新工科背景下材料科学的专业课程学习路径研究

新工科背景下材料科学的专业课程学习路径研究

符景皓

（西北工业大学 陕西西安 710072 ）

摘要：随着社会市场经济的不断发展，世界各国在材料科技和工业领域的竞争日趋激烈，社会对材料科学工程人才提出了新的要求。在我国，材料科学专业课程的学习一直面临着如何将理论教学与实践操作相结合的难题，为解决这一问题，学生需要对传统的学习方法进行改进，使其更加适应新工科建设的需求。因此笔者结合新工科建设背景，对材料科学专业课程学习路径进行分析研究。

关键词：新工科背景；材料科学；专业课程；学习路径

现阶段，全球范围内正经历新一轮产业科技革命，社会市场需求的不断变化给人才培养提出了与以往不同的新需求。“新工科”正在全力发展形成领先全球工程教育的中国经验、中国模式。为实现这一目标，新工科建设着重培养高素质人才，通过科学技术的创新为产业发展提供强大的智力支持。

一、新工科对材料科学专业课程的价值

新工科对工程教育的要求、理念及建设途径等都做出了新的诠释。材料科学与工程专业人才培养的核心是围绕材料组成与结构、表征、制备和性能等方面展开，其源头大多都可以追溯到金属材料及成形专业，因此对应的课程设置需要适应新工艺、新技术、新材料建设的发展，必须依据新时代对工科理论与技术发展探索的新要求，结合实践教学体系创新，以此来培养锻炼出满足时代需求的综合型材料类专业人才。

二、材料科学专业课程学习需求分析

（一）实践内容的系统开发

在当前材料科学类专业人才培养过程中，如何避免传统教学活动“重理论知识传授”的负面影响，突出实践环节对学生技能素质的正面强化，是丰富毕业生知识结构、培养综合专业能力的重要途径。目前，材料学科绝大多数的实践课程着力于创新性、系统性的实践内容创新与开发。以知识验证性实验为例，这类实验内容能够帮助学生更好的理解理论知识点。如果能进一步深化实验步骤和结果的应用与延伸，不仅能提高学生的工程实践的思考能力，还能培养学生的创新思维能力，增强探索精神。

（二）实践习得的拓宽认识

通过交流调研材料科学专业在校生及毕业生专业课程的学习情况，普遍能理解的学习目标是：专业实验课程学习与相关专业的理论知识教学具有密切的联系，是对课堂理论教授的知识的延伸和拓展。但基于培育学生实验设计思维的这一目标，实践习得体验还停留在较浅的层次，比如：能够运用工程数学的相关方法来处理实验所取得的实验数据，得到有效的实验参数；采用图、表的样式规范并且简明扼要地表述实验的数据和分析结果；能够逻辑通顺、简明扼要、有层次地表述和完成实验报告。此外，材料科学专业学生对于专业实验课程训练过程中融入的安全、环保、风险、责任的意识培养和规范知识等方面重视不足，特别是团队合作这一重要素养的习得投入主动性还存在欠缺。

（三）学习渠道的多元创新

随着信息技术手段的不断发展，大数据时代已经到来，给各个领域以及各个行业带来了重大的变化。当前有些教学方法受到教师的积极应用，如翻转课堂、案例式教学、线上线下混合式教学等。这类课堂实施过程中对学生的课前预习要求非常高，而实际上高校学生能做到充分课前预习的并不多，需要学生自主成长、深度学习才能有效开展。学生在相关知识背景拓展、核心知识点启发等方面的效果提升还有待探索。

三、新工科背景下材料科学专业课程学习路径

（一）工业实践内容的拓展

目前，由于经济发展对于材料的需求日益俱增，新材料领域得到迅速发展。我国高校开设的材料科学与工程专业建设都在密切紧跟材料结构、性质和应用有关的诸多领域，特别是新时代下材料科学领域的发展状况以及新材料研究进展等内容，学生需要在专业教师的引导下，借助网络工具查阅、评判、鉴别，依托专业的文献资料，对比分析关联理论与实践，延展体会知识发现、问题探索，掌握开展科学研究的方法。

