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摘要：按照“教―学―践”人才培养的理念，针对目前高校学生创新意识弱、创新能力差的问题，利用西北工业大学材料科学与工程国家一级重点学科、凝固技术国家重点实验室、国家级材料实验教学示范中心和陕西省航空航天材料实验教学示范中心，以及“航宇材料技术科学”教育部一级科技创新平台和陕西省人才培养创新实验区的软硬件条件和学术氛围，改革材料专业本科教学模式，其本质是充分发挥材料专业的研究特色，加强科研与教学的内在有机统一，开展基于研究与实践创新性的本科教育教学，而不是将本科教学仅停留在“教”与“学”的层面；并从教学理念、教学内容及方法手段、实验实践环节及教学与科研的关系方面进行探索，改变目前学生被动学习的局面为主动求学。
关键词：材料专业；“创新性-研究型”本科教学模式；改革探索
本文引用格式：赵廷凯.材料专业“创新性-研究型”本科教学模式改革探索[J].教育现代化,2020,7(52):20-23.
Teaching Mode Reform for College Students of Materials Major“Innovation-research”Type
ZHAO Ting-kai
(NPU-NCP Joint International Research Center on Advanced Nanomaterials&Defects Engineering,Shaanxi Engineering Laboratory of Graphene New Carbon Materials and Applications,School of Materials Science and Engineering,Northwestern Polytechnical University,Xi’an Shaanxi)
Abstract:According to the concept of"teaching-learning-practice",aiming at the problems of weak innovation consciousness and poor innovation ability of college students,the national key discipline of materials science and engineering of Northwest Polytechnic University,the State Key Laboratory of Solidification,the national center of materials experimental teaching demonstration,the experimental teaching demonstration center of aerospace materials in Shaanxi Province,and the aerospace material technology,all could be used in this project.The teaching mode reform of materials major is to give full play to the research characteristics of materials major,strengthen the internal organic unity of scientific research and teaching,and carry out undergraduate education and teaching based on the research and practice innovation,rather than just stay at undergraduate teaching.At the level of"teaching"and"learning",it explores the teaching concept,teaching content and methods,experimental practice and the relationship between teaching and scientific research,so as to change the current situation of students'passive learning into active learning.
Key words:Materials major;“Innovation-research”teaching mode reform for college students;Reform research
一 引言
