《现代材料研究方法》课程建设的新思路与新举措

刘成龙+田中青+黄伟九+周志明

摘要：本文介绍了现代材料研究方法课程建设的新思路，以教学目标为导向、以教学内容为载体、以教学组织为纽带、以课程考核为手段，对课程建设的改革提出了切实可行的建议。

关键词：新材料；研究方法；课程建设

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）38-0225-02

在国务院学位委员会第三十三次会议上，国务院学位委员会主任委员刘延东对学位与研究生教育提出了要以立德树人为根本、人才培养为核心，发挥好课堂教学主渠道作用。课程学习是保障研究生培养质量的必备环节，在研究生培养过程中具有全面、综合和基础性作用。而要保障好课程学习效果，高质量的课程建设是基础，是激发研究生兴趣、培育其独立思考能力和批判性思维、全面提升其创新能力和发展能力的稳固支撑[1]。新材料产业作为我国七大战略性新兴产业和“中国制造2025”重点发展的十大领域之一，2010年以来的年均增速保持在25%左右。随着新材料研究逐渐趋向于纳米化、智能化、复合化，材料研究人员对先进测试技术的依赖越来越强。对新时期材料科学与工程一级学科的研究生层次人才而言，掌握现代材料研究方法的原理与应用，对其创新与发展的能力的提升具有至关重要的作用。根据学生培养的新需求，我们针对材料科学与工程一级学科硕士点专业必修课《现代材料研究方法》进行了系列改革。

一、课程存在的问题

1.学生水平层次不一致，授课难度大。学生基础差别较大，增大了教师备课难度；部分学生课堂学习的积极性、主动性不够。

2.教材内容滞后，更新慢。应新材料发展的需求，新的材料测试技术不断涌现，而现有教材内容不能很好地满足教学需求，影响授课质量。

3.授课教师单一化。材料测试技术的迅速发展需要授课教师具有高的科研能力和教学水平，单一化的授课教师设置模式不利于学生创新实践能力培养。

二、改革举措与建议

根据我校材料科学与工程一级学科研究生的培养目标需求，我们从课程教学目标、教学内容、教学组织及教学评价四个方面对《现代材料研究方法》专业必修课进行了教学改革。

1.重构课程的培养目标。根据我校材料科学与工程一级学科硕士研究生的培养目标，从《现代材料研究方法》这门课程的定位出发，将本门课程的培养目标修订为“通过本课程学习，深入理解现代材料分析方法的基础理论、方法和分析测试技能，在微观和纳观层次上系统掌握组织形貌、物相、成分价键及分子结构等综合分析技术及数据分析能力，从“成分/组织—制备工艺—性质—使用性能”四大要素及其相互关系角度出发培养学生的综合研究能力与素质，为学生开展新材料研究开发、先进材料工艺研发与应用提供理论基础和技术支持，最终使学生能够独立地进行材料的分析和研究工作。”新的教学培养目标更加具体、细化、明确，可更好地指导教学内容的制定、教学活动的组织及教学评价的实施。

2.关注教学内容的适用性与前沿性。针对新材料的发展要求，以有利于研究生创新能力培养为目标，注重材料学科先进的，有突破性的前沿知识及学科交叉，重点对本门课程的教学内容进行了改革。根据“立足研究，夯实基础、培养能力、强化创新”基本思路，围绕“知识—能力—素质—创新”这一主线，重点针对研究生创新能力和实践能力的培养，在课程教学内容设计上突显学术学位或专业学位硕士研究生培养中的科教结合，以及研究生培养中的职业发展能力形成。由“以仪器为中心”转化到“以分析为中心”，由“技术培训”转化到“综合能力培养”。

