新时代背景下材料学概论教学改革探索
时间：2023-06-19 17:35:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
付 林，杨 林，杨春亮，刘 飞
（贵州大学化学与化工学院，贵州贵阳 550025）
材料学概论是材料学相关专业一门重要的基础课程，该课程开设的目的是使学生明白材料对人类社会发展巨大的推动作用、掌握材料科学的研究方法、了解材料的分类及各类材料的发展简史，以及洞悉材料学科发展的前沿。材料学概论是面向低年级本科生开设的课程，对学生专业视野的开阔和职业生涯的规划具有重要意义。材料学概论的开设能让学生对所学专业有一个初步的认识，拓宽知识面，提升专业热爱度，为随后的学习奠定基础。
21世纪是中华民族实现伟大复兴的时代，中国将成为具有重大国际影响力的创新型国家，中国智慧将为人类社会问题的解决提供中国方案。在美国对我国加大科技封锁力度的当下，需要加强基础学科领域人才的培育，进而为“卡脖子”技术的突破提供高素质的科技人才。在此形势背景下，基础学科相关专业的大学教育需要适时改革。材料学概论课程看似简单，但因其内容多、概念多、部分内容专业性强等特点，导致高质量地完成教学目标难度极大。加之特殊的时代背景，传统教学内容及模式已经难以实现课程开设的既定目标。
贵州大学化学与化工学院以培育出具有家国情怀的高素质材料领域的人才为己任，对材料学概论的课程教学内容和方式进行改革：以“四个自信”为导向加强课程思政教育，培养具有家国情怀的科技人才[1]；
利用基础理论结合相关科技前沿激发学生的专业自信；
通过调动学生自主学习的积极性，优化教学评估模式，进而提高教学质量。
习近平在全国高校思想政治工作会议上强调要把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人[2]。材料学概论课程的教学内容广，涉及各类材料的发展简史及当前的研究进展，能在不影响专业知识传授的前提下，高效地开展课程思政教育[3]。陶瓷、青铜器、丝绸的发展及应用都彰显了我国古代劳动人民的智慧，表明了中国古代自然科学的发展一直处于世界领先水平，这些都是该课程内容蕴含的思政元素，具有重要的育人价值。在课程开展过程中只需要进行简单的言语引导，就能将这些思政元素高效地融入课堂，引发学生的民族自豪感和优越感。另一方面，通过分析近代我国材料科学发展停滞不前的原因，阐述新中国成立以后中国材料人在研究条件极度匮乏的情况下披荆斩棘，追上甚至在一些领域超过西方国家的历程。结合中华民族百年抗争的历史，弘扬我们不屈的民族精神，培养学生的家国情怀。以小故事的形式讲述现当代中国材料领域前辈们的“创新精神”“劳模精神”和“工匠精神”，展示新时代我国材料科学和制造业的新形象，培养学生正确的科学价值观；
以当前受到欧美国家技术封锁和在此背景下某些领域实现技术突破为案例，在学生脑海中植入“科学无国界，但科学家有国界”的人生观。以金属材料的发展为例，我国从铜石头并用时代就与世争辉，到商周时期青铜器铸造的辉煌成就，再到春秋时期发明生铁冶炼技术（领先欧洲1 000多年）及随后发明炼钢技术，无不彰显古代劳动人民的智慧和中国金属材料发展在世界的领先地位。结合火药的发明，讲述西方经过技术改进获得高品质的钢材后，通过武装侵略使中国逐步沦为半殖民地半封建社会。新中国建立后，李薰、师昌绪、柯俊等老一辈金属材料领域科学家放弃国外舒适的生活环境，克服重重困难，为中国金属材料事业奋斗一生的精神，及当前欧美国家仍然在一些特殊钢材领域对我国实行技术封锁的现状。通过将金属材料的发展与中国的历史进程结合，让学生明白中华民族是一个充满智慧的民族，进而立志成为一个为中国材料科学发展奋斗的当代青年。