材料类创新性、研究型的复合型人才培养是当前创新性、研究型大学中材料科学与工程专业学生培养的重点。当前本科教育国际主流趋向是，研究型大学把培养本科学生的通适教育放在首位，专业培养放在次要位置。就材料科学与工程学科来说，其作为一个整体，有宽广的面向所有材料及材料四要素的特点，因而在教学模式上要充分考虑当前材料科学的发展趋势。在欧美高校，如美国麻省理工学院和西北大学、英国剑桥大学、日本东京大学等国际知名学府，材料类人才培养非常注重学生创新能力的培养。在国内，教育长期以继承为中心，重演绎而轻归纳，重理论而轻实践，教学方法上则以满堂灌输为主，以教师的教为中心，学生围绕着老师转，重课堂学习而轻课外实践。材料类专业划分过细，学生视野狭窄，大大制约了学生创新思维、创新能力和实践能力的发展。近年来这些问题虽有较大改善，但并没有从本质上解决问题，导致大学生经过四年时间的学习，掌握了相关的基础知识和专业知识，锻炼了一定的技能，但其思维方式没有根本的变化，仍然沿袭求同思维。虽然求同思维方式有利于掌握现有知识，但却极大地限制了创新思维的发展。
国外课堂教学的基本形式是以学生为中心的教学方法。我国高校目前实行的教学方法仍以教师为中心，课堂教学为主，教师、学生都习惯了这一套，这对维持正常教学秩序确实非常有效。教师、学生人手一套教材，有些教师尚指定一些参考书让学生参考，有些教师则完全依赖一本教材，其结果严重阻碍了学生创造性思维的发挥。此外，国外高校具有比较完善的实验室开放制度，学生动手能力普遍强，譬如在美国西北大学，学生尤其是本科生可以通过大型精密仪器设备的预约系统自由的预约需要的设备，在这之前必须经过规范的培训才能实际操作设备，锤炼了学生的动手能力。许多高校校内就有实习基地，提供学生实践机会，学生可方便地到相关工厂、公司、高校或研究单位实习，学生的实践能力得到了很大提高。在国内如西北工业大学，材料科学与工程学科的学生培养也强调实验、实践教学，但实验课教学，学生往往只能按老师设计好的步骤进行，基本是走过程，有些大型的精密仪器设备也不可能让学生去具体的操作。实践教学由于许多现实原因，学生能真正自己动手的不多，不是亲自动手而是动眼睛看，下工厂实习也以参观为主，走马观花，学生已谈不上跟班劳动或上岗操作了，纯粹性的是外出参访。
总之，面向国际、面向前沿，基础厚、口径宽、实践强、素质高成为当今人才培养的特点。与国外发达国家相比，我国材料科学与工程类人才培养在创新素质与实践能力以及学科交叉与融合方面尚存在较大的差距，特别是研究型大学并未突出其研究性的特色，教学体系中缺乏有效的、实质性的连接教学与科研的纽带，进行教学改革是非常有必要的。
二“教―学―践”人才培养理念
以作者主讲的《Advanced Carbon Nanomaterials》双语课程作为教学实践对象，探索了西北工业大学本科生完全学分制培养体制下的“教―学―践”人才培养理念。
①本科导师制培养创新性人才
在教学计划中，将大学高年级专业(基础)课程中的实践课与导师制结合起来，使学生在一个或者多个导师的指导下，根据自己的兴趣爱好，独立选择材料体系，并对其成分设计、材料制备或性能检测进行自主设计，初步培养学生的科研创新意识。导师的主要职责是对学生的课程选修、学习加以指导，在治学、为人、做事等方面为学生做出表率，保持与学生的直接交流，关心学生的学习、生活和思想状况，增进感情沟通。导师要发挥主导作用，在具体的专业知识细节上点拨学生，做到“抓专放普”，即抓住具体专业知识沟通，放开基础知识让学生自己掌握；而学生做到“以我为主”，进行调查研究、查阅文献、制定或设计方案、自主实验、分析总结等方面的独立能力训练。通过本科导师制培养创新性人才教学模式改革，有利于培养学生的个性发展和创新意识的形成。
②重实践教学模式改革
目前已有教学模式是以教师讲解、课堂学习为主，学生实践相对太少，几乎没有动手实践的可能，主要是停留在“教”与“学”的层面。依照“教―学―践”人才培养的理念，充分利用西北工业大学材料学院国家实验教学示范中心、陕西省实验教学示范中心、教育部一级科技创新平台、陕西省人才培养创新实验区以及国家重点实验室的资源，通过改革教学计划中课程实践环节，给学生提供条件、场所，帮助学生选择实践命题、制定方案，任课教师或者本科生导师指导学生进行相关实验，培养学生自主创新的能力。将实际科研工作融入到本科生教学环节中去，打通基础专业教学与科学研究的通道。
③教学方法与手段的改革提高
根据研究型教学改革思路，结合《Advanced Carbon Nanomaterials》课程，在教学过程以学生学习为主体，能力培养为核心，开展启发式、研讨式、参与式、诱导式等教学方法，鼓励学生发表自己的见解、提出问题，调动学生的学习积极性，促进学生积极思考和提升解决问题的能力。积极将最新科研成果引入到课堂教学中，理论联系实际，扩大学生的视野，丰富学生的实践知识，更好地激发学生的学习兴趣。使教学、科研、生产工程相结合，真正达到学有所用的目标。
开展传统的黑板教学、多媒体和网络教学相结合的灵活多样教学手段。发挥传统教学、多媒体和网络教学的各自优点，提高课堂授课效率和教学质量。多媒体主要以PPT课件(包含图片、视频、录像、动画等)为主，网络MOOC、QQ共享屏幕、腾讯会议共享功能、Zoom会议功能、钉钉等教学就是在课堂讲述过程中通过随时上网链接相关的视频，使学生更容易接受；此外，充分利用大家常用的QQ、微信等(现在每年开课都与学生建立QQ群与微信群)信息工具与学生进行问题交流、布置作业、提交作业等多种形式的教学改革，实现交互式教学与资源的共享。在课程考试方面，采用口试答辩、小组讨论、随堂测试、开卷考试等多种方式。
