材料类专业中科研融入教学法的应用探索

舒龙龙 周耐根 王雨 徐建宁

摘要：针对材料类专业多学科交叉、知识更新速度快等特点，本文提出利用科研融入材料专业的教学中，具体教改举措为：（1）利用教师掌握的科研内容更新教学内容；（2）利用学生课外调研文献扩充授课范围；（3）借助网络平台推送科研信息，丰富教学形式；（4）建立青年教师指导本科生科研训练制度。通过教改，材料专业的学生学习兴趣和教师授课质量均有大幅提升，这种模式的推广可为培养与国际接轨的高水平材料人才队伍提供借鉴。

关键词：材料专业；科研融入教学；教学内容更新；青年教师

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）02-0189-03

一、引言

材料科学是我国“十三五”规划中重点支持和发展的方向，是以基础科学、应用科学以及工程学为背景的交叉学科[1]。这种多元化交叉学科的特点对材料类专业的教学提出了很高的要求，因此材料类专业课程体系设置时必须兼顾物理、数学、化学、工程学乃至经济学领域的相关基础知识，才能培养出能够快速投身材料事业建设的现代材料人[2，3]。

社会的发展离不开材料科学的发展，在过去的十年中，材料科学取得了飞速发展，尤其是在“新材料”和“材料新性能”领域，以“形状记忆合金”、“功能高分子材料”、“二维材料”等為代表的新型材料、材料新性能正在逐渐突破传统材料性能的瓶颈，不断刷新人们对于材料的新认识。这种发展形势下对现代材料人提出了巨大的挑战，如何培养基础理论知识面广、创新能力强，同时又与时俱进紧跟材料发展脉搏的新型复合材料人才成为了当代材料专业人才培养的首要目标。

然而研究表明，我国的材料专业实践教学还远远达不到新型复合材料人才的培养要求[4，5]，这主要是由以下三个方面的原因导致：（1）材料课程体系存在较多的教学内容重叠现象，这也正是由于材料科学交叉学科特点导致。比如材料的晶体结构这一内容，在材料科学基础、固体物理、无机化学等课程中都会有较多篇幅的讲授，使得学生在该类相关课程的学习上兴趣不高，学生所学知识覆盖面不够宽泛，进而导致在数学、物理、材料、化学等方面的知识储备不够。（2）材料科学发展的步伐日新月异，远远超过传统教学内容的更新速度。以普通高校为例，一般教学大纲的更新周期为2—4年，然而当前对于新型材料的研究非常热门，社会各界对于材料研究的投入很大，使得材料研发周期往往普遍较短。以材料领域专业主干课程“先进材料制备技术与加工工艺”为例，该课程所介绍的称之为“先进”的材料制备技术和方法大都为五年以前的水平，而近年来在薄膜、晶体、聚合物材料领域衍生出的一系列高端材料制备技术均未曾提及，导致学生所学知识较为陈旧，学生学习兴趣低，对于毕业后快速投身材料事业的帮助甚少。（3）教师队伍重科研、轻教学现象较为普遍，以年轻教师为代表的部分教师在实际授课时效果较差。过去5—10年时间内，几乎绝大部分高校均把科研作为高校职称评定的重要标准，甚至是实际上的唯一标准。较大部分的青年教师在入校后并未重视学校组织的岗前培训，也并未把培养材料领域的后继人才视为未来工作的重心。这种情况导致那些能接触到最新科研进展的年轻教师们忽视了本科教学的重要性，自然也不会花较多心思在更新教学内容、培养材料人才上。相反，那些具有在一线材料企业工作和研究经历的老教师们由于历史原因，并未接触到太多的最新材料科学进展，导致教师队伍对于培养新型复合材料人才在整体素质上稍显不足。

