（同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 上海 201804）

在人類發(fā)展的歷史長(zhǎng)河中，材料起著舉足輕重的作用，是人類社會(huì)文明進(jìn)程的里程碑。幾乎所有的高校都具有材料學(xué)專業(yè)或材料科學(xué)與工學(xué)科專業(yè)。材料是人類社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，有著自己博大精深的科學(xué)問(wèn)題，同時(shí)又腳踏實(shí)地，給各行業(yè)以支撐，是一個(gè)頂天立地的學(xué)科，毫不夸張的說(shuō)，沒(méi)有材料的發(fā)展，各行各業(yè)的高科技的發(fā)展很難成為現(xiàn)實(shí)。然而，由于近年來(lái)片面的追求高質(zhì)量的論文，高校的人才引進(jìn)大多引進(jìn)的是具有很好基礎(chǔ)研究背景和高被引論文的青年才俊，雖然各工科學(xué)校都在進(jìn)行專業(yè)的工程論證，但往往流于形式，存在工科院?！安还た啤钡默F(xiàn)象：工科課程老師缺乏工程實(shí)踐背景、經(jīng)驗(yàn)和基本素養(yǎng)，工程課程課堂上照本宣科；目前的本科生大多是家中的獨(dú)生子女，連基本的生活常識(shí)都缺乏，更不要說(shuō)工程的基本概念與知識(shí)了。

工程教學(xué)是高校工科類專業(yè)完成知識(shí)傳授和技能培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對(duì)本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)及畢業(yè)要求對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的要求，如何培養(yǎng)學(xué)生分析、解決本專業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，使學(xué)生未來(lái)成為具有創(chuàng)新能力的人才，已成為本專業(yè)人才培養(yǎng)必須深入思考的問(wèn)題。本文基于作者所授課程《材料工程基礎(chǔ)》，研究其工程課程的教學(xué)方法，探索提升工程教育質(zhì)量的有效途徑。

1 思政元素的必要性

2016年12月7日，習(xí)近平總書(shū)記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上發(fā)表重要講話，對(duì)我國(guó)高等教育發(fā)展方向提出了“四個(gè)服務(wù)”明確要求，即為人民服務(wù)，為中國(guó)共產(chǎn)黨治國(guó)理政服務(wù)，為鞏固和發(fā)展中國(guó)特色社會(huì)主義制度服務(wù)，為改革開(kāi)放和社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)。黨的十九大以來(lái)，聚焦實(shí)現(xiàn)全員全過(guò)程全方位育人，教育部啟動(dòng)“三全育人”綜合改革試點(diǎn)，同濟(jì)大學(xué)作為首批十所“三全育人”綜合改革試點(diǎn)高校之一，高度重視“三全育人”綜合改革，課堂作為教育的主陣地，理所當(dāng)然地肩負(fù)著育人的重要責(zé)任，為實(shí)現(xiàn)國(guó)家富強(qiáng)、民族振興，培育社會(huì)主義事業(yè)的建設(shè)者與接班人?！恫牧瞎こ袒A(chǔ)》是一門(mén)操作性和實(shí)用性都比較強(qiáng)的材料科學(xué)與工程及其相關(guān)專業(yè)的主干課程，涉及多個(gè)單元操作，理論和實(shí)踐能緊密聯(lián)系到一起。課堂授課過(guò)程中更容易挖掘思政元素，傳播社會(huì)主義核心價(jià)值觀，把先進(jìn)的思想和理念傳達(dá)給學(xué)生，修身正己，立德樹(shù)人。

2 深刻理解科學(xué)與工程的區(qū)別與聯(lián)系

科學(xué)是指發(fā)現(xiàn)、積累并公認(rèn)的普遍真理或普遍定理的運(yùn)用，已系統(tǒng)化和公式化了的知識(shí)。科學(xué)是對(duì)自然界客觀規(guī)律的探索，科學(xué)的任務(wù)是要有所發(fā)現(xiàn)，從而增加人們的知識(shí)和精神財(cái)富，科學(xué)知識(shí)的基本形式是科學(xué)概念、科學(xué)假說(shuō)和科學(xué)定律，科學(xué)有六大特性，即真理性、系統(tǒng)性、預(yù)見(jiàn)性、發(fā)展性、統(tǒng)一性和實(shí)用性。

工程是利用科學(xué)知識(shí)、方法和手段來(lái)改造自然，是實(shí)際的改造世界的物質(zhì)實(shí)踐活動(dòng)和建造實(shí)施過(guò)程。通過(guò)這一應(yīng)用，讓自然為人類服務(wù)。工程同樣具備六大特性，即科學(xué)性、功利性、經(jīng)濟(jì)性、創(chuàng)造性、發(fā)展性和審美性。

