新工科背景下应用型高校“材料合成与制备”课程教学的几点思考

周伶俐 兰翠玲 赵金和 谢瑞刚

(1.百色学院教育科学学院，广西 百色 533000；2.百色学院化学与环境工程学院，广西 百色 533000；3.百色学院校长办公室，广西 百色 533000)

自2016年以来，在教育部积极推动下，经过各高校广泛讨论，先后形成了“复旦共识”、“天大行动”、“北京指南”，对新工科建设提出了指导意见。新工科如浪潮般奔涌而来，拉开了改革序幕。新工科是应用转型发展的一个新阶段、一种新层次和新高度。其内涵和特点主要体现在“新”上，有别于传统的“旧”工科。新工科专业涉及知识面更广，内容更新，难度更大。新工科对人才提出新要求：不仅在某一学科专业上学业精深，还应具有“学科交叉融合”的特征；不仅能运用所掌握的知识去解决现有的问题，还有能力学习新知识、新技术去解决未来发展出现的问题，对未来技术和产业起到引领作用；不仅在技术上优秀，还懂得经济、社会和管理，兼具良好的人文素养。新工科更强调学科的实用性、交叉性与综合性，尤其注重新技术与传统工业技术的紧密结合。因此，在实践教学体系的建设中纳入行业内的新理念、新技术、新知识和企业需求，高校与行业接轨，创新实践教学体系，培养符合企业要求的具有创新能力和创业精神的新工科人才，已经成为全社会的共识。

材料化学是一门新兴的交叉学科，属于现代材料科学、化学和化工领域的重要分支，是发展众多高科技领域的基础和先导。本专业旨在培养学生系统掌握纳米材料与功能材料设计、制备与表征的基础理论及专业知识，综合解决材料规模化/工业化生产中的化工技术问题。可以看出，材料化学专业既有基础理科的成分存在，又具有较强的应用性。目前大多数高等院校依然将材料化学专业划分为理科专业，达到毕业要求授予理科学位。实则，它是高等教育中理科与工科的重叠部分，既可以看成是应用理科，而将其置于当前新工科大背景下，又可将其延伸至新工科建设范畴。

材料是人类社会发展的重要基础。而材料制备与合成技术是任何新材料得以研发、新性质得以发现的重要途经，并对合成材料的性能至关重要[1]。“材料合成与制备”是我校材料化学专业开设的专业必修课。课程教学中主要介绍典型材料的制备技术，反映当代材料科学技术的新概念、新知识、新理论、新技术和新工艺。本课程是通过对该课程的学习，使学生掌握材料物理合成和化学合成的基本原理，深入了解材料合成与制备技术，熟悉相关设备，了解新材料体系合成与制备方法，具备较强的分析和设计合成工艺的能力，能够运用相关设备条件即基于研究材料制备新技术、新工艺以及新材料的设计思想，并使之投入实际应用的一门理论和实践并重的课程。开设这门课程的主要目的是让学生能够掌握一些基本的材料制备及合成方法。笔者结合本课程的特点以及相关教学研究发现，理论教学的教学形式主要依靠多媒体和板书等手段，过于单调、乏味，不能有效激发学生的学习兴趣；课堂上大多数学生不能集中注意力听讲，对于课堂上所讲的知识点不能消化吸收，课后学生也没有主动复习的积极性，因此总是在学期末即将考试的前一两周，才突击复习相关知识点来应付考试。而考试结束后，这些强行突击塞入脑中的知识点没有合适的契机得以应用，很快就会被遗忘。从长远的角度来讲，这种教学方式并不能达到当今社会对应用型人才培养的要求。针对以上存在的问题，笔者从课堂教学内容、教学方式与手段、课程应用与实践、课程考核等方面提出了以下几点思考和建议。

1 更新教学内容

近几年，我校材料化学专业一直使用国防工业出版社出版的《材料合成与制备》作为教材。该教材按章节对不同合成与制备方法的概念、工艺、应用及发展等作了系统的论述，比较适合高等教育“厚基础、宽口径、能力强、高素质”的教育理念。本课程虽然应用性较强，且配有相应的材料合成与制备实验课程，但是，理论课程的教学内容主要还是来源于教材。一方面，材料发展日新月异，材料合成与制备技术也在不断更新，而我们选用的课本经过编写、修订、出版加以经过多年的使用，一些先进的合成技术、应用及发展或许已不具有先进性或代表性；另一方面，本课程安排在第5学期，经过材料化学专业导论、材料化学等专业基础课的学习，部分学生对自己的职业或许已有了初步规划，对相关材料也有了一定的认识，他们往往有一些自己比较感兴趣的材料及相关制备方法想去了解。所以在教学内容的设置方面，我们不能照本宣科，而要联系当今材料科学的发展及研究热点，同时，要考虑到学生的意向作适当调整。这样，既丰富了教学内容，开阔了学生的视野，合理引导学生的择业倾向，还能充分调动学生的积极性。