二、材料专业教改探索

综上所述，探求材料类专业教学改革势在必行，本文中我们提出以科研融入材料科学教学的新方法作为材料类专业教改的重点。这不仅是因为科研与教学相互结合的新型教学模式是近几年来我国高等教育的发展趋势[6]，也是因为科研与教学的有机统一，是高校提升自身竞争力的重要途径，也是教师提升教学质量同时兼顾科研成果的有力保障[7]。因此，将授课教师的科研经历以及科研思路作为对教学内容的补充与修正，对于培养新时期的材料人具有重要的指导意义。这是因为以青年教师为代表的教师们是活跃在科研最前线的科技工作者，他们的研究方向以及对本领域的认识大都紧跟材料发展步伐，把最新的科研带入材料科学的教学中对材料专业的学科建设将起到积极的促进作用。基于以上思路，我们对材料科学教改提出了如下探讨。

1.以最新科研内容为辅助更新教材内容的改革研究。在维持学科基础课程与专业选修课程整体稳定的框架下，及时更正和修改材料科学专业教学大纲，增设紧跟科技前沿的交叉学科内容，使得教学内容与国际接轨。以我院重点教改的“先进材料制备技术与加工工艺”一课为例，在发现教材内容陈旧的问题后，授课教师较大程度地压缩原课程教学内容，对于学生较为熟悉的章节，如陶瓷、晶体等材料的制备技术进行两个学时的综合汇总讲授，增设近三年内热门材料的制备方法和技术，如二维材料、3D打印技术等。在课堂内通过一些直观的新材料图片、教师个人的材料研究经历充分调动学生的视觉兴趣，从而更加有效地使学生掌握可以称之为“先进”的材料制备技术与加工工艺。另外，采用创新课堂的方式进行教学，改变传统的以考试为导向的评分评价标准，通过在考试中增加各类与科研直接关联的书本以外的问题增强学生对材料知识的运用能力，实现学生与材料科学的最新技术的紧密结合。

通过教改，该门课程取得了很好的授课效果，学生学习兴趣浓厚，相比以往出勤率不高、低头玩手机等现象有了显著改善，学生期末成绩也有了较大幅度的提高。由此可见，科研内容不仅不会与教学内容形成抵触，在某些特定课程上反而可以相辅相成，极大程度地促进本科教学。

2.以学生科研调研为主的教学内容改革研究。充分依托高校现有网络数据资源，借鉴国内外知名高校的科研平台和合作企业平台，开展以学生为主体的科研融入教学活动。以我院开设的“功能材料”一课为例，该课程信息量大，讲述的材料种类繁多，但功能却不尽相同，实际授课时容易引起学生的视觉疲劳，学习兴趣普遍不高。通过教改，该课程转变教学思路，除了正常教学环节以外，采用由教师总体指导、学生分组参与的形式获取针对某一种功能材料分类方式下的国内外综述资料，并要求学生在课外自学调研内容，然后组织学生采用学术报告、展板展示等多样化的形式在课堂上进行学习交流，并由授课教师进行现场点评，适当的情况下可以学习翻转课堂模式，由学生讲授其调研的功能材料内容，帮助学生和教师共同了解行业最新动态，掌握功能材料的发展脉搏。

通过教改，该课程取得了很好的授课效果，学生普遍参与度高，考试成绩有了大幅提高。这种方法在该类课程的推广可以锻炼学生的自主学习能力、团队合作能力、搜索文献能力，还可以帮助授课教师丰富教学内容，为后续教学提供素材。

3.借助网络媒介丰富教学形式。由于材料专业交叉學科的特色，材料课程普遍存在课程前期基础连贯性较弱的特点。以材料专业所学的“计算材料学”一课为例，该课程公式繁多、理论性极强，又需要大量的数学基础知识、计算机语言知识。然而在实际授课时，因课堂教学课时限制，无法逐一涵盖上述知识，使得材料类学生在学习该类课程时常常感觉力不从心，进而导致学习兴趣较差，授课效果不佳，因此挂科率高是该类课程的普遍特点。针对该类课程，我院利用网络媒体作为对教学方法的补充，改革为以班级为单位建立微信群、QQ群或者微信公众号等，定期给学生在课前以及课后推送与课程相关的科研方面的最新进展和重要成果。此外，授课教师以网络在线答疑的方式对学生进行课外知识的科普，使得学生在该类课程的学习时可以具有较好的知识连续性。除了课堂教学以外，授课教师将材料计算领域已经发表的难度较低的科研论文（最好是授课教师自己发表的论文）推送给本科生作为课外练习的素材，使得学生在较为枯燥的数学理论以及软件学习时，能更好地体验材料计算方法在实际问题上的应用。