3.注重教学模式的改革创新。材料科学与工程作为一个实践性很强的学科，实践教学是培养高素质人才的重要一环。目前，为了更好地应对新材料、新技术、新工艺的发展趋势，安全、绿色、可视的虚拟仿真实验教学在各高校广泛开展。虚拟仿真实验教学依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学目的。通过虚拟仿真实验平台可更好地实现现代材料研究方法的实验课教学[2，3]。例如：清华大学重点针对高危实验（如放射性环境下材料服役性能与行为的研究）、高能耗与高成本的重复性实验（如三维晶体结构）、极端条件下的材料特征与行为实验（如高分子自组装过程实验）开展虚拟仿真实验教学；上海交通大学则针对金属材料铸造过程、塑性成形、焊接成型、材料淬火等开展了虚拟仿真实验教学；西南石油大学开展了大型锻压件高压成型、电弧焊接、塑性加工等方面的虚拟仿真实验教学。综上所述，目前各高校广泛开展的虚拟仿真实验教学偏重利用现有材料研究软件，比如JSCAST铸造成型软件、Materials Studio、Deform、Ansys等商业软件。虽然通过该平台，学生可以在模拟的实验环境中完成实验过程，获得直观的实验结果，对于培养学生自我训练与创新意识，实现教学中虚实结合，增强学生的实践动手能力是大有裨益的。但是对单门课程而言，该平台的投入较大，且需要专门教师维护，人力与物质成本较高。《现代材料研究方法》这门课是对理论与实践要求较高，要求学生学会选择测试技术与分析测试结果。

在我校《现代材料研究方法》的教学改革中，利用计算机辅助教学技术（Computer Aided Instruction，简称CAI），通过材料测试技术原理的虚拟化、材料测试过程的虚拟化、数据分析过程的虚拟化，以及实验数据分析的案例化，更好地实现“学生为主、教师为辅、因材施教”的课堂教学效果。

4.强化课程组织的灵活性。针对研究生创新精神和能力的培养需求，课程教学改革着重在于培养研究生知识和能力的转化与提高[4，5]。在教学方式改善上，改变以往课程网站建设的传统模式，积极建设在线课程，将测试技术设备原理、操作等内容虚拟化；将授课内容碎片化，建成微课程[4]；将课堂教学翻转化。在教学方法改革上，更多采用案例教学、讲座或研讨等方式。比如，课程组曾提出某企业中实际遇到粉末冶金件的表面氮化层去除难题，企业迫切需要获得该氮化层产生原因、性质、去除方法。但针对这一问题，学生有广泛的参与度，所提出的样品表征方案不尽全面，但达到了很好的教学效果。同时，作为课后作业，将实际样品交给学生，让学生制定一套方案来检测样品的结构、形貌、成分以及物理性质，提出解决方案，并最终给出实验结果。在授课教师组织上，实施了主讲教师负责制，组建了三位具有博士学位的高级职称教师的授课团队。通过以上改革，课程教学组织的灵活性大大提高，教学过程更加开放、多元，学生参与教学的积极性与参与度大大提升。

最后，建立科学的课程考核方式。改变了本课程原有的闭卷考试单一考核模式，建立了新的课程考核方式，更加注重考察学生的创新能力与科研能力，注重过程性的评价。课程的考核方式由笔试、课堂报告、讨论、作业等四部分组成。笔试试卷采取了60分有标准答案的和40分无标准答案（或无唯一答案）的试题，前者主要是考查学生对基本理论、方法和工艺知识的掌握；后者则结合综合实验考查学生理论联系实际的能力，侧重材料知识综合运用，没有明显对错，只有好与不好、合理与不合理的区别，避免了题型的教材化、概念化、孤立化等。

三、总结

针对我校《现代材料研究方法》专业必修课程的改革，课程组正确处理好课程教学目标、教学内容、教学组织及课程考核四大要素之间的关系，以教学目标为导向、以教学内容为载体、以教学组织为纽带、以课程考核为手段，使得本门课程的建设真正实现有利于对学生创新能力的培养。

致谢：本文是重庆市研究生教育优质课程建设项目、重庆市研究生教育教学改革研究项目（yjg141003，yjgl133089）及重庆市高等学校教学改革研究项目（132039）的研究成果。

参考文献：

[1]章丽萍，金玺，顾建民.研究生课程建设：从理念到方略[J].中国高教研究，2013，（07）：66-70.

[2]李亮亮，赵玉珍，李正操，等.材料科学与工程虚拟仿真实验教学中心的建设[J].实验技术与管理，2014，31（2）：5-8.

[3]王明靜，杨超.材料测试方法实验课虚拟仿真建设[J].科技展望，2017，（1）：213.

[4]李欣午，牛东来.线上与线下双重互动的翻转课堂设计及实践——以信息时代大讲堂为例[J].现代教育技术，2015，25（12）：72-77.

[5]刘华.在线课程融入高校课程教学系统：障碍及其突破[J].高等教育研究，2016，37（5）：68-72.endprint