《材料科学前沿》合作式、研究性教学改革与实践

1、    材料科学前沿合作式、研究性教学改革与实践    冯伟姜玉凤范方禄刘爱红陈跃靖金球【摘要】材料科学突飞猛进，在丰富教学内容的同时，也给传统的授课模式带来新的挑战。在“厚基础、宽口径”的人才培养模式及理论学时不断压缩的形势下，本教学团队就材料科学前沿课程教学内容、授课方式、考核形式进行了革新。结果表明合作式教学、研究性教学是提高教学质量，培养创新型人才的有效途径。【关键词】材料科学前沿 合作式教学 研究性教学 创新意识【abstract】materials science is advancing by leaps and bounds. it re

2、news and enriches teaching contents， but it also brings enormous challenges to the traditional pattern of teaching. thus， it is of great significant to carry out reform in the course of frontiers of materials science. under the new situation of theoretical teaching compressing constantly， cooperativ

3、e and research teaching methods have been carried out to hope to train “multifaceted and solid fundamentals” compound talents. the result show that cooperative and research teaching are effective ways to improve teaching quality and train the innovative undergraduates.【keywords】frontiers of material

4、s science； research teaching； cooperative teaching； innovative【基金项目】湖北省教育科学规划2017年度重点课题（no.：2017ga040）；国家自然科学基金项目（项目编号：21603070）；湖北省自然科学基金项目（项目编号：2015cfb323）；湖北理工学院引进人才项目（项目编号：15xjz01r）。g64 a 2095-3089（2018）39-0232-02随着科技的迅猛发展，传统材料逐渐被新材料所代替，大力推动新材料领域重大突破已成为国家战略。湖北理工学院材料科学与工程学院下设无机非金属材料工程、冶金工程和复合材料与工

5、程三个本科专业，均开设有材料科学前沿课程。目的是使学生在打好专业基础的同时了解新材料领域的发展趋势和前沿动态，开阔学生视野，拓展学生专业兴趣，提高专业认知度，增强专业归属感，并为继续深造和将来从事新材料研发工作奠定良好的基础。基于多年教学、科研经验，本教学团队就材料科学前沿课程教学内容、授课方式、考核形式进行了初步改革和实践。一、围绕主题，合作教学在“厚基础、宽口径”的人才培养新形势下，材料科学与工程学院于2016年在全校范围内率先实施“材料大类招生”的人才培养模式，明确了“一线材料工程师”人才培养定位。在充分考虑学生知识结构和学科建设方向的基础上，我们将材料科学前沿授课计划定为新型功能材料、

6、先进金属材料与加工技术、高性能复合材料和固体废弃物资源化利用四大主题，由多位教师以讲座的形式合作授课。实践证明，对教师而言，合作式教学可缓解授课教师压力。备课可以精益求精，举例能更恰当，讲解也能更透彻，教学效果自然显著提高1。以笔者为例，长期从事仿生功能材料的研究，因此在给学生讲授相关专题时，能较好把握该领域发展历程和最新前沿动态，更为重要的是能依据自身科研經历，向学生剖析发现科学问题的过程以及探讨解决问题的可能途径。而对于其他专题，虽了解但不透彻，只能根据查询到的相关资料“照本宣科”，无法做到深入浅出，这势必会影响学生学习效果。而对学生而言，学习一个阶段知识后，又有一个新面孔教师上课，增加新

7、鲜感，免除视觉疲劳。学院年轻博士较多，科研经历丰富，最适合承担此类前沿课程教学，但多名教师合作教学，应注重知识的连贯性和专业契合度，让这些前沿内容更好地辅助学生学习和理解专业知识，而不能单纯的是授课教师自我研究方向或兴趣的拓展2。为此，课程教学团队围绕主题，共同备课，挑选与专业契合度高的前沿热点，加强课前交流，注重课后反思，强化教学中“五基”的渗透3，因材施教，扩大课程的受益面。二、研究性教学，培养创新意识如何更好地把前沿知识融入到课堂，培养学生的创新意识成为授课老师需要思考的问题。传统教学以教师讲授为主，学生被动接受，缺乏积极性。鉴于学生已完成科技论文检索与写作、材料科学基础和现代材料表征技