对材料科学类专业来说，工业现场实践学习以及企业兼职教师参与教学这类实践课程尤为重要[2]。因此，高校充分借助高校的技术优势和企业的资源优势，帮助学生将课堂教学所学知识内容与工业实践、产业需求结合起来。

（二）实践学习方法的改进

实验课程是补充、验证和巩固课堂所学习的理论知识的不可或缺的教学环节，是培育学生实验动手能力和科学创新思维的较好方法。材料科学专业课程往往会涉及到多种仪器表征方法[3]，其表征原理的繁多、枯燥极容易导致学生失去课程的学习积极性。为此学生宜主动采取多元方法来提高自身学习兴趣，响应问题导向、任务驱动、启发互动式等教学活动过程，提高自主学习能力，从而进一步地深入理解并灵活应用所学知识。以红外光谱为例，建议思考如“测试红外光谱的制样方法有哪些”、“红外光谱的测试对象是什么”、“红外光谱的波段范围是什么”等问题，小组汇报交流，开展问题探究合作。

拓宽加深实践习得感悟：1）熟练掌握相关材料的性能表征方法、分析测试方式；2）熟练操控复合材料成型仪器设备，运用科学的工艺流程掌握相关材料制备成型方法；3）能够根据实验目的和特定的研究对象，选择适当的研究方法，设计合理的实验方案、选择合适的实验设备、组织并进行实验，将实验得到的实验数据进行数据处理和分析，并把获得的实验结果与理论知识或模型进行对照分析

[4]。大学生还应着力于自主承担或主动协同等多种途径，解决实际实验过程中出现的困难或意外情况，安全并且成功的完成任务。

（三）现代教学平台的互动

积极借助网络平台、智能软件等数字化载体辅助学习平台，利用互联网、书本等渠道整理、搜集并汇总与课堂主题相关的学习素材、学习成果等，并传输至学习平台上。学生自主反馈的行为能丰富积累学习资源库，从而逐渐形成对于知识点的独特见解与感悟。充分利用“微课”、“直播教学”、“学习通”等多种形式，结合线上资源推送，拓展视野眼界，了解知识背后的思想碰撞，激发引导学生形成科学的思维方式，让学生深度参与其中。此外，自行设计实验是激发大学生的创造性思维和提高大学生实践能力和创新能力的有效途径之一。自行设计实验所需要用到的材料、仪器设备、实验方法，以及注意事项，激发学生自主思考，进而掌握实验原理、方法，自行处理实验数据，分析实验结果，独立思考并找到解决问题的方法，培养学生的创新能力。

四、结束语

材料科学与工程专业以发展新材料工艺制备技术为目标，对大学生思辨能力、创新思维、职业担当、协作意识、国际视野、文化自信、科学精神及家国情怀等思政素质也提出了更多要求。新工科建设作为高校主动应对这一变革的重要举措，为适应未来工业发展的需求，需要不断探讨材料科学类专业人才培养的新模式，拓展工业实践内容，从而培养出符合时代需求的复合型工程人才。

参考文献：

[1]周权,宋宁,倪礼忠等.基于“OBE”理念的《复合材料与工程专业实验》课程建设[J].广东化工.2020,47(10):196-197.

[2]王倡春,汪太生,张泽武等.创新创业教育与高分子材料与工程专业教育融合的探讨[J].高分子通报,2022,(06):102-105.

[3]马登学,夏其英,徐守芳等.新工科背景下“工匠精神”融入高分子专业课程的探索与实践[J].高分子通报.2022,(09):147-152.

[4]王国亮,张青,王涛.基于深度学习的线上线下混合式教学——以专业基础课程“材料科学基础”为例[J].教育教学论坛.2021,32(8):75-78.

【作者信息】符景皓，（2003-2-），男，汉，湖南长沙人，西北工业大学伦敦玛丽女王大学工程学院本科在读，研究方向：材料工程