新工科专业核心课程教学方法改革研究从实践到 - 建筑材料学报杂志社投稿

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新工科专业核心课程教学方法改革研究从实践到

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摘要：

“新工科”是为了应对新经济的挑战，面向未来发展、服务国家战略和满足产业需求，提出的一项持续深化工程教育改革的重大行动计划[1]。2017年以来，教育部相继发布《关于开展新工科研究与实践的通知》等文件，全力探索新形势下工科教育的模式及变革。因此新工科建设受到了高校广泛关注。新工科的推动和实施，对深化我国工程教育改革、建设教育强国、服务和支撑经济转型升级等诸多方面具有重大意义[2-3]。新工科的“新”主要体现在教育理念新和学科专业结构新等。随着社会高速发展，传统工科需要进行变革与升级。新工科的建设与发展，需要的是富有创新性、综合化、全周期的工程教育“新理念”及新旧工科相结合的学科专业“新结构”。工科新结构不仅包括前沿学科专业，还应加快对传统工科专业的改革和创新，使其体现工程教育的新要求。推动传统工科交叉融合和跨界整合，对培养科学基础厚、工程能力强、综合素质高的人才至关重要[4-5]。工科较之于理科最大的区别就是实践性。实践环节是工程教育中尤为重要的一环，这对增强学生的实践和双创能力，胜任相关行业的适应能力有着直接作用[6]。所以，构建各学科交叉融合的新工科实践教学体系显得尤为重要。

为了使实践教学活动更加丰富多彩，高校引入了“互联网+”和虚拟仿真等信息技术，它们的确为教育带来了新的可能性，同时也衍生了诸多新的问题，特别是给大学生的学习造成巨大冲击。在丰富的网络信息包围下，一切问题都能通过网络直接或间接解决，学生遇到不懂的知识，动动手指就能查询到想要的结果，他们会逐渐丧失亲身实践获得知识的满足感与成就。长此以往造成学生对于事物的兴趣缺失，也就意味着教师很难在课堂上吸引学生注意力，对教学来说无疑是毁灭性打击，这已经成为新工科教学实践改革的重点方向[7-8]。本文研究目的是通过介绍一种新的先实践后理论的方法论来激发学生的求知欲，使之成为治愈注意力分散和无意识行为的良药。

随着各类高性能材料的应用越来越广泛，国内急需材料类的专业人才。本文提出的方法论首先基于学生知道如何做事，将正在学习或有目的学习的个体归类为施教和被教导对象，由此引申出学以致用的教学模式。将此方法论或模式应用到材料类专业的基本教学活动中，不仅为学生们提供了一种工具，可以使其获得学术和智力上的成长，在课堂上完成具有挑战性任务的满足感，还可以吸引他们注意力，帮助他们实现自我价值，提高自尊自信，避免他们成为互联网统治下的牺牲品。在借鉴阿根廷理工大学工科专业教学改革经验的基础上，本研究以材料类专业为例，教学改革升级先从金属铸造实验开始，将实践作为理论课程教学的前提。传统教学认为实践只是理论的一种副产品，通过这种从实践到理论的方法打破了传统的教学顺序，从某种意义上使得学生开始正视学习，克服了任何可能影响他们分心的障碍。

一、从实践到理论的过程和方法

本文提出的新工科教学方法，是指运用理论教学作为试验教学的进一步阐述，用以解释在实验过程中所观察现象的成因，而不仅仅是将实验课程作为理论知识的补充验证。实践主要尝试在《金属学与热处理》核心课程中开展，本课程原为80学时，其中64理论学时，16实验学时。在工程认证的培养方案中调整为纯56理论学时，本次改革刚好通过试验(模拟)环节指导理论教学过程，既可以由亲手试验解释抽象的公式定律，也能强化纯理论知识的记忆程度。因此，学习活动以安排研究任务为主要形式，根据教学方法步骤的改变，首先需要把学习场所从教室转移到实验室，在实验的同时下达学习任务。以认识二元合金相图这一节内容为例，需要使用以下材料：马弗炉(温度最高为1500℃)，碳化硅坩埚，热电偶，热电偶箱，数字温度计，制作金相试样的材料和设备，诸如Pb、Sn、Bi、Cd、Mg、Cu等，抛光机，研磨机，试样腐蚀剂，金相显微镜，专用硬度计(根据金属手册绘制相图)，投影仪(显示金相标本、图表或任何其他图片)，并且要严格遵循说明书和注释中所列举的操作程序。

该方法包括直接指导学生完成两种不同质量分数的金属铸造过程。学生被要求自己切割金属材料并称重。然后，老师指导他们加热金属直到完全熔化。同时也鼓励他们参与辅助工序，如浇注金属，添加焊接剂和在炉体内安装便于拆卸的热电偶。当金属达到所需温度时，坩埚被取出并放置到一个保温箱内以避免立即冷却。学生保持金属继续冷却，并跟踪观察到的不同温度点和对应的冷却时间。详细的过程数据记录将帮助学生顺利地绘制冷却曲线，找出临界点并将它们单独标出来。每个小组仔细记录下获得的数据、使用的材料和比例。