——记“材料科学基础”课程的创新探索与实践

  【摘 要】 基于地方应用型本科高校的人才培养，对“材料科学基础”课程中存在的问题进行分析，秉承“互联网+”教育理念，探索将现代信息技术融入课程教学的模式和方法。从课程思政教育、开放共享课建设、线上线下混合式教学运行、可衡量课程考核实施等方面阐述了课程的创新探索与实践过程。
　　【关键词】 材料科学基础；课程思政；现代信息技术；线上线下混合式教学；学生中心

　　“材料科学基础”课程以金属、陶瓷和高分子材料为对象，从原子结构入手，按照材料成分、组织结构、合成加工、固有特性、使用性能五位一体思维模式，微观与宏观相结合地阐述三大材料的共性规律与个性特征。该课程是材料类专业本科生重要的专业基础课，各高校材料类专业都十分重视该课程。对于重点培养应用型高级专门人才的地方应用型本科院校而言，如何依据学生的培养定位，与时俱进地进行课程改革与创新，成为教师们需要深入思考和探索研究的重要课题。









图1 材料科学与工程五位一体关系模型

　　1. 课程教学中存在的主要问题
　　（1）由课程特点带来的问题
　　由于该课程是学生进入专业课学习初期阶段的重要专业基础课，课程中有大量的材料学领域基本概念和经典理论，课程知识点多，内容抽象，理论性强，枯燥难懂，学生的学习难度较大，因此，在传统教学中各院校都安排了较多的学时进行课程的讲授。但对于地方应用型本科院校而言，为培养学生的实践能力，课程体系中适量增加了实践教学环节，因此，理论课学时比例随之降低，使本课程的讲授时间收到了限制。
　　（2）由学生特点带来的问题
　　对于地方本科院校，部分学生的知识基础、学习能力和学习习惯并不出众，甚至少数学生还存在着惰性心理。另外，由于多年填鸭式学习经历，学生已经习惯了“老师讲、学生听”的传统课堂学习方式，学习主动性差，不愿意主动学习新方法，利用现代信息技术辅助学习的意识淡薄。
　　2. 课程的改革创新与探索
　　互联网时代推动现代教育模式快速发展，教育信息从1.0到2.0，再到AI人工智能打造教育3.0，教学模式迭代更新，教学手段丰富多样。教育教学深度融入现代信息技术，使在线课程完成了线上精品课程、线上开放课程、线上共享课程的变化，实现了优质资源共建共享，改变了教学模式，也为学生学习带来极大便捷]。为使“材料科学基础”能够更好地服务于学生毕业要求达成，实现“以学生为中心”的教学模式转变，主要从以下几方面对课程进行改革创新与探索。
　　（1）开展课程思政教育
　　落实立德树人根本任务，发挥课程建设“主战场”、课堂教学“主渠道”作用，深度挖掘课程知识体系中所蕴含的思政元素，建立课程思政教学清单，科学合理拓展课程的广度、深度和温度，探索提升课堂思政教学效果的方法和路径。将价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体，引导学生了解世情、国情、党情、民情，帮助学生塑造正确的人生观、价值观和世界观。通过课程思政教育，让学生从思想意识上深刻感受国家的需要、时代的使命和自身的价值，能够主动实现自我转变，用正确的态度对待学习和生活，逐步养成良好的学习习惯，提高学习主动性和终身学习能力。
　　（2）整合课程内容
　　为满足缩减后的学时要求，同时让学生较好地掌握课程的知识脉络，按模块化方式重构课程内容。模块一：材料的微观结构，主要介绍不同尺度下材料的微观结构特征，内容包括固体材料结构的一般规则、晶体和非晶体的结构特征、常见晶体缺陷等；模块二：材料制备理论，主要介绍材料制备各阶段内部原子的运动及晶体的生长规律等，内容包括材料的凝固理论、材料中原子的扩散定律等；模块三：材料制备工艺基础，主要介绍材料制备过程中组织与成分、温度、性能之间的关系及工艺制定原则，内容包括相图、固态相变等；模块四：材料的性能，主要介绍材料的力学性能和物理性能，内容包括材料的变形与断裂、回复与再结晶及固体材料的电子结构与物理性能等。通过模块化方式，强化基本概念和基础理论，同时穿插工程案例和前沿科技，使课程内容由浅至深、一脉相承，体现科学性、先进性和实用性。
　　（3）建设在线共享课程
　　充分利用现代信息技术和网络资源，秉承“即传承经典的材料领域基础知识和理论，又体现新时代材料的发展动向和趋势，并使课程内容图文并茂，以充分展现材料科学之美”的原则，完成了课程设计、视频录制、线上网站构建、线上+线下运行的全程在线课程建设。课程建设各个环节的具体内容如下图2所示。
　　对课程教学内容进行重新设计，在保证各知识点前后衔接、知识体系完整的
　　前提下，将重要知识点进行合理拆分。以10-15分钟为宜，精心录制各知识点的教学视频。编制课程章节测试题、期末考试题试题库。在课程网站上传教学课件、材料产业相关政策文件、科技文献等学习资源，拓展课程学习的广度和深度。










