教、学、赛互动升级的工科专业课程体系研究——以《金属热处理原理与工艺》为例

鲁媛媛,吴坤尧,王栓强,李 兆,杨超群,周影影,于方丽

(西安航空学院 材料工程学院,陕西 西安 710077)

当前,在新工科和工程教育认证背景下,培养能够适应企业发展需要的应用型创新人才已成为高校发展的重要方向。而大学期间的学科竞赛是培养学生创新创业能力非常好的一种方式,近年来逐渐受到各高校的重视[1-2]。学科竞赛的举办有助于加强高校教师关注科技发展的前沿,在教学过程中将科技创新知识与教学实际相结合,并注重学生对于基础知识的把握程度;同时,大学生参与学科竞赛有助于激发其学习专业基础知识的兴趣,引导、提高他们的创新实践能力和合作精神,并促使教师在进行课程设计时加强对于有关实用性课程的相关安排。这两方面又会提高学生参加学科竞赛的积极性,形成人才培养和课程建设的良性循环。基于中国大学生材料热处理创新创业大赛和《金属热处理原理与工艺》专业课程,从学生学习课程、参加学科竞赛和进行创业实践的关键环节入手,结合当前的创新创业环境,构建科学合理的学科竞赛培训体系,对提升学生的专业能力与创新创业能力具有重要的作用[3]。

1 “教、学、赛”互动升级的模式

目前工科专业中学科竞赛与专业课教学、学生专业课学习之间的紧密性不强,学生对专业课的学习和对学科竞赛的参与是相互独立的,没有达到联动效果,不能更好地践行理论联系实践。以西安航空学院材料科学与工程专业为例,在人才培养过程中发现当前高水平的学科竞赛:中国大学生材料热处理创新创业大赛,本应与专业课程《金属热处理原理与工艺》紧密相关,但在实际执行过程中并没有很强的互动促进效果。问题主要体现在几个方面:学生对专业知识的理解不够透彻,不能及时将理论知识运用于实践当中,造成知识掌握不牢固不深入,应用能力欠佳;学科竞赛与专业课未能深度融合,造成教学过程中赛教脱节各自为战,教学内容难以支撑创新学科竞赛,学生的能力培养无法得到提升;另外,受到赛制限制,学科竞赛仅仅局限于参加“竞赛”学生,影响面不够广,未能达到全员育人的目的。

基于以上问题,提出“教、学、赛”互动提升大学生创新实践能力的培养模式,也即以中国大学生材料热处理创新创业大赛为基点,来链接教师视角的课程设置与学生方面的人才培养,本质上就是将学科竞赛转化为教学体系中的重要组成部分,实现以赛促教及以赛促学,让学科竞赛为学科发展与人才培养服务[4]。中国大学生材料热处理创新创业大赛作为材料领域的专业赛事,是一项面向全国高校材料类及相关专业在校学生的全国性竞赛活动。参赛作品主要是近两年中获得的材料热处理与表面改性相关创新成果,如专利和论文等,这就要求学生能够查阅最新资料,进行热处理设计创新,从而促使学生拓展知识面、开拓思维和积极创新。因此,热处理创新竞赛是对学生工程应用能力和创新能力的一次开放式模拟实战考核,使普通高校学生可与包括清华大学在内的各个高校同台竞技。学生在参赛过程中可以发现自身的不足和需要改进的地方,例如基础理论知识不够扎实、创新实践能力还有待提升等,在此情况下“教、赛”结合便显得尤为重要。在该培养模式的推动下,既可以改革和完善现有理论教学的体系和内容,优化专业建设的课程设置,还可以提升专业教师的教学能力和指导创新创业的水平。这两方面的改进都有助于进一步提高应用型本科人才实践和创新能力培养的质量,夯实学生的基础理论基础,达到“教、学、赛”互动升级(其模式如图1所示)的效果,并在此基础上最终提升学生的专业能力与创新创业能力。