④开展双语及全英语教学培养国际化人才
目前国内许多重点大学都在研究如何提高课程的国际化教学水平与国际化人才教学模式，尤其是西北工业大学已把基础课、专业基础课、专业课的双语以及全英语教学纳入学校的“十·三五”规划，特别是全英语教学，这已经成为院校课程国际化的一种发展趋势和迫切需要。近年来，西北工业大学通过从国外引进教师和选派教师出国留学等途径，极大地提高了教师教授双语及全英语课程的专业水平，已经开设了部分学科的本科双语及全英语教学。在该项目期内，计划实施《Advanced Carbon Nanomaterials》课程的全英语教学，对促进学校工科专业与国际水平接轨，提高学校高年级本科生使用英语学习专业课程的能力起到促进作用。
通过本科教育期间，对学生科研素质、科研能力的培养，及时发现具有一定科研潜质的好苗子，重点培养，探索全国优秀博士论文获得者的培养模式。
三 需要解决的教学问题
①教学模式改革
仅用“教与学”的教学模式已不能适应目前的人才培养。为此，本项目提出基于本科导师制，通过构建以“理论教学、实践环节和科学研究”为基本框架的材料专业本科教学模式，各个环节之间相互交叉、相互影响，一方面提高教学质量，另一方面培养学生的创新意识和创新能力。进一步理顺教学与科研的关系，利用科研带动教学，通过教学模式改革提高教学质量。
②教学方法比较单一
教学过程以学生为主体，寓学于研。采用传统板书教学和多媒体及网络MOOC、QQ共享屏幕、腾讯会议共享功能、Zoom会议功能、钉钉教学相结合的现代化教学模式，明确知识主线，突出教学重点，强调知识的实用性，提高学生的创新能力。在教学内容上突出时代特点，在教学方法上，加强实验实践环节，提倡探究式教学方法，努力提高大学生的创新意识和创新能力。
③教学手段需要多样化
在整合材料专业实验资源基础上，重点推进网络实验教学平台开发和数字技术、多媒体技术的应用。通过制作和完善多媒体教学课件、网络MOOC、QQ共享屏幕、腾讯会议共享功能、Zoom会议功能、钉钉等课堂辅助教学，优化理论教学内容与实践教学内容。
四 以学生为主体的教学改革思路与方法
针对目前学生创新意识较弱、创新能力不足的问题，利用材料科学与工程学院科研强院的特点，借助于材料科学与工程国家一级重点学科和凝固技术国家重点实验室的硬件条件和学术氛围，提出材料专业“创新性-研究型”本科教学模式的思路，其本质是充分发挥材料学院的研究特色，加强科研与教学的内在有机统一，开展基于科学研究的本科教育教学，而不仅是将本科教学仅停留在“教”与“学”的层面，还要注重“践”的部分。并从教学理念、教学内容及方法、实践环节及教学与科研的关系方面进行探索。具体思路如下。
①逐步建立本科导师制，或者授课老师对选课小班直接指导，为每位学生量身定做“学习-实践计划”，有利于其个性的发展和创新意识的形成。
②改革目前的教学方法与手段，积极开发多媒体课件、网络MOOC、QQ和微信等教学手段，继续开展双语教学实践，积极发展全英语教学途径。
③改革目前实验室的运行模式和教学内容，逐步实现开放式运行，能够让更多的学生亲自动手操作仪器设备，切实培养本科生的动手能力和创新实践能力。
④改革目前材料专业专业英语与双语和全英语教学计划，调高双语教学和全英语教学的比重，为专业国际化教学和培养国际化创新性人才打好基础。
借鉴国外教学模式，采用“教—学—践”模式，即课堂教学采取以学生为中心的教学方式，学生随时可以提出自己感兴趣的问题，“教与学”互动，教师除了提供参考书和最新的顶尖期刊上相关文章，还要指导学生在课外进一步自己动手实践，加强实验实践环节，有效地利用学校和学院的仪器设备，使得学生能够独立自主的完成相关教学计划。通过开设的课程《Advanced Carbon Nanomaterials》进行教学实践，除了课堂上的学习之外，也可以几个学生或者感兴趣的同学为实践对象，采取让学生在课后通过查阅相关文献资料，自己动手、动脑设计制造一些材料、以及进行一些焊接实验操作；这些同学可以实践为重点，课堂学习仅为普及相关知识背景，最后同样进行教学考核。这样使得学生不仅掌握了书本和资料上的知识，也锻炼了学生的实际动手能力，为将来的科研或者工作打下坚实的基础。驱使学生能够独立自主的思考问题、解决问题。
五 结语
采用“教―学―践”人才培养理念，提出材料专业“创新性-研究型”本科教学模式的改革思路。建立本科生导师制培养创新性人才教学模式、重实践教学模式改革。利用西工大材料科学与工程国家一级重点学科、凝固技术国家重点实验室、国家级材料实验教学示范中心和陕西省航空航天材料实验教学示范中心，以及“航宇材料技术科学”教育部一级科技创新平台、陕西省石墨烯新型炭材料及应用工程实验室和陕西省人才培养创新实验区的软硬件条件和学术氛围。通过改革教学方法，采用先进教学手段，重视和强化实践性教学，打通基础教学与科学研究的通道，引导学生进行创新性和研究性的教学内容，培养学生能够独立自主思考问题、解决问题的能力。
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