新工科下工程材料课程教改浅探

摘要：飞行器设计与工程专业主要为民航事业培养掌握航空航天飞行器设计知识，具有技术创新、工程实践和综合管理能力的高级工程技术与管理人才。工程材料作为该专业的必修课，主要讲授工程材料的理论知识和分析技能。在“新工科”建设背景下，有针对性地转变传统教学理念创新教学方法，优化课内实践内容，促进“双师”型师资队伍建设，确保该课程设置起到培养应用型人才的作用。

关键词：新工科；应用型人才；工程材料

“新工科”建设立足卓越工程师教育培养计划，应对科技革命和产业结构调整，契合“大国制造”国家战略，是一项全新的深化高等教育教学改革举措。近年来，“新工科”建设已成为高等工程教育发展战略研讨的重点课题，关于“新工科”建设理论与实践的研究在各高等院校展开，优化培养目标和知识结构成为“新工科”人才培养的重要内容[1-3]。“新工科”教育对高校人才培养提出了新要求，也为高校发展提供了新机遇[4]。依据飞行器设计与工程专业的定位，以国家一流本科教育示范专业建设目标为指导，强调学科的创新性、综合性与应用性，培养具有“学业融合能力、工程创新能力、适应变革能力”的应用型人才。同时，培养应用型人才契合教育部提出的“工程教育的新理念、学科专业的新结构、人才培养的新模式、教育教学的新质量、分类发展的新体系”五个“新”理念[5-7]。培养应用型人才，需从教学到管理、从课内到课外、从内容到方法进行全方位探索和实践。工程材料是本校飞行器设计与工程专业的基础课，课程体系融合了材料科学理论与技术。学生中国冶金教育CHINAMETALLURGICALEDUCATION通过课程学习获得工程材料的理论知识和分析技能；了解材料成分、组织结构、加工工艺与性能间关系及演变规律；掌握常用工程材料的基本特性及应用范围；合理选用材料，正确制定材料加工工艺路线。课程讲授内容包括四部分：金属材料、非金属材料、新材料新工艺和零件选材，包含4学时的实验。通过对传统教学下“新工科”人才培养的分析，以及工程材料专业必修课的教学体会，提出了“理论知识向实践能力转化、专业知识向应用能力转化”的实践教学思想，增强专业必修课程教学效果，提高学生对专业知识的综合运用能力和创新能力。

一、存在问题

根据培养方案设置，工程材料为飞行器设计与工程专业的必修课程，总学时为32，包括4学时的课内实践。教材选用高等教育出版社出版、戴枝荣主编的《工程材料》（第三版），该教材属于面向21世纪课程教材，是普通高等教育“十一五”部级规划教材。在“新工科”新要求下传统工程材料课程安排存在以下几类问首先，课堂授课方式以教师讲授为主，视频、动画素材作为辅助教学内容。学生被动接受，不利于培养自主学习能力，忽视对技术发展的探索。知识体系庞大、理论性强、理论知识抽象，学生难以形成综合认知体系，专业启蒙和兴趣培养的任务难度大，没有依据“新工科”建设对知识和能力要求来调整培养方案，人才培养滞后于产业结构调整。其次，实践教学模式上，多以经典实验设计为主，校内实训和见习为辅。学生缺乏在复杂工程中发现问题和解决问题的能力。因此，要从教学实际入手，从专业实践出发，从人才培养的需求角度，引导学生建立认知体系，激发求知兴趣和主动参与性。结合课程实践部分，培养具有“学业融合能力、工程创新能力、适应变革能力”的应用型人才。第三，“产、学、研”融合层面上，固定的教学计划设计使教学工作与科研工作分离。新材料、新技术前沿热点与教学内容的融合受限于传统的“按计划授课”教学过程，学生收效甚微。“新工科”建设对教师的教学工作提出新的要求，如何将学生职业能力培养与教师科研探索的前沿技术和相关产业未来发展方向结合成为积极探索的方向。

二、教改探索

（一）转变教学理念，改进教学方法

“新工科”背景下工程材料教学方法的改进是课程教学中一项重要的任务，教师的“教”和学生的“学”共同制约着教学过程，只有两者和谐一致，相互促进，才能获得最优教学效果。将工程材料作为基础课的专业不同，对授课内容的需求也各不相同。传统教学模式中，教师通常根据教学计划讲授教材上的内容，虽然在教学内容编排时已经考虑各自专业需要，但忽略了不同专业学生在具体应用工程材料知识的侧重点。因此，应根据学生专业不同，制定不同教学目标。例如，航宇类专业制定金属材料教学目标时，偏重航空应用的金属材料：铝合金、钛合金和高温合金等，介绍飞机上金属材料的应用部位、合理选材依据、无损检测技术等，将理论知识与专业应用相结合。教师的观念从“讲授”转向“引导”，合理安排各部分讲授比例。做到精讲细讲重点，拓展启发式教学与分组讨论，在师生互动中完成教学内容。每节课以问题引导开始，密切结合科研前沿热点的新发现、新理论和实际生产中的新技术、新成果，使学生看到未来解决实际问题的希望。例如，新材料新工艺部分，让学生了解新材料及新工艺，推荐观看《国之大器》系列纪录片，在课上分享观看的感受。通过将教师为主体的填鸭式教学转变为师生互为主体的互动教学，把枯燥抽象的理论与应用实例结合，有利于提高教学效果并调动学生的学习积极性。通过以问题为引导和讨论，有效提高学生探索问题的好奇心，激发广泛思考和求知，促进自主学习能力养成。在课程考核方式改革方面，由于工程材料课程涵盖内容多，实践和应用性强，简单的“平时考核+期末测试”很难反映学生的真实学习情况，必须根据教学目标，在考核方式上创新。注重过程评价，增加平时考核环节，调整平时和期末测试的比例，突出学习过程对整体内容的把握。进行多元化综合考核方式改革，增加大作业、课程论文、调研、学生课程课件设计等内容，并根据各项考核内容的重要性设定权重系数。

