学科竞赛对材料类专业建设的作用研究

郭晓影, 孟祥然, 祝永智

(1.辽宁科技学院 冶金与材料工程学院,辽宁 本溪 117004;2.辽宁科技学院 机械工程学院,辽宁 本溪 117004)

目前,我国正在推进应用型本科教育[1]、工程教育认证[2]和新工科[3]等重大的教育方针,“十四五”“中国制造2025”和“一带一路”倡议等重大举措[4]需要更多的应用型实践型高素质人才。辽宁科技学院是辽宁省首批向应用型转变的本科试点院校,为国家培养具有创新精神和实践能力的人才是学校的培养目标。

冶金与材料工程学院拥有“国家一流专业”冶金工程、金属材料工程、粉体材料科学与工程、材料成型及控制工程四个材料类本科专业。材料类专业是制造业发展的基础和支柱,金相类实验实践课程是材料类专业的基础,也是每个材料类专业学生必须掌握的实践技能。应用型本科建设和工程教育专业认证都对学生的实践能力提出了更高的要求[5-7]。通过调研发现,材料类专业的部分教师实践能力薄弱,实验室设备老旧等问题,造成了理论教学与实验实践课程存在明显的割裂感。学校以学科竞赛为契机,对材料类专业进行了有针对性的教学改革,获得了出色的成绩。文章以大学生金相竞赛为例,详细阐述了学科竞赛在材料类专业建设中的作用。

1 教学体系

1.1 专业课程建设

材料学科与生产工程实践联系密切,而金相学的内容是材料科学的基础之一, 显微组织是材料宏观性能的微观体现,两者协调统一[8]。应用型本科教育、新工科、工程教育认证等对材料学科的实践教育提出了更高的要求。专业课程是实践课程的基础,以学科竞赛为导向,调整专业课学时分配,加入材料检验检测标准等内容的讲授,增加先进测试技术等专业课程,以实验室为第一教室讲授相图、金属的凝固、热处理等内容,采用更直观容易理解、更贴近工程实践过程及更符合应用型本科教育培养目标的授课方式进行专业课程建设,实现专业课程与学科竞赛有机结合,充分利用教学资源来提高学生的学习能力和综合素质。

1.2 实践课程建设

实践课程是应用型本科教育的重要组成部分,材料类学科中涉及金相学的实验实践课程,在材料类学科基础实验、专业实践、综合设计类实践、毕业设计等模块中均占较大的比重[9-10],如表1所示。将全国大学生金相竞赛考核标准作为培养目标,对金相学相关的实践课程体系进行改革。以专业基础实验课中“金相试样的制备”为例,实验内容包含“取样→镶样→磨样→抛光→腐蚀”全过程,实验为4学时,金属试样为工业纯铁、45钢,学生随机选择试样完成实验内容。进行课程改革建设后,实验为8～16学时,金属试样包含工业纯铁、铸铁、合金等,学生需要完成全部种类的试样制备,针对操作过程中频繁出现的不规范操作,如往复磨制、手触碰腐蚀剂、跳序调整显微镜物镜等,进行了单独的过程考核。考核的指标点参考竞赛评分标准、企业现场操作规范等,提升学生的工程能力和工程素养。

表1 金相系列实践课程体系内容

1.3 教师教学能力提高

学科竞赛以学生为主体,指导教师对参赛内容进行辅导。一名优秀的金相实验指导教师能从源头提高金相实验教学质量,提升学生的工程实践能力。

参加全国大学生金相大赛,为指导教师提供了学习交流的平台。参加学科竞赛前,实验教学中采用手动湿磨,抛光剂为Cr2O3的悬浮液,进行课程改革后,金相制样采用手动干磨工艺和金刚石抛光膏,抛光效率明显提高,腐蚀剂也随着金相试样的材料和需要观察的组织进行调整。学科竞赛提供了实验实践方法交流的平台,使参赛教师拓展了眼界,增强了实践教学能力,也为专业教学提供了新的改革发展方向。

2 学生培养

2.1 学生实践创新能力培养

教育部财政部(教高〔2007〕1号)文件指出学科竞赛的核心价值在于培养学生的实践能力和创新精神[11]。学科竞赛是培养高校学生工程实践能力的重要途径,也是人才培养改革的重要载体[12-13]。以学科竞赛为导向,设置专业课程和实验实践课程,提高学生的理论知识储备和工程实践能力,使学生能将理论知识和工程实践紧密地联系起来。

经过校级竞赛、省级竞赛和国家级竞赛的层层选拔,学生动手实践的能力逐渐增强,在好奇心的驱动下,激发好胜心,增强竞争感,增加对材料类专业的认同感。为了获得更高的评分,学生对实践过程产生独立的思考,拥有属于自身独特的工程经验,整个参与学科竞赛的经历就是培养学生实践创新能力的过程。