材料学概论传统的教学核心内容包括材料的定义、材料的基本要素、材料对人类社会发展的重要性、四大类材料（金属材料、无机非金属材料、高分子材料及复合材料）的发展简史及相应代表性材料的基本情况。此外，从20世纪90年代公认新型材料、生物工程、信息技术为新一轮产业革命的标志至今，发现或制备出许多在成分和组织结构均不同于传统材料且性能独特的新材料。这些新材料在信息、能源、生物医学、航空航天等事关国家科技发展和国际竞争力的领域中展现出重要作用，是新时代背景下材料学概论教学必不可少的内容。事实上，学科相关的科研动态对培养高素质的新时代材料领域专业人才具有重要意义。如果全面详细地讲授完这些内容，需要约180个学时，但没有任何一所高校会给一门专业课程如此多的课时，因而必须对教学内容做出合理的取舍并进行巧妙的编排。面对时代发展的要求，为保证学生学有所成，优化课程教学内容、突出教学重点、增加知识维度（学科研究前沿）是新时代背景下材料学概论课程教学变革的关键。
2.1 优化课程教学内容
材料学概论在我院是无机非金属材料专业学生学科知识入门的重要课程，对后续专业课程的学习具有引领性的作用，是完善学科知识体系的重要一环。材料学概论课程的教学内容多、知识点分散、综述性强，但教学课时仅为32学时，因而通过举行针对该课程的教学研讨会，决定以“降低专业性，加强故事性”为改革方针。教学内容不再追求理论深度和逻辑连续性，而是以日常生活所见所闻为主线展现给学生，以“讲故事”实现课程教学目标。比如对金属腐蚀的原理、高分子材料形成的反应机制、复合材料中增强体的类型及作用机制等专业性较强的知识点只进行简单讲解，不再使用大量的时间进行深入剖析。事实上，这些专业知识将在其他专业课程中被详细讲解，如此设计并不存在知识点漏讲的问题。另一方面，专业性的降低有助于任课教师以“讲故事”的形式完成授课，进而有效摒弃填鸭式的教学方式，让学生感受到材料的“亲切”，从而在不知不觉中培养学生对材料学专业的热爱度。
新时代背景下材料学概论课程的教学工作不但要让学生了解各类材料的发展简史及被广泛应用的各种经典材料，还要引领他们洞悉材料学相关的国家战略需求和研发动态。加快基础材料升级换代、提前布局和研制战略前沿材料、研发新材料制备关键技术和装备等作为国家重大需求的重点研发领域出现在国务院2015年印发的《中国制造2025》中，它们都和材料专业密切相关。教材的更新一般比较缓慢，因而在课程教学开展过程中，授课教师应利用最新的文献报道向学生展现材料学科的无限魅力，提升学生的学习兴趣。事实上，随着计算机、信息技术等新领域的快速发展，材料学等基础学科专业的学生存在所学专业领域不够“尖端前沿”的深造和就业困惑。通过优化课程教学内容，合理讲授各类材料的发展简史及当前科研动态，展现材料发展对人类社会发展的重要作用，尤其是对新兴领域发展的支撑性作用，可以消除学生的这些困惑。
贵州大学化学与化工学院无机非金属材料工程专业本科毕业生以服务贵州本地产业为主。2021年7月，贵州省发布了《关于推进锂电池材料产业高质量发展的指导意见》，成为全国第一个从省级层面明确扶持锂电池材料产业发展的省份。基于此，适时增加在二次电池材料及器件方面的教学内容，主要包括锂离子电池的原理及发展历程、锂离子电池材料及发展现状、下一代高比能二次电池体系及发展方向等。
2.2 优化任课教师团队