科學(xué)與工程兩者都是以科學(xué)技術(shù)為內(nèi)核運(yùn)行的，即以數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)三者結(jié)合形成的技術(shù)理論來(lái)支持運(yùn)行，但科學(xué)注重理論研究和未來(lái)發(fā)展研究，工程則注重于實(shí)施過(guò)程的具體工藝手段和管理方法。

3 牢牢抓住《材料工程基礎(chǔ)》的基本問(wèn)題

材料工程基礎(chǔ)是材料科學(xué)與工程專業(yè)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課程，使學(xué)生掌握和了解材料生產(chǎn)過(guò)程所涉及的相關(guān)工程問(wèn)題。材料的生產(chǎn)一般包括兩大類基本步驟，一是原材料的生產(chǎn)，二是加工成型。原材料生產(chǎn)時(shí)各種材料制備特異性化學(xué)反應(yīng)過(guò)程在化學(xué)反應(yīng)工程中論述，各種材料的二次加工，主要在各種材料的成型加工工藝中論述，如塑料的成型工藝、無(wú)機(jī)材料的成型工藝等。《材料工程基礎(chǔ)》主要任務(wù)是介紹原材料制備過(guò)程中普遍存在的一些物理操作原理、計(jì)算和有關(guān)設(shè)備的選型以及研究方法。

《材料工程基礎(chǔ)》教學(xué)，其目的是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題和解決材料工程問(wèn)題的能力。教學(xué)內(nèi)容分為三個(gè)部分：流體力學(xué)、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞，不論哪一部分內(nèi)容，作為工程基礎(chǔ)課程，關(guān)鍵解決以下幾個(gè)問(wèn)題：過(guò)程進(jìn)行的物理原理、速率（=動(dòng)力/阻力）、過(guò)程完成所需設(shè)備、強(qiáng)化或削弱過(guò)程的調(diào)節(jié)和經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題。各章節(jié)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1：流體力學(xué)、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞類比

4 工程問(wèn)題的研究方法

實(shí)際工程問(wèn)題是一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題，涉及的變量很多，如何建立科學(xué)的分析解決工程問(wèn)題的方法論，是教學(xué)的重點(diǎn)?！恫牧瞎こ袒A(chǔ)》教學(xué)中的一個(gè)基本方法，就是建立理想（簡(jiǎn)單）狀態(tài)模型，在進(jìn)一步擴(kuò)展到復(fù)雜狀態(tài)。在流體力學(xué)中，首先是無(wú)黏性流體狀態(tài)方程，在擴(kuò)展到有黏性流體，普朗特提出的速度邊界層理論，成功地解決了黏滯性流體的某些流動(dòng)問(wèn)題；在對(duì)流傳熱中，也是類似引入熱邊界層曾的概念解決對(duì)流傳熱問(wèn)題；傳質(zhì)過(guò)程的吸收問(wèn)題關(guān)于兩相間的物質(zhì)傳遞機(jī)理應(yīng)用最為廣泛地還是較早提出的“雙膜理論”。

5 優(yōu)化材料工程基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)的相關(guān)內(nèi)容

傳統(tǒng)材料工程基礎(chǔ)教學(xué)忽略對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，沒(méi)有足夠的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，這就需要在教學(xué)改革過(guò)程中，積極配置實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容、探索實(shí)踐教學(xué)的方法，采用將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相互結(jié)合的方式，給學(xué)生創(chuàng)造更多理論聯(lián)系實(shí)際的機(jī)會(huì)和學(xué)習(xí)創(chuàng)造空間，一方面使學(xué)生加深對(duì)相關(guān)理論課程的理解，培育學(xué)生正確的問(wèn)題解決能力，另一方面也讓學(xué)生更好地將所學(xué)理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為個(gè)人的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)效率，增強(qiáng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

在優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的相關(guān)內(nèi)容過(guò)程中，可以采用將企業(yè)與材料工程基礎(chǔ)實(shí)踐操作有關(guān)的知識(shí)內(nèi)容引入到課堂中，也可以采用虛擬仿真的辦法，并讓學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)相關(guān)技術(shù)和給學(xué)生營(yíng)造真實(shí)生產(chǎn)環(huán)境等方式，培育學(xué)生工程觀念、實(shí)踐技能和動(dòng)手能力，在實(shí)踐性教學(xué)和實(shí)踐的過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主創(chuàng)新，積極模擬與材料工程基礎(chǔ)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，可以帶領(lǐng)學(xué)生到相關(guān)企業(yè)工廠進(jìn)行針對(duì)性的實(shí)習(xí)，提升學(xué)生的認(rèn)知能力，達(dá)到優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)目標(biāo)。另外，在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐技能過(guò)程中，也可以采用建立長(zhǎng)期教學(xué)實(shí)踐基地方式，使學(xué)生直接參與實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，學(xué)以致用。