通过参与学科竞赛,相同的竞赛平台使学生获得与其他高校学生和指导教师交流的机会,能够拓宽视野,增强专业自信心,为学生考研的选择提供了更多的方向。

2.2 学科竞赛成果

2016年第五届全国大学生金相技能大赛,共有133所高校和396名大学生参赛[14]。辽宁科技学院首次派出学生队伍参加全国大学生金相技能大赛。2022年第十一届全国大学生金相技能大赛,共有414所高校的417支参赛队伍,3 758名大学生参赛[15]。图1为2016年至2022年辽宁科技学院参加全国大学生金相技能大赛的获奖情况,随着金相大赛的影响力的增强,参赛人数从396人增加到3 758人,竞赛的专业性和竞争性大幅提升,在学校对学科竞赛和课程改革强有力的支持下,参赛队伍成绩优异,每年均有学生荣获一等奖,教师荣获优秀指导教师等荣誉。

图1 辽宁科技学院全国大学生金相技能大赛获奖情况

3 学生协会建设

依托全国大学生金相大赛,在学校创新创业政策的引领下,显微技术应用协会于2015年成立。协会与材料类专业课程建设紧密结合,以学生兴趣爱好为基础,来促进专业实践技能的提高。协会拥有完整的章程和完善的组织架构,基本实现学生自主管理和活动。协会承担着对学生普及金相技能知识和组织学校金相大赛的任务,通过社团开展交流活动,让学生了解到学科竞赛对其自身实践创新能力提升的重要性。图2为学校2021年和2022年校赛专业组学生参赛人数及经过校赛选拔参加省赛的获奖情况,经过多年宣传,学生对金相大赛的认知度和参与度明显提高,随着参加校赛学生人数的增加,指导教师的专业水平不断提高,省赛的获奖人数从20人增加到22人,2022年4人荣获特等奖、4人获得一等奖,获奖等级较2021年有明显提升。

图2 校赛专业组报名人数和省赛获奖情况

3.1 协会纳新

每年新生开学季,协会开展具有品牌特色的社团宣传工作,协会成员利用展板、条幅、现场讲解、学科竞赛成果展示等方式对协会进行宣传推介,使学生对显微技术应用协会有初步的了解,并对协会发展前景有较好的期待。同时,协会作为培养学生动手实践技能的平台,对纳新工作严格把关,通过笔试、面试等环节,吸纳理论成绩好、动手能力强,并且对显微技术兴趣浓厚的同学加入协会。

3.2 日常活动

结合专业特色,显微技术协会定期组织开展与金相试样制备等技能相关的活动,由指导教师按照金相技能学科竞赛操作规程与要求,在协会优秀会员的协助下,讲解金属材料显微技术相关知识,并指导学生有针对性地开展标准化的金相试样制备、金相显微镜操作、显微组织观察等实践工作,使学生熟练掌握操作技巧,通过日常实践活动中的获得感和幸福感,提升学生的兴趣。

3.3 校级竞赛

在学校“一学院一品牌,一专业一特色”的思想指导下,显微技术应用协会作为专业社团在2016-2022年分别承办了辽宁科技学院第二届至第八届金相大赛,并通过大赛选拔优秀选手代表学校参加辽宁省大学生金相大赛和全国大学生金相技能大赛。协会成员成立志愿者团队,配合指导教师对所有参赛选手进行赛前培训与准备工作,组织参赛选手有序进行比赛,圆满地完成了比赛任务。

4 实验室建设

4.1 实验室硬件建设

为满足学科竞赛的要求和教学改革的目标,2014年学校投入教育专项资金300余万元,将原有金相实验室升级为金相互动教学平台,如图3所示。该平台由德国蔡司公司与学校共建,是全球首家应用于实践教学的金相互动教学平台系统,共有学生机20台套,教师机1台套,应用无线网络互联技术,实现所有设备图像的共享与互动。以学科竞赛的交流学习为契机, 加强教学资源为目的, 学校于2016年对教学平台的制样实验室的水路系统、操作工位等进行了合理改造,并更新了制样设备。

图3 辽宁科技学院金相教学平台升级前后对比

现金相教学平台承担了7个专业实践教学任务,年度实践课时量超过400学时,为提高材料类专业建设、增强学生实践能力提供了有力保障。

4.2 实验室制度建设

实验室共享开放一直是学院教学改革的重要方向,实验室在课余时间的利用成了关键的问题[16-17]。以学科竞赛为导向,专业课程与实验实践课程建设改革增加了实验室的使用时间;专业社团的日常活动增加了实验室共享开放的时间。实验室管理教师以学科竞赛的日常培训活动为基础,建立并逐渐完善实验室开放管理制度,制度内容涵盖实验室安全管理规定、实验室共享开放申请、设备安全操作规程、耗材使用管理规程、实验室环境卫生等多个方面。完善的管理制度能够在教学、科研和学科竞赛与教师、实验室及学生们之间搭建良性循环的通路,有机统一,相互促进。

5 结语

学科竞赛对于材料类专业的影响是深远的,其核心与应用型本科教育培养相契合,且与专业课程结合紧密,需要学生具备足够的工程实践经验和工程素养,对指导教师的实践能力也提出了更高的要求。学科竞赛为指导教师和参与学生都提供了广阔的交流平台,有助于提高教师的教学水平,拓宽学生的视野,增强学生的自信心。对学科竞赛更好成绩的追求,驱动教师进行课程改革,促使学校加大实验室硬件建设和制度建设,为材料类专业建设搭建更好的平台。