通过教改，该课程授课质量有了显著提高，学生的成绩大幅提升。该类方法的推广，可以很大程度地提高学生的学习积极性，同时也拉近了学生与授课教师之间的距离，使得学生可以在本科学习的同时感受到科研的乐趣。

4.建立青年教师指导本科生开展科研训练的培养机制。鉴于高校科研力量的生力军——青年教师普遍存在因职称低而无法指导硕士生，又因为科研压力重、无法花费较多的时间参与课堂教学的情况，我院对近期入职的青年教师进行“一对一”的科研规划，建立了一套新型的青年教师指导本科生开展科研训练的人才培养模式，实现青年教师科研与教学的双赢局面。在学校的大力支持下，我院对每一位新入职的青年教师制定科研训练任务，在课堂以外由青年教师指导本专业本科生进行材料相关研究的科研计划，教师以学生为科研助手，利用课余时间开展本领域科学研究工作，让学生提前接受到较为系统的科研训练，一方面有利于本科生扩充专业知识的覆盖面、提高动手能力以及加深对课堂所学材料知识的理解，另一方面可以极大程度地提高青年教师的科研效率，实现在科研的同时又可以指导本科生进行课外教学，并腾出更多的时间投入课题教学。

通过改革，我院的青年教师在维持较高科研水平的前提下，在教学上也取得了飞速进步，不少青年教师通过2—3年的积累，在教学上颇有心得和经验，这种方法的推广，可以促进教师和学生之间师生情谊的培养，也可以较大程度地让学生掌握来自于一线的材料科研人员的行业信息。

三、结语

通过我院的教改证明，以科研融入教学的改革思路可以使教师尤其是青年教师在一线的教学工作中发挥更加出色的作用，具体表现为：以科研内容为主的教学环节可以显著加强师生课堂交流的互动性，拉近教师与学生的距离，从而更好的在课堂上启迪学生的创新意识，加强学生的思考能力，提升课程教学质量和课堂效果。以青年教师为代表的教师的一线科研经验有利于拓展和补充材料专业课程内容，完善和更新学生的知识体系，加快学科课程建设的步伐。提高学生的国际视野和交流水平，促成学生与国内外知名高校的合作机会，将工程化的科研经验用于教学还可以促进学生“产学研”的密切结合，进而提高高层次材料人才培养质量与综合素质。

参考文献：

[1]李世普.材料科学发展面临的挑战及其发展方向[J].黄石理工学院学报，2016，22（3）.

[2]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）：166-168.

[3]陈传祥.材料类专业物理化学课程教学探索与实践[J].教学研究，2014，37（4）：60-61.

[4]崔英静.材料科学与工程专业应用型人才培养模式探索与实践——以济南大学为例[J].现代交际，2016，（5）：142.

[5]侯海军.材料类专业应用型本科人才培养实践教学体系建立研究[J].科技视界，2017，（3）：39.

[6]邹新莲.将科研融入教学，提高教学质量[J].教育教学论坛，2011，（36）：148.

[7]李大赵，刘斌，白培康，等.科研融入教学式本科生教学模式的实践与成效——以中北大学材料成型及控制工程专业为例[J].管理观察，2010，（8）：172-173.

Abstract：In view of the characterization of multidisciplinary cross and rapid update speed of materials major，this paper proposed the teaching reform by merging scientific research into the teaching of materials major.The specific methods can be listed as：（1） the teachers use the content of scientific research to update the teaching content；（2） the students utilize extracurricular paper studies to expand the teaching content；（3） use network platform to push scientific research information to the student in order to diversify teaching form；（4） establish a system for young teachers who guides undergraduate research training program.After this teaching reform，the students of materials major were interested in learning and the quality of teachers' teaching were greatly improved.The promotion of this model can provide guideline for cultivating high level material talents with international standards.

Key words：materials major；scientific research merging into the teaching；update teaching materials；young teacher