除此之外，在本课程的每一章节中都会涉及到相应的合成或者制备工艺，而整个工艺往往涉及到生产设备、工艺过程、工艺参数及过程控制等方面。而同学们基本上都没有相关工厂经验，对相应的设备、工艺流程概念模糊，而课本上对于生产设备的介绍一般也就通过结合示意图进行阐述，使得部分知识点理解起来存在一定的难度，长此以往，学生对所学的内容也就失去了学习兴趣，最终导致课堂教学质量不高。针对这一问题，立足主要教学内容，对教学内容进行合理的调整来加强学生对相关工艺的理解就显得十分有必要。

2 丰富教学方式和手段

随着信息与多媒体技术的发展，多媒体教学方式因其具有方便、快捷、高效率、信息量大等优势逐渐取代了传统的板书教学手段，成为高等教育理论教学的主要手段[2]。但多媒体教学也显露出由于表现形式单一，易使学生产生大脑疲劳而达不到预期的教学效果、教师只充当了播音员和解说员的角色，失去了对教学应有的控制地位、教学信息量大，节奏快，重点不突出，学生无法跟上讲课的进度，只能被动地接受授课内容，甚至过多依赖于多媒体课件，使得教师和学生之间失去互动性，难以发挥教师在课堂上的主导作用和学生的主体作用[3]。

鉴于以上存在的问题，在多媒体教学过程中融入启发式、讨论式、参与式、研究式和案例式教学方法越来越受到教育工作者的推崇。而推行线上线下相结合、课内课外相融合的混合式教学和翻转课堂教学，也为提高教学效果与质量作出了贡献。对于理工科专业课程的教学，采用教学与科研相结合模式，鼓励学生参与老师的科学研究工作，将课堂所学理论联系实际，培养其创新意识和实践能力。自百色学院转型以来，一直注重对学生创新意识和实践能力的培养，积极鼓励学生参与创新创业大赛和教师科研工作。近几年，学生在指导老师的指导下获得大学生创新创业项目立项的数量和质量都稳步上升。而且很多学生从大二开始，就积极主动联系老师进入实验室，跟着老师做科研。“材料合成及制备”这门课程，应用性和实践性很强，涉及到的材料很多，但凡同学们进入实验室，参与了实验过程，都会或多或少的应用到材料合成与制备的方法。这样，同学们在参与科研的同时，也加深了对这门课中理论知识的理解。

对于那些在现有实验条件下，实验室就能完成制备方法，如水热与溶剂热合成、电解合成、热压烧结等，我们安排相对应的实验加以辅助，在实验中进一步加深学生对相应工艺的理解。但是，受现有实验室条件的限制，有些新兴的合成与制备技术同学们在参与的科研或实验中没有机会接触，但又比较感兴趣。对于这部分内容，一方面，我们可以结合工业生产中的工艺流程制作相应的三维动画视频来辅助讲解，加深同学们对相应制备工艺的理解，也为同学们将来走上相关工作岗位打下基础；另一方面，我们建议采用项目教学法，让学生们分组，组内成员分工完成相关资料查阅、整理、制作PPT讲稿并在班级作展示，老师根据学生所讲内容进行点评和补充。这样，不但可以锻炼学生文献查阅、团队合作、口头表述等能力，为同学们毕业论文(设计)的顺利开展和毕业后走上工作岗位打下坚实基础，而且还可以调动学生兴趣，培养其自主学习的能力，提升课堂教学质量。