图1 “教、学、赛”互动升级Fig.1 “Teaching, learning, competition” interactive upgrade

2 “教、学、赛”互动升级的思路和措施

近年来,多所高校依托创新创业类大赛或科技类竞赛等方式锻炼学生的思维和能力,这些举措在学生创新实践能力的培养上取得了较好的效果。然而,实现解决复杂工程问题能力提升,前提是具备扎实的专业基础知识。只有将夯实的理论基础与实践结合,才能将学生对工程问题的“感性认识”逐步上升到“理性思考”的层面,进而实现对专业能力与创新实践能力的培养。因此,“教、学、赛”互动升级的首要任务是教,要完善构建全新的课程体系和课程内容。首先在理论教学中引入实际案例,增加热处理知识竞赛环节,来促进学生理论知识的学习;同时,课内实验设计综合性实验的系统内容,加强学生关于热处理工艺和原理以及材料组织和性能之间的关系理解,加强夯实基础与强化实践的教学理念[5]。基于以上课程改革,在课堂教学中还需提升教师的授课水平以引导学生进行主动、互动式学习,形成老师“教、改、引”服务竞赛活动;学生在实验课中自己积极动手,培养实践能力,形成“传、帮、带”竞赛团队。课程学习和集中培训后,举办校级热处理大赛,尽可能专业学生全员参与,通过实践过程中发现问题和解决问题等环节,培养学生的协调、分析和总结等能力。随后自由组队,打磨精修作品,参加国家级比赛,形成自我管理、自我学习和自我提高的自主性习惯,并在参赛过程中获取专业自豪感,树立从业志向。提出研究方法的思路流程如图2所示。

图2 方法设计的思路流程Fig.2 Thought flow of method design

具体的实施步骤主要包括:

1)学习先进的课程体系和内容,充分认识新工科背景下学生应具备的能力,以及材料热处理创新创业竞赛对学生的知识、能力、素养等的要求和对教师教学、指导的要求等,在此基础上整理现有的《金属热处理原理与工艺》课程体系及课程内容;

2)将构建出的适合地方应用型本科生的金属热处理课程体系和内容在现实理论教学和实践教学中得以应用,加强专业课程与学科竞赛的联动关系,同时提高教师的教学水平,并持续改进和完善课程的体系和内容;

3)大范围推广校级热处理大赛,扩大学生参与度。由于国家级热处理大赛的名额有限,竞争激烈,大多数学生参与的积极性和主动性不足,这对学生整体能力的培养不利。因此,有必要开展校内的热处理竞赛,以学科竞赛激发学生学习理论课程和动手实践的兴趣与热情,激励大多数学生积极参与到课堂中去,变被动为主动,加强理论基础和实践能力,提升教学效果。

4)整合课程教学、实践教学和学科竞赛各个环节,形成“理论学习-动手实践-学科竞赛”的热处理知识培养体系,将教学体系改革与人才培育相融合,立体化培养学生的创新实践能力,最终提升学生的专业能力与创新创业能力[6]。

3 “教、学、赛”互动升级的保障措施

3.1 学术保障

成立教学-实践-竞赛综合团队,成员由专业负责人、教研室主任和骨干教师组成,均深入参与材料科学与工程专业人才培养方案的制定过程,对课程的教学目标和学生的培养目标有深刻理解,明晰创新实践能力在培养目标中的占位。此外,团队成员都具有博士或硕士学位,经历过科研方面的系统训练,具备一定的学术水平。热处理竞赛的参赛作品主要是近两年中获得的相关创新成果,要求学生能够查阅资料,进行设计创新,是对学生创新实践能力的一次模拟实战考核。基于以上基础,该研究团队可以为学生提供学术保障,指导学生查阅文献、进行实验、分析实验结果和撰写成论文或专利形式参赛。在持续改进《金属热处理原理与工艺》课程和连续参加国家级材料热处理创新创业大赛的基础上,支持任课教师积极参加校外培训(如全国热处理高级研修班等)和暑期相关企业实践活动,充分理解企业人才需求、学生实践能力和课堂知识之间的联系。

3.2 技术保障

依托学院研究中心为实验平台,围绕《金属热处理原理与工艺》课程的理论和实验环节,充分保证了理论培训、实验条件和实践操作的时间,同时有效利用教学和实验经费。通过连续参加国家级材料热处理创新创业大赛的学习和经验总结,在后续的创新创业课题中能够提出改进的思路和方法,包括研究题目的创新和实验方法的改进。另外,中国大学生材料热处理创新创业大赛要求参赛者以团队(3～5 人)形式参加,团队成员需要分工明确、相互协作和共同努力才能较好地呈现比赛效果,这种团队协作的模式与本专业人才培养方案中沟通和合作精神的培养目标相契合,有充分的制度保障。

4 结语

“教、学、赛”互动升级的培养模式充分结合中国大学生材料热处理创新创业大赛与《金属热处理原理与工艺》课程,以学科竞赛为契机,激励学生学习热处理知识的兴趣和热情;通过综合实验操作,为学生将热处理理论知识运用到实践中提供了平台。将课堂教学-实验实践-学科竞赛有机地结合在一起进行创新型人才的培养,是一个完整的循环过程,能够不断持续地调整和相互增强,并不是一个孤立的过程。与此同时,也将创新型人才的培养与大学生创新创业训练、大学生科技竞赛及创新创业教育改革等构成完整的创新体系。