6 線下與線上混合式教學(xué)相結(jié)合

為應(yīng)對(duì)突如其來(lái)的疫情，各高校響應(yīng)“停課不停教，停課不停學(xué)”的號(hào)召，紛紛推出以線上教學(xué)為主的教學(xué)模式，這對(duì)傳統(tǒng)的面授為主教學(xué)無(wú)疑是一個(gè)很好的補(bǔ)充，隨著各種新技術(shù)的日新月異，如智慧教室的使用為教育工作者的教學(xué)方式提供了更多的可能。后疫情時(shí)代，教師們也與時(shí)俱進(jìn)，很快接受了角色的轉(zhuǎn)變，接受新事物，實(shí)現(xiàn)了教與學(xué)盡可能多元化，做到線上與線上教學(xué)混合教學(xué)，相輔相成。首先，傳統(tǒng)的線下教學(xué)有著線上教學(xué)不可替代的優(yōu)越性，教師與學(xué)生可以面對(duì)面交流學(xué)習(xí)，學(xué)生與教師的互動(dòng)性更強(qiáng)，教師可以根據(jù)學(xué)生的反應(yīng)及時(shí)調(diào)整講課內(nèi)容語(yǔ)授課進(jìn)度，在課堂上靈活教學(xué)，教學(xué)模式相對(duì)多樣。線下教學(xué)也有其局限，如受地域和時(shí)間限制。線下教學(xué)必須有穩(wěn)定的教學(xué)地點(diǎn)，線下教學(xué)教師和學(xué)生必須在同一時(shí)間參與進(jìn)教學(xué)課堂，因此，線下教育成本高。線上教學(xué)可以利用互聯(lián)網(wǎng)多樣化教育資源，學(xué)生可以隨時(shí)隨地可開(kāi)始學(xué)習(xí)，不受時(shí)間地點(diǎn)限制，學(xué)生還可以根據(jù)自身能力進(jìn)行學(xué)習(xí)內(nèi)容的調(diào)整，隨時(shí)隨地接受最新的知識(shí)信息。缺點(diǎn)是由于是線上，教師難以與學(xué)生更好的溝通。教學(xué)模式單一。只能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)給學(xué)生，互動(dòng)性不強(qiáng)。因此可以同時(shí)利用線下線上優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行混合教學(xué)，材料工程基礎(chǔ)課程教師可以在線下教學(xué)，與學(xué)生互動(dòng)，及時(shí)了解學(xué)生狀態(tài)，同時(shí)利用智慧教室，開(kāi)展卓有成效的教學(xué)。同時(shí)可以利用zoom、微信、騰訊等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)，而且還可以將一個(gè)個(gè)知識(shí)點(diǎn)以慕課形式拍攝，放到網(wǎng)上供學(xué)生去觀看，供學(xué)生課后復(fù)習(xí)，易于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。除了上述比較寬泛的應(yīng)用技術(shù)外，還有一些針對(duì)于的材料工程基礎(chǔ)的教學(xué)的軟件，進(jìn)行材料模擬流程、虛擬仿真等，充分利用這些軟件，將抽象的東西具體化、實(shí)質(zhì)化，提高課堂的效果，易于學(xué)生更好的理解。

綜上所述，“材料工程基礎(chǔ)”的工程教學(xué)，首先要明確教學(xué)的根本目的，其次要抓住課程的三個(gè)方面的問(wèn)題：一是工程教學(xué)與傳統(tǒng)經(jīng)典課程教學(xué)的區(qū)別于聯(lián)系；二是要抓住實(shí)際工程問(wèn)題要解決的基本問(wèn)題；三是要學(xué)會(huì)如何簡(jiǎn)化的工程問(wèn)題，再?gòu)暮?jiǎn)化的工程問(wèn)題擴(kuò)展到現(xiàn)實(shí)的工程問(wèn)題，解決實(shí)際工程問(wèn)題。最后，還要利用現(xiàn)代教學(xué)手段，充分發(fā)揮好現(xiàn)代科技的優(yōu)勢(shì)，最大程度的實(shí)現(xiàn)效果。