（二）优化课内实践，培养应用型人才

实践教学通过完成既定实验设计，理解消化课堂理论知识，达到理论与实践相结合的教学目的。实践教学重在培养学生兴趣，主动学习、观察、思考，秉承“重理论、强应用”原则，培养实践能力和独立思考问题能力（原有课程实验内容多以验证性实验为主，设计性实验为辅，主要依赖教师讲授，致使学生失去自主研究的兴趣）。本学期实验采用开放形式，学生可自行安排实验，教学日历中对实验时间不作具体安排，满足各层次学生需求。课内实验以科研项目为载体，依托教师科研项目，学生通过参考文献的调研、技术路线的设计、仪器的操作等展开训练，不仅提高了理论指导实践运用能力，也为毕业设计奠定了基础。课内实验以小组的形式参与，通过学生分组、组内分工方式，设置多样化实践角色，锻炼协作能力，认识到科技工作本身的集体化、社会化，协作研究日益成为科研工作的主导趋势。开放的实验形式可以激发学生创新能力，项目的完成会带来成就感和愉悦感，获得学习乐趣。学生依托教师科研项目完成实验时，普遍积极性高，气氛热烈，更像是协助教师完成科研项目的一部分，主动性大大提高，创新创造能力也得以锻炼和体现。根据不同科研项目，设计不同材料性能测试方法，学生不再局限于《硬度性能测试》类基础性实验，而是根据文献调研，设计了拉伸试验、冲击试验、耐磨性测试，等等。学生通过调研并独立设计实验方案，创新创造意识被激发。鼓励学生结合课堂实验设计，积极申报大学生创新创业项目，2021年本校大学生创新创业训练计划共申报项目1034项，学生参与4788人次，指导教师参与1118人次。在全校范围、全专业层面营造起浓厚的大学生科研氛围，更好的契合新工科人才培养理念。

（三）建设“双师”型师资队伍，紧跟行业人才培养需求

现代材料日新月异，若材料专业课程内容和方法不能及时结合新材料前沿热点，只依靠传统知识体系，会使学生逐渐对该领域失去兴趣。专任教师是课程教学方法的设计者和执行者，也是探索教学改革的关键。这对材料专业教师提出了更高的要求，既要有一定理论水平，也要具备行业经验。近年来，本校的师资力量日益壮大，形成以博士研究生学历为主要组成部分的高学历教师队伍。经了解和调查，发现专业教师队伍存在一个问题，新任教师侧重理论教学，与企业交流合作不足，无法及时了解最新技术动态和行业发展现状，不能根据实际需求调整和设计教学内容。“新工科”教育实践对人才培养模式提出新的要求，即从理论知识教育转变到应用型人才培养。因此，“双师”型师资队伍的建设显得尤为迫切，即教师既要具备理论教学的素质，也应具备实践教学的能力。为推进“产、学、研”深度融合，支持企业牵头组建创新联合体，鼓励青年教师到企业挂职，通过校企合作、工学结合的培养方式，形成“以产兴教”，“以教强产”的产教融合长效机制。通过企业挂职锻炼，专业教师将理论知识与企业需求关联，不仅丰富了教学内容，还扩展了科研方向。鼓励教师延伸教学内容到实践项目，通过外请企业专家授课、深入企业参与生产实践、旁听企业发展战略研讨等，帮助学生提前对产业和行业产生认知。认同专业的前提是认同行业，展示行业发展，可以吸引年轻人的注意力，引发思考，对专业启蒙的作用非常大。“双师”型师资队伍通过将课程与企业需求联系，深化工程知识学习和工程能力培养，尤其是教学内容涉及新技术和新产业，是理论知识的有力补充。学生通过认识产业前沿，增强学习兴趣，扩展专业知识范围，提高自主学习意识。同时，促使学生面向应用实际，扎实提高实践能力，以达到培养掌握基本理论知识同时具备一定自主学习和实践能力，满足“新工科”背景下应用型人才培养的需要。

三、结语

在“新工科”建设背景下，工程材料课程通过优化教学方法、改进课内实践教学方式、建设“双师”型师资队伍，有效促进学生实践能力培养和工程素质提高，做到紧跟行业对人才的培养需求，清晰定位人才培养目标。面向“新工科”新建设未来，以培养应用型人才为导向，构建了工程材料课程内容体系，并根据本轮课程学生及其他教师的意见和建议继续调整内容，适应应用型岗位人才培养需要。该课程的教改工作对学生工程素质和工程能力的培养起到引领和深化的作用，促进了理论知识向工程能力转化。希望通过不断总结经验、调整和改进教育教学工作中的不足，为工程材料课程建设提供有价值探索。

参考文献：

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[2]周长玉.“新工科”背景下工程类课程教学改革[J].中国冶金教育，2021（2）：31-33.

[3]郭二廓.新工科背景下《工程材料及制造技术基础》课程教学探索[J].高教学刊，2018（24）：79-80.

[4]林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究，2017（2）：26-35.

[5]范圣刚，刘美景.“新工科”背景下土木工程专业建设与改革探讨[J].高等建筑教学，2019（4）：16-20.

[6]吴爱华，候永峰，杨秋波，等.加快发展和建设新工科，主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

[7]叶芳霞.工程材料力学性能课程教学改革思考与探索[J].中国教育技术装备，2019（18）：76-78.

作者:满田囡 沙桂英 王赫男 农智升 李召明 邓希光 张洪亮 冯长杰 单位:沈阳航空航天大学材料科学与工程学院