新工科背景下功能材料类课程教学实践探索

钟向丽 宋宏甲 王金斌

[摘 要] 随着“互联网+教育”时代的到来，新工科建设逐渐被提上日程，这为高校课程建设和改革迎来了新的机遇和挑战。探讨新工科背景下将科研融入本科生功能材料类课程教学的重要意义，针对课前准备，课堂演练和课后拓展三個阶段提出了将科研融入功能材料课程教学实践的具体做法，同时从建构主义学习理论角度分析了将科研融入本科生功能材料课程教学的必要条件，以期加强新工科背景下人才创新能力、多学科融合视野以及实践能力的培养，促进新工科建设人才培养目标达成。

[关键词] 新工科;科研;功能材料类课程

[基金项目] 2017—2020年湖南省普通高等学校“十三五”专业综合改革试点项目（22）;2019-2021年湖南省普通高等学校教学改革研究项目“独立学院‘立体式创新创业人才培养模式构建研究”（1235）

[作者简介] 钟向丽（1976—），女，陕西旬阳人，博士，湘潭大学材料科学与工程学院教授（通信作者），主要从事铁电薄膜及其存储器研究;宋宏甲（1986—），男，湖南辰溪人，博士，湘潭大学材料科学与工程学院副教授，主要从事氧化物薄膜的制备及其抗辐照特性研究;王金斌（1972—），男，湖南邵阳人，博士，湘潭大学材料科学与工程学院教授，主要从事铁电材料与器件研究。

[中图分类号] G642   [文献标识码] B    [文章编号] 1674-9324（2021）24-0113-04   [收稿日期] 2021-02-20

一、引言

国内外新经济的快速发展对新型工科人才提出了越来越高的要求，高校、科研院所作为人才培养基地，担负着更重的责任[1]。2017年教育部高等教育司发布了关于开展新工科研究与实践的通知，“复旦共识”“天大行动”以及“北京指南”相继提出，我国新工科背景下的高等工程教育改革得到高度重视[2]。新工科具有引领性、交融性、创新性、跨界性和发展性等特征，人才培养是新工科服务经济发展的核心任务，对高等教育的人才培养方案改革、人才培养模式、人才培养质量要求提出了新的挑战。创新创业能力是对新工科培养人才的首要能力要求，高等教育人才培养需要将创新创业能力培养贯穿于人才培养的各个环节[3]。但是传统功能材料类课程存在内容多，涉及领域广，课时有限等问题。传统工科教育逐渐无法满足新产业和新经济的快速发展对人才创新能力的需求。鉴于此，笔者依托多年的功能材料教学改革实践，提出将相关科研成果、科研方法等融于功能材料类课程的方法、必要条件和意义，以期为功能材料类课程的教学、人才培养提供一些改进思路，进而达成功能材料类课程学而深思、探索科学、学以致用的教学目标，为培养具有创新创业能力的工程科技人才提供基础动力，满足行业和产业的当前和未来发展需要[4]。

二、科研融入功能材料类课程教学实践的方法与条件

（一）科研融入功能材料类课程教学实践的方法

教育技术专家何克抗教授指出，教学是教师与学生充分互动的过程，教师的教和学生的学，缺一不可，教学的中心是学生，教师主要起到辅助、指导的作用[5，6]。因此，在教学过程中要正确处理好教师主导，学生主体的关系。本文在上述思想的指导下从课前、课中、课后三个环节着手，构建了将科研融入功能材料类课程教学实践的方法，具体方法如下。

1.课前准备。教师方面，将科研融入功能材料课程教学，需要任课教师具有较强的科研素养，能够结合功能材料的教学大纲，灵活运用科研成果素材。一方面，需要筛选契合课堂主题的科研素材，既能与课堂联系，又能升华课堂内容。另一方面，任课教师需要提炼科研成果中的创新思路，涉及的学科基础知识及应用领域，同时将课堂涉及的科研成果提前下发给学生，提出一些能启发学生创造性思考的问题。学生方面，研读教师下发的科研成果，并回答问题，在这个过程中学生对不懂的问题可以上网查阅资料寻求解决方案，如果仍有疑惑可以记录下来，到课上找教师解决。

2.课堂演练。由于教学周期比较短，功能材料课程是学生实践材料科学思维很好的训练场，因此合理安排并利用好课上时间是很重要的一环。在课上，教师可以收集学生课前阅读存在的问题，答疑解惑;同时教师可以以最新科研成果为素材，启发学生运用所学材料学科的组成、结构、物理性能和使用效能之间的关联规律，分析科研成果。通过对科研文献的剖析，有利于启发学生“发现问题”“分析问题”到“解决问题”，达到思维训练的目的。

3.课后拓展。通过课前自学，课堂答疑，科研成果调研和分析等环节后，学生对新知识有了一定的认识和了解，形成了自己的知识结构。在此基础上，学生可以进一步深入学习并运用新学知识。首先，学生可以通过专业数据库、互联网等获得关于课堂讨论功能材料的最新科研成果，追踪前沿，通过制作海报、PPT等方式展示科研成果。其次，借助教师提供的功能材料方面的科研平台，深入实验室进行实践。再次，学生可以参加学生类创新项目，或者参与教师科研项目，通过科研思路提出、科研成果调研、科研实验实施以及科研成果总结和输出的锻炼，深入思考和理解材料科学的思维，同时提升创新能力。

（二）科研融入功能材料课程教学的必要条件

新工科背景下的教学理念和教学模式对参与教育教学的师生以及软硬件科研平台提出了新的要求，下面将从学生、教师和科研平台等维度分别阐述。

1.有准备的学生。克林伯格指出，“教与学是统一的，但不是同一的，教师的某一活动未必能使学生必然地产生相应的活动，即所期待的学生的反应。学习不是教授的简单的反射。”建构主义学习理论认为，学生作为知识的建构者，其已有的知识结构、储备和思维方式等对新知识、新资料的加工和建构都有非常重要的影响[7]。功能材料课程一般开设在大学四年级的第一学期，该阶段的学生已经学习过“材料科学基础”“材料工程基础”“材料物理性能”和“材料分析测试方法”等材料学科的专业基础课程，以及“大学物理”“基础化学”和“物理化学”等公共基础课程，掌握了理解和分析功能材料课程中科研的基础知识。因此，在教学实践过程中，教师需要详细了解学生对上述基础知识的掌握情况，才能把握将科研融入功能材料教学的范围、深度以及难度，更好地开展将科研融入功能材料课程教学。学生作为学习的中心主体。只有充分调动其积极性，才能使得将科研融入功能材料课程教学得以顺利进行。笔者在将科研融入功能材料课程的教学实践过程中，采用分组方式完成课题调研、PPT汇报和相互点评，小组内学生的分工和协调，一方面增强学生的团队合作能力，更重要的是小组内学生之间可以取长补短，从而降低某些学生因基础储备不足引起的学习难度增加，提升兴趣和积极性。通过学生点评，能更深入了解学生的现有知识水平，利于教师更好地组织课堂，建立学生现有知识和课堂新知识的联结。