材料学概论知识覆盖面极广、涉及材料种类繁多，各类材料之间既有共性，也存在根本的差异，比如金属材料和高分子材料在组成、结构、性能、工艺、用途等方面均表现出明显的不同。若由单一老师讲授多种材料，因受专业背景限制，很难全面地做到“深入浅出”，难以获得良好的课程教学效果。因此，摒弃由单一老师完成全程教学的传统模式，组建一支由不同专业研究背景的老师组成的教学团队对材料学概论课程教学工作的开展具有重要意义。我院材料学概论课程由一位教学经验丰富的老师负责教学内容的整体设计，根据不同章节的内容选取研究背景相同或相近的老师负责具体教学工作。此外，充分考虑国家及地方发展需求，适当调整任课教师的课时比重，让从事电化学储能材料及器件研究的教师作为课程主要讲授者，并要求其在教学工作开展过程中穿插讲授相关的知识点和开展专题讲授。为了确保教学内容的多元化，还邀请从事智能材料、生物医用材料、光电转换材料、电子信息材料等先进材料研究的老师以专题讲座形式参与教学工作。
在新时代背景下，单一的教学模式不但容易引起学生的学习疲劳，还不利于学生领悟能力、动手能力和创新能力的培养，进而难以培养出满足国家和社会需要的复合型专业（科技）人才。因此，结合课程教学的具体内容，使用多种模式开展教学工作不但是调动学生自主学习积极性的有效方法，还是高质量完成教学任务的有效途径。当前的大学课堂以多媒体教学为主，相较传统的板书教学，既有利于呈现更丰富的内容，又容易让老师不自觉地照本宣科。因此，除了优化多媒体课件的内容外，丰富教学开展模式对高水平完成大学课程教学十分重要。我院要求任课老师以多媒体教学为主，板书补充为辅进行讲授，以提高教师上课的专注度，避免填鸭式教学，进而增加教学内容的维度，调动学生的学习热情。此外，除了讲授模式，部分内容的教学工作以课堂互动形式开展，通过合理地设置丰富多样的主题，充分发挥学生查询、收集、整理资料的能力，让学生成为教学工作开展的主体，培养学生发现、分析和解决问题的能力。同时，将这些主题互动活动加入最终的成绩考评中，进而调动学生学习的积极性。除了课堂互动形式，还采用了视频、实物演示等教学模式培养学生的学习兴趣，延展知识体系的维度。比如在开展金属材料部分的教学工作时，通过剪辑几分钟电影《钢铁侠》中的片段进行开场；
在开展高分子材料部分的教学工作时，通过演示纸浸泡在水和油中发生不同现象进行开场，并从球类、家庭用具等浅显易懂的材料出发阐述高分子材料的分类和特点。如果只使用传统的讲授教学模式，材料学概论的教学内容使其教学过程容易引起学生学习疲劳。教学模式的多样化能在缓解学生学习疲劳的同时提升其学习的积极性，进而高质量地完成教学活动。
在贵州大学大类招生的背景下，当前我院无机非金属材料工程专业的学生源于化工与制药类，因而大一时的培养以化工及制药方向的知识为主，基本没有涉及材料类的专业知识。从课程安排实际情况来说，材料学概论作为我院无机非金属材料工程专业的第一门专业课程，材料学概论课程教学的成功与否关系到学生对所选专业的认可度和热爱度，对学生专业视野的开阔和职业生涯的规划具有重要意义。通过该课程的教学，务必使学生明白材料对人类社会发展巨大的推动作用、掌握材料科学的研究方法、了解材料的分类及各类材料的发展简史以及洞悉材料学科发展的方向，为今后的学习奠定学科专业视野。另一方面，随着我国国家竞争力的提升，以美国为代表的西方国家加大了对我国的技术封锁力度。我国要想在21世纪实现中华民族的伟大复兴，成为具有重大国际影响力的创新型国家，对科技人才的培育必须兼顾专业技能和思想政治素质。结合我院的实际情况，在材料学概论课程开展过程中须借助其独特的课程内容，深入进行课程思政教育，进而培育出具有家国情怀的高素质专业人才。处于高速发展和不断变革的时代，本科生教学工作要适时更新教学内容和教学模式，不能一味地根据教学大纲安排教学工作。为高质量地完成教学工作，从教学过程面临的困难出发，深入探讨新时代背景下该课程教学模式和课程内容的改革方向，以学生为根本，以市场需求为导向，敢于变革，优化教学内容，丰富教学模式，培养满足国家对新时代材料学领域科技发展需求的人才。
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