、电解海水、采用防污材料和臭氧法等常规方法外，可以结合国际前沿的仿生防污技术进行讲解，从仿生防污技术的起源、原理、主要仿生防污技术、当前的研究进展等方面进行介绍。通过将仿生防污技术引入教学过程加强了学生对腐蚀原理相关知识的掌握，同时增强了学习过程的趣味性，激发了学生的发散和创新思维。因此，将材料科学与工程领域的科学研究、国际前沿动态引入教学中对拓展学生的视野、激发学生的科学研究兴趣、培养其创新性思维具有重要意义。

三、教学与区域发展相结合，培养学生实践能力

材料科学与工程学科旨在揭示材料成分、组织结构、加工工艺及其性能间相互关系［10］，其本身是一个对理论性和实践性都有较高要求的学科。为了培养学生解决工程问题的能力，提升学生的实践能力，开设一定数量的实践类课程必不可少。为了提高实践类课程的教学质量，结合区域发展特色设置相关教学实践环节可增加学生的实习时间，提高工程实践能力。同时，将材料学的专业知识与生产实际相结合，可以让学生明确相关专业知识的应用背景以提高其学习积极性，同时也通过理论与生产实际的结合增强学生的实践能力。江苏科技大学位于经济发达的江苏省，该省除在高性能纤维及复合材料、高性能膜材料、高效能源材料等领域具有明显的优势外，随着国家沿海开发、海洋经济的发展其在海洋工程材料等领域也有了高速发展。学校在就近安排学生到泰州宇宙焊接材料有限公司、金港建设工程质量检测有限公司、江苏省城宇建设集团有限公司等企业认识实习和生产实习的基础上，不定期邀请具有明显区域优势的材料企业的技术专家走进校园为学生作报告，通过一线工程人员和研发专家给学生讲解相关行业需求，发展动态，市场前景等，加强金属材料工程专业学生对材料产业的了解。通过了解区域材料产业发展与需求，让学生针对性地提高自己实践能力、训练自己创新思维，全面提升自身综合素质，进而提高学生的核心竞争力。

四、教学与优势学科相结合，增强学生分析解决问题能力

材料科学与工程学科研究对象中的材料具有较强的基础性，因此材料学科与其他学科具有很强的交叉性，如材料学科与机械、土木、海洋、水利、生物医学等学科研究内容都具有广泛的交集［11～12］。在专业性较强的工科院校中，多数院校拥有自身的特色专业和优势学科，通过优势学科、特色专业带动其他专业有利于学校的长远发展。因此，对于工科院校中的金属材料工程专业，在教学过程中将本专业与学校的优势学科、传统特色专业相结合，以特色专业带动材料学科的发展具有重要的意义，同时也可通过两者的结合提高学生分析问题和解决问题的能力。江苏科技大学是一所以船舶、海洋为特色的工科院校，在学校发展过程中依托船舶、海洋等特色学科大力发展材料等相关学科。在金属材料工程的专业教学过程中，紧密围绕船舶、海洋等特色专业开展教学实践，在开设的焊接相关课程中，结合海洋工程建设、舰船应急抢修等可以着重讲解水下焊接技术，从水下焊接的应用领域、水下焊接的分类、不同水下焊接的原理、水下焊接的特点及不足等方面进行讲解，结合船舶应急抢修等实际需求讲解相关知识。让学生在将专业知识与优势学科、工程实际相结合的过程中，增强实践能力和创新思维能力。因此在金属材料工程的专业教育中，紧密围绕特色专业发展开展相关材料类的工程实践课程对提高学生实践能力、增强学生创新思维具有重要的推动作用。