8、术等专业课程的学习，本教学团队尝试了基于科研项目的研究性教学方法。即在部分授课环节，通过角色互换，让学生充当教师的角色上台讲解，而教师只负责组织、引导和答疑。如笔者基于国家自然科学基金项目，在讲解完仿生超疏水材料定义、理论基础和应用背景后，引导学生通过查阅资料，以完整科技论文的形式完成“超疏水材料表面水滴结冰/冷凝行为观察”这一课题。组织学生从材料制备、结构表征、实验平台搭建、实验数据分析与结果讨论等环节入手，按照小组分工完成文献资料搜集、整理，方案确定，教案准备，课件制作，课堂交流等任务。为提高学生积极性，要求小组成员集体上台交流任务分工及收获，增强每位学生的责任心，培养团队协作意识。当然，

9、这种授课方式对教师也提出了更高要求，需明确每名学生分工，精心准备，巧妙构思，掌控全局。如实现超疏水特性的核心是制备粗糙表面，获取方法多种多样，既可以是至下而上的化学生长，也可以是从上至下的物理破坏，要求学生根据所学微/纳米材料制备方法，结合实验室现有条件初步确定方案；在结构表征环节，强调微/纳米级别的形貌观察，引导学生回顾光学显微镜、电子显微镜的原理、特点，以及如何通过xrd等手段分析物相组成；而在实验平台搭建上，让学生对比冰箱和冷热可控饮水机在制冷方式上的异同点，指引学生利用半导体制冷片搭建温、湿度可控实验模块；而在最后数据分析环节强调数字图像获取和分析能力，通过拍摄的结冰、冷凝过程视频，需

10、要哪些数据才能分析防冰性能优劣，以及冷凝液滴生长规律、合并弹跳行为。指出可尝试利用photoshop、image j、matlab等软件，如何获取这些数据则需要学生自行查阅资料自学软件；在学生答辩环节，着重分析每组方案的可行性，并鼓励同学们继续深入实验室，继续论证并完成实验报告。对于新的教学尝试，学生学习兴趣、参与度明显提高。虽然花费了大量精力，但通过此次授课，笔者也从授课班级中挑选了几名科研兴趣浓厚的同学，加入教师的科研团队，以培养研究生的模式从严要求，有效缓解了教师科研和教学精力有限的问题，初步形成了教学、科研相长的良性循环。其中实验小组还以此为契机，申报了“微环境可控冷凝结冰可视化数字平

11、台”，获2017年度湖北省大学生创新创业训练项目立项。三、多样化考核评估方式过往采用的试卷或提交科技论文的考核方式，往往造成了学生临阵磨枪，事后忘光的结果。因此，本教学团队也对该课程考核评估方式进行了探索。采取了考勤、课堂表现和论文或实验报告相结合的方式，更加强调学生的课堂表现，尤其是学生在角色互换环节表现。这一环节既体现了学生课堂参与度，也能凸显学生查阅资料、分析问题、解决问题的能力，甚至还能锻炼学生领导力、团队协作力和语言表达能力。而这些能力也都是创新型人才所必须具备的品质。四、结束语教学是一个永无止境的过程，如何在理论学时不断压缩的情况下，调动学习积极性，保障教学质量，值得每一位教师深思。教学和科研从来都不是孤立的，从学校督导和学生反馈意见来看，合作式专题授课，教师讲解生动透彻。基于角色互换的研究性教学环节，学生兴趣浓厚，参与度高，自主学习能力得到有效锻炼。该教学模式对于培养学生自学能力和创新意识具有重要的意义，宜成为常用教学模式之一。参考文献：1宋述鹏， 周和荣， 沈冬冬.材料科学前沿课程建设的