图2 “材料科学基础”在线开放课程建设示意图

　　（4）开展线上线下混合式教学
　　课程采用线上线下相结合的混合式教学模式，引导学生将现代信息技术融入课程学习过程中，逐渐由被动接受转变为主动探寻，成为课程学习的“小主人”。课程运行模式如下图3所示。
　　将课程总学时的25%作为线上教学部分，线上教学采用“自学网络课程+完成课前测试”的教学方法。可供学生进行线上学习的资源有：“智慧树”平台共享课、课程教学课件、课前测试习题册、课程教材、网络参考资源等。通过课前线上学习，可以让学生理解基础易懂的课程内容，并利用自编习题册检验学习效果，找到重、难知识点。建立钉钉群、翻转课堂教学群，保持授课教师与学生的实时互动。
　　线下教学采用“五维”教学方法，从重（难）点知识讲授、疑难问题解答、案例式分析讨论、知识总结测试、课后巩固加强五个维度完成75%的线下学习内容。对于重难知识点较多的章节，主要采用见面课的形式进行面对面讲授和交流，并通过适量的习题进行知识点的理解和巩固。对于内容相对容易理解、偏重实际应用的内容，可进行翻转课堂教学。课上，解答梳理重难知识点、进行案例分析、小组讨论与互评、归纳总结相关知识等。课后，通过线上章节测试题和线下习题册对知识进行强化。









　　（5）改进课程考评方式
　　为服务于毕业要求达成，对课程进行总体设计。首先，建立毕业要求指标点与课程教学目标关系矩阵，设置每个课程目标下的教学内容；其次，构建完整、可衡量的课程考核机制与方法，在每项内容考核时，建立其考评量规，依据考核标准对学生成绩逐一评定，计算课程目标达成和毕业要求达成情况。最后，对课程进行成绩分析，对运行中存在的问题进行总结，并提出可持续的改进建议，在后续的课程教学中逐步实施改进。
　　课程考核也采用线上、线下相结合的方式，成绩由期末考试+作业+课程实验构成。期末考试由线上期末测试和线下考试构成，其中，线上期末测试试题由网络试题库随机组卷方式进行。作业包含线上共享课的章节测试和线下习题册练习。这种线上线下相结合的课程考核方式即注重学生的学习成果，又关注学生的学习过程，强化了学生对线上教学的重视和使用。
　　3. 结束语
　　借助于现代信息技术，通过线上共享课建设及线上线下混合式教学和考核模式的实施，有效地解决了“材料科学基础”课程中面临的教学问题，使课程在专业课学习中的重要作用得以充分发挥。同时，也使学生不再囿于陈旧的学习模式，能够紧跟时代步伐，改变学习认知、提升学习意识、转变学习习惯，获得较好的学习效果。
　　参考文献：
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　　[5] 艾建平. “三全育人”理念下材料类专业“课程思政”的理论认识与实践路径探讨[J]. 西部素质教育. 2020，6（12）：5-7.
　　基金项目：黑龙江省高等教育教学改革研究项目（编号：SJGY20190556）；黑龙江省教育科学规划研究项目（编号：GJB1421520）；黑龙江工程学院教育教学改革研究项目（编号：JG201912、JG202052）；黑龙江工程学院课程思政建设项目（编号：2021KCSZ13）
　　作者简介：王丽雪（1980.04），女，讲师，博士，主要研究方向：先进复合材料的设计、制备与应用。