蔣 燦，張?jiān)骑w，吳艷光，鄢國(guó)平，李 亮

(武漢工程大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430205)

“工業(yè)4.0”是德國(guó)于2013年提出的一個(gè)高科技戰(zhàn)略計(jì)劃，是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，其核心在于信息化、智能化的制造技術(shù)，其基礎(chǔ)在于材料科學(xué)與信息技術(shù)的融合與變革[1]。該技術(shù)革命正在全世界范圍內(nèi)發(fā)生翻天覆地變化[2-3]。面對(duì)德國(guó)的“工業(yè)4.0”，我國(guó)提出“中國(guó)制造2025”，這一計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)，離不開培養(yǎng)具有國(guó)際視野的材料科學(xué)新技術(shù)人才[4]。

目前，國(guó)內(nèi)眾多的材料類專業(yè)是在傳統(tǒng)的材料學(xué)科基礎(chǔ)上建設(shè)而來，在以智能制造為核心的材料學(xué)科(即增材制造)建設(shè)方面較為滯后[5]。清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、大連理工大學(xué)、華中科技大學(xué)、杭州電子科技大學(xué)、華南理工大學(xué)等在該領(lǐng)域取得了一系列研究成果，同時(shí)也培養(yǎng)了一批專門性新技術(shù)研究型人才。面對(duì)快速發(fā)展的增材制造技術(shù)，培養(yǎng)專門性研究型人才遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，急需在本科教育中培養(yǎng)大批具有國(guó)際視野的復(fù)合型、應(yīng)用型人才[6]。目前，國(guó)內(nèi)高校材料學(xué)科本科教育在增材制造課程建設(shè)上僅僅停留在通識(shí)階段，遠(yuǎn)未形成系統(tǒng)的課程體系[7]。

材料化學(xué)專業(yè)是材料學(xué)科新興專業(yè)，融合傳統(tǒng)材料科學(xué)與新技術(shù)的新興學(xué)科。我校英語+材料化學(xué)專業(yè)在本科四年級(jí)的實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)中，探索以“材料化學(xué)合成-材料減材制造-模型設(shè)計(jì)-材料增材制造-性能檢測(cè)”為思路，結(jié)合傳統(tǒng)材料學(xué)科知識(shí)體系與智能制造新技術(shù)的教學(xué)模式，培養(yǎng)具有國(guó)際視野的材料科學(xué)新技術(shù)復(fù)合型、應(yīng)用型人才，以適應(yīng)未來智能制造技術(shù)對(duì)世界帶來的變革。該實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)與探索是材料學(xué)科的發(fā)展方向，在國(guó)內(nèi)眾多材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)中具有開創(chuàng)性意義。

1 英語+材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)與探索

我校英語+材料化學(xué)專業(yè)于2014年開始招生，最早一批學(xué)生現(xiàn)已進(jìn)入本科四年級(jí)。經(jīng)過前三年的材料化學(xué)專業(yè)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已初步掌握材料化學(xué)合成、材料加工的相關(guān)知識(shí)。根據(jù)培養(yǎng)方案設(shè)置，英語+材料化學(xué)學(xué)生將在大四上學(xué)期進(jìn)行材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，旨在鞏固其所學(xué)專業(yè)知識(shí)，加深對(duì)本專業(yè)的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)其動(dòng)手能力和實(shí)踐能力，培養(yǎng)專業(yè)素養(yǎng)。不同于材料化學(xué)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置，英語+材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程更加側(cè)重于學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在“工業(yè)4.0”背景下，除注重講授傳統(tǒng)材料化學(xué)知識(shí)體系以外，結(jié)合新興的智能制造技術(shù)，使學(xué)生全方位發(fā)展。因此，該專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)和探索，是將英語+材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)成為具有國(guó)際視野的新技術(shù)復(fù)合型、應(yīng)用型人才的重要環(huán)節(jié)，是到達(dá)培養(yǎng)目標(biāo)的重要途徑。在2017-2018學(xué)年，我們已初步完成了英語+材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)條件和教學(xué)內(nèi)容等建設(shè)工作，形成了以“材料化學(xué)合成-材料減材制造-模型設(shè)計(jì)-材料增材制造-性能檢測(cè)”等單元組成的創(chuàng)新性教學(xué)思路，完善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件。根據(jù)學(xué)生對(duì)該課程學(xué)習(xí)的反映情況，我們對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化，部分內(nèi)容刪減和增添。對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行了分析和討論，總結(jié)出實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的問題，為今后該課程的完善奠定了基礎(chǔ)。經(jīng)過分析，我們發(fā)現(xiàn)通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)已學(xué)習(xí)過的學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)有了更為全面的了解，對(duì)學(xué)科發(fā)展有了更深刻的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，學(xué)生們更能主動(dòng)地去解決學(xué)習(xí)中所遇到的困難，獨(dú)立思考能力得到了極大的提高。

2 專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)對(duì)學(xué)生協(xié)作、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的促進(jìn)