五、教学与社会需求相结合，增强学生持续创新能力

结合市场需求针对性地调整金属材料工程学科教学过程的课程体系，提高学生的持续创新能力。因其基础性、应用性、交叉性等特征，科技进步和社会需求的变化推动着材料产业一直处于高速发展状态。材料科学与工程专业教学过程中需注重社会需求的变化，及时更新课程体系和实践环节，让学生了解当前和今后一段时间内材料学领域的重大需求，在丰富学生知识体系的同时，为学生的创新发展做好一定的知识贮备，从而增强学生的持续创新能力。在2012年工信部发布的《新材料产业“十二五”发展规划》中，明确将高性能结构材料、电子信息材料、高性能膜材料、稀土及稀有金属材料等作为“十二五”期间的发展重点。通过学术报告、讲座等形式加强学生对相关领域的了解，帮助学生了解社会需求。同时在具备相关师资力量的条件下可增设相关专业选修课程，以便学生系统掌握相关专业知识从而为学生的持续创新做好知识储备。

同时还应结合区域发展动态和学校自身定位做好金属材料工程专业课程体系设置。近年来随着江苏省沿海开发的推进，海洋工程用关键材料、海洋结构防腐蚀技术［13］等市场需求较为强劲。江苏科技大学作为省属重点建设高校，积极推动相关产业发展以服务江苏省经济建设。学校在发展船舶、海洋等特色学科的同时，积极开展海洋工程材料研制、结构耐久性等方面的科学研究。金属材料工程的专业课程设置中，适当增设了腐蚀原理、防腐蚀技术等相关内容，并在大学生创新训练设置材料耐久性方面的课题以帮助学生掌握相关知识，通过创新计划的培养激发其创新思维，增强其创新能力。因此，在教学过程中结合材料产业的社会需求，适当调整材料学专业课程、结合实践训练以增强学生的持续创新能力。

六、结语

材料科学与工程专业具有很强的基础型和实践性，同时与机械、土木、海洋、水利、生物医学等学科存在广泛的交叉，因此其研究内容、研究对象更新速率较快。为了增强材料科学与工程专业学生的实践和创新能力，在教学过程中围绕结合国际前沿、结合区域产业特色、结合学校优势学科发展、结合社会对需求的演变等，依据“四结合”加强材料科学与工程专业课程体系建设。同时，通过学术报告、工程实践等加强学生对学科发展动态、社会需求的了解，以帮助学生针对性地掌握相关知识和技能，以增强其实践能力和创新思维。

［1］付坤，王金国．材料科学与工程专业本科生实践创新能力培养的思考与实践［J］．实验室研究与探索，2014，33(4):203～206

［2］张为军，白书欣，吴文健等．材料科学与工程人才培养方案的改革研究［J］．高等教育研究学报，2011，34(3):18～20

［3］王金淑，李洪义，刘伟等．材料科学与工程实践教学体系的建立与实施［J］．中国大学教学，2008，7:85～86

［4］黎阳．材料科学与工程专业学生工程意识与工程素质培养探讨［J］．科技创新导报，2014，11(5):113、115

［5］开设材料科学与工程专业的院校［DB/OL］．http://gaokao．xdf．cn/college/m_zkc_85，2014 －11 －18

［6］天津大学材料科学与工程学院教学改革小组．面向新世纪材料科学与工程专业建设与人才培养的综合改革与实践项目研究报告［J］．高等工程教育研究，2005，1:10～21

［7］鄢文，魏耀武，顾华志等．课堂模式培养材料学专业应用型人才面对的问题与对策探讨［J］．教育教学论坛，2012，26:134～136

［8］钟世云．麻省理工学院材料科学与工程专业本科培养计划的分析［J］．中国大学教学，2013，3:85:89 ～95

［9］何勇，于广华．占领新材料科学人才培养的制高点——北京科技大学材料科学与工程特色专业建设纪实［J］．北京教育(高教版)，2010，1:57 ～59

［10］王迎军，项聪，余其俊，曾幸荣，刘粤惠．材料科学与工程专业学生实践创新能力的培养［J］．高等工程教育研究，2012，5:127 ～131

［11］张雯，张华，朱芳民．基于学科交叉的生物医学材料学课程设置探讨［J］．广州化工，2012，19:162 ～163

［12］张钧林．材料科学与工程的学科发展、现状及人才培养［J］．甘肃科技，2008，24(15):165 ～168

［13］江苏省推进战略性新兴产业发展工作领导小组．江苏省十二五新材料产业推进方案［R］．2012