3 加强实践教学平台建设

实践教学作为高等学校教学工作的重要环节，起到了承上启下的作用。“材料合成与制备”这门课程作为一门专业基础课，既具有传授专业相关基础知识的作用，又具备较强的应用性和实践性。在人才培养方案中，虽然对这门课设置了相应的材料合成与制备实验课程配合理论基础知识的理解，但是，受到现有实验条件的限制，像化学气相沉积等这些对实验设备要求较高的合成实验，在我们的实验室暂时还不能开展。学生对于合成技术与相关工艺的理解仅限于课本和老师介绍。而对于一些先进的合成制备方法，如近几年发展较快的3D打印技术，传统的教材中并未涉及，实验室也没有相关设备，但很多同学却比较感兴趣。而积极搭建全方位的实践教学平台是解决上述问题、培养满足社会需求的应用型人才的切入点[4]。

3.1 校内实践教学平台搭建

校内实践教学平台主要包括专业实验室、综合性实验中心以及校内实习实训基地等。就目前校内实验、实训基地建设情况来讲，主要还是侧重于专业实验室建设，材料化学专业实验室主要侧重于一些简单材料的合成、制备和基本性能测试方面，且仪器设备有限，以至于开设的实验中实验方法重复性高，而又有些合成方法又没有条件开设，满足不了应用型人才创新能力、应用能力的培养需求。

3.2 校外实践教学平台搭建

校外实践教学平台主要包括校外实习见习基地、大学生创新创业实践基地、产教融合协同育人基地等。近年来，学院领导积极建立了一批包括新能源等与材料相关的实习见习基地，为材料化学专业的实习提供了有利条件。

3.3 网络实践教学平台搭建

网络实践教学平台主要包括网络实践教学视频、音频以及虚拟仿真实践教学平台等。在材料合成与制备理论与实验教学中，受现有条件限制，如实验耗材及设备维护费用高、实验设施相对落后、实验条件苛刻等，部分实验项目难于开展。在新工科大背景下，逐步建立材料虚拟仿真实验，为克服传统教学的不足，解决当前材料相关专业培养学生的实践教学难题提供了途径。

辽宁工程技术大学金属材料专业根据新工科背景下的人才培养方案，参考相关课程的教学大纲设计了材料处理、材料性能测试、材料科学基础不可视现象等虚拟仿真实验教学内容，实现了全场景覆盖金属材料实践教学内容的材料成分设计、工艺制定、组织分析、性能测试。在全流程实验基础上，扫描电镜、透射电镜、真空热处理炉等先进仪器设备操作与使用方法也得以开发，使学生接触更多学科前沿知识与技能，为今后科研和职业生涯奠定了基础，非常值得借鉴[5]。

4 进一步完善考核方式

课程考核一方面起与课程教学目标相匹配，检验学生对课程学习的掌握情况，对学生学习情况作出客观公正的评价，引导学生适应课程特点，明确学习方向和学习方法，夯实基础、强化能力的作用，另一方面，也帮助教师总结经验教训，改进教学方式与方法，提高教学质量。

传统的“材料合成与制备”课程一般采用平时表现结合期末考核的方式进行考核，其中期末考核成绩占总成绩的70%，学习过程性考核落实不够，不能有效激发学生学习欲望，也无法客观评价学生综合能力、科研素养和创新思维活跃度。而且多采用闭卷考试进行考核，容易导致学生通过死记硬背的方式通过考试，且学生往往抱着考试前突击复习相关知识点的想法来应付考试，平时不努力，难以真实的反映教学效果和学生的掌握程度。而考试内容设置不够全面，考卷基本上是围绕教材和教师课堂讲授的内容出题，考试在技能培养、实践能力培养以及学生自主学习能力培养等方面基本没有体现，同样导致学生有在考试前仅通过死记硬背，应付考试的现象出现。

近年来，各教学单位在教务处的统领下，积极修订人才培养方案和教学大纲。考核方式也作了较大的调整，增加了平时成绩在考核中所占的权重。将平时成绩所占比例从原来的30%调整到了目前的40%，更注重学生平时表现和自主学习能力的培养。而平时成绩评定从原来的作业成绩、课堂表现、课堂笔记三部分调整为现在的学习考勤、课堂笔记、课堂作业、课外学习四部分，将学生课外学习活动纳入平时成绩评定的范畴。合理有效地利用好课外学习这部分平时成绩的评定，例如写作小论文、小组开放式作业、收集学生课程学习心得等方式，对于培养学生自主学习能力、逻辑思维能力以及对于学生职业素养的培养与评价等都有积极的作用。而期末考核内容也有待进一步调整，可以适当增加主观题所占的比例，而主观题也应适当调整考核内容，注重对学生能力和技能的考核，而不是一味地考核书本中的相关知识点。