由于在專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容中，我們?cè)黾恿艘酝n程中沒有的部分—“增材制造”內(nèi)容。該教學(xué)內(nèi)容對(duì)于拓展學(xué)生視野，豐富學(xué)生想象力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神有極大的促進(jìn)作用。該部分內(nèi)容利用工程教育實(shí)訓(xùn)中心3D打印設(shè)備，為學(xué)生們提供了一個(gè)相互交流和合作的發(fā)展平臺(tái)。在課程的教學(xué)過程當(dāng)中，許多任務(wù)學(xué)生們需要合作完成，比如3D打印建模、材料加工設(shè)備的操作，這些過程使得學(xué)生的協(xié)作能力得到了鍛煉。此外，在該課程的教學(xué)過程中，讓學(xué)生深入探討了該技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，引導(dǎo)和幫助學(xué)生開展創(chuàng)新研究，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維有極大的幫助。而且，筆者分析了學(xué)生們難于創(chuàng)新、不敢嘗試的原因，總結(jié)出激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神的因素，并在其它課程的教學(xué)過程中，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新精神有針對(duì)性的進(jìn)行引導(dǎo)和培養(yǎng)。比如，在無機(jī)化學(xué)理論課程和實(shí)驗(yàn)課程中，糾正課本知識(shí)即是真理的固有觀念，鼓勵(lì)學(xué)生采取質(zhì)疑的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，多讓學(xué)生談自己的理解和見解，以溝通和討論的教學(xué)方式為主。這些方法也為今后該實(shí)驗(yàn)課程及其它課程培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力提供了很好的借鑒。

3 專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)在英語+材料化學(xué)教學(xué)實(shí)踐改革中的應(yīng)用以及提高學(xué)生實(shí)踐能力

教學(xué)實(shí)踐課程是材料化學(xué)專業(yè)必不可少的培養(yǎng)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力，動(dòng)手能力，培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重要組成部分。英語+材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程是基于材料化學(xué)合成、材料加工、材料測(cè)試等專業(yè)基礎(chǔ)課程上，結(jié)合了新興的增材制造技術(shù)。然而，關(guān)于此技術(shù)內(nèi)容的課程，在以往的專業(yè)基礎(chǔ)課程中均未涉及到。因此，該專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程對(duì)現(xiàn)有專業(yè)課程內(nèi)容的改革提出了要求。比如，我們?cè)凇陡叻肿踊瘜W(xué)》課程中，引入聚乳酸材料的合成等內(nèi)容；在《材料化學(xué)》以及 《材料測(cè)試分析方法》中需強(qiáng)調(diào)材料熱性能、流變性能和力學(xué)性能等內(nèi)容；尤其是，對(duì)于《材料加工工藝學(xué)》這一門課提出了增添智能制造內(nèi)容的要求。此外，在材料化學(xué)專業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)踐課程中，與增材制造相關(guān)企業(yè)合作開展科學(xué)研究，并與相關(guān)3D打印技術(shù)企業(yè)建立實(shí)習(xí)基地等，為學(xué)生對(duì)該領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和實(shí)踐提供了良好的發(fā)展平臺(tái)。使學(xué)生全面了解和掌握材料學(xué)科知識(shí)體系、材料產(chǎn)業(yè)上中下游基本生產(chǎn)模式，以及智能制造相關(guān)知識(shí)。

4 專業(yè)課程建設(shè)成果及經(jīng)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)課程材料化學(xué)課堂教學(xué)改革中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的大學(xué)課堂教學(xué)主要以教師板書或多媒體教學(xué)為主，所講內(nèi)容多是以書本知識(shí)或結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)灌輸式的教學(xué)。當(dāng)代的大學(xué)生從九年義務(wù)教育到三年高中，再到大學(xué)，這種灌輸式的教學(xué)方式已經(jīng)使得學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)感到疲憊甚至厭卷。因而，針對(duì)這一問題許多學(xué)校進(jìn)行了大量的教學(xué)改革，但收效甚微。學(xué)生對(duì)具體詳細(xì)的知識(shí)或者實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)更有興趣，更具主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情。增材制造技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用為解決這一問題帶來了契機(jī)。增材制造技術(shù)的應(yīng)用可將教學(xué)過程中抽象知識(shí)和問題以直觀的方式顯現(xiàn)出來，或者讓學(xué)生通過應(yīng)用智能制造探索問題本源，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣。因此，智能制造技術(shù)在英語+材料化學(xué)課堂教學(xué)中運(yùn)用是非常有必要的。

5 結(jié)束語

在英語+材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)的課程建設(shè)中，構(gòu)建傳統(tǒng)材料化學(xué)基礎(chǔ)理論與智能制造技術(shù)相結(jié)合的知識(shí)體系，對(duì)于提高學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作能力和綜合素質(zhì)，提高學(xué)生的科研能力、就業(yè)能力，并培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力等方面，提供了嶄新的教學(xué)思路。這一教學(xué)方法，不僅使學(xué)生具有產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計(jì)、技術(shù)改造乃至市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)、管理等多方面的能力，而且讓學(xué)生在學(xué)校所學(xué)的知識(shí)與社會(huì)需求完美銜接，使得學(xué)生綜合素質(zhì)明顯提高，培養(yǎng)出緊跟社會(huì)發(fā)展潮流的創(chuàng)新型人才。