湯金柱

（長江師范學(xué)院，重慶 408100）

現(xiàn)今科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，新材料、新技術(shù)、新理論、新工藝不斷涌現(xiàn)，因此社會廣泛需求高質(zhì)量復(fù)合型工程人才，要求學(xué)生具備全面的基礎(chǔ)知識，較強的實踐能力、創(chuàng)新能力和終身學(xué)習(xí)意識。培養(yǎng)符合社會發(fā)展需求的工程質(zhì)量人才是高等教育的根本任務(wù)，而工程教育是連接社會需求和高等教育的直接紐帶，因此工程教育問題成為現(xiàn)代高等教育研究體系的重點內(nèi)容。

“材料物理性能”是長江師范學(xué)院材料科學(xué)與工程和材料化學(xué)專業(yè)必修的核心理論課程，開設(shè)對象為本科二年級學(xué)生，是一門理論基礎(chǔ)和工程實踐密切集合的課程，主要講解材料的電、磁、光、熱、彈性性能等物理性能產(chǎn)生的本質(zhì)原因和影響因素，是新功能材料研究領(lǐng)域的核心，是材料在航空航天、交通能源、信息通信、生物醫(yī)療、機器人等高新技術(shù)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用與發(fā)展的理論基礎(chǔ)。本課程為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、工程實踐以及將來從事功能材料的研究起到重要的理論指導(dǎo)作用。

“材料物理性能”內(nèi)容融合了材料學(xué)和物理學(xué)相關(guān)知識，具有理論性較強、概念抽象難懂、公式推導(dǎo)煩瑣、知識覆蓋面廣和各章節(jié)關(guān)聯(lián)性不強等特點，極易給學(xué)生造成枯燥乏味、煩瑣冗雜、晦澀難懂等負(fù)面學(xué)習(xí)印象，從而產(chǎn)生畏難和厭學(xué)情緒，直接影響教學(xué)的進(jìn)程和效果。本門課程理論知識抽象且繁雜，在教學(xué)過程中容易存在理論教學(xué)與工程應(yīng)用相脫節(jié)的問題，導(dǎo)致學(xué)生不了解實際應(yīng)用背景，缺乏工程意識和應(yīng)用理論知識解決實際問題的能力，導(dǎo)致學(xué)生容易存在“為什么學(xué)”“為誰學(xué)”“怎樣學(xué)”等系列問題。CDIO作為一種國際工程教育范式，被廣泛應(yīng)用于各個國家高校的工程教育改革中，取得了良好的效果，且較容易實現(xiàn)本土化改革，展現(xiàn)出多樣性、開放性、包容性和廣泛性，對中國工程教育改革具有借鑒意義，成為中國高等教育研究領(lǐng)域的熱點。目前關(guān)于CDIO教育理念的研究主要集中在教育模式、培養(yǎng)模式和專業(yè)體系等方面，針對很多專業(yè)和課程提出了較為詳細(xì)科學(xué)的理論分析和實施方案，取得了良好的教學(xué)效果?；诖耍筇剿鬟m合“材料物理性能”的教學(xué)方法，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

1 “材料物理性能”課程的特點及教學(xué)問題

“材料物理性能”作為材料學(xué)及相關(guān)專業(yè)本科生的重要基礎(chǔ)課程，主要講解材料的電、磁、光、熱、彈性性能等物理性能的本質(zhì)、影響因素和作用規(guī)律關(guān)系，不僅為后續(xù)學(xué)習(xí)、科研和工作提供必備理論基礎(chǔ)知識，而且在航空航天、交通能源、信息通信、生物醫(yī)療、機器人等高新技術(shù)和產(chǎn)業(yè)具有廣泛應(yīng)用背景，是一門理論基礎(chǔ)和工程實踐密切集合的課程[1]?！安牧衔锢硇阅堋敝v解了材料物理性能各個本質(zhì)參數(shù)的概念、內(nèi)涵和意義，闡述了材料的組成、結(jié)構(gòu)和性能間的關(guān)系，重點分析了物理性能作用原理、微觀機制、變化規(guī)律及測試和改進(jìn)方法，其存在理論性較強、概念較為抽象、公式推導(dǎo)相對煩瑣、章節(jié)知識關(guān)聯(lián)性不強等特點，給學(xué)生的學(xué)習(xí)造成一定的難度，容易讓學(xué)生感到學(xué)習(xí)方法單一、內(nèi)容枯燥乏味，普遍缺乏學(xué)習(xí)熱情，甚至產(chǎn)生畏難、厭學(xué)等心理。而傳統(tǒng)教學(xué)模式屬于以“教”為中心的“注入式”教學(xué)方式，學(xué)生被動接受知識，難以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動性和熱情，極易導(dǎo)致學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣。

2 工程教育概述

與科學(xué)教育和職業(yè)教育不同，工程教育是以工程需求為導(dǎo)向，實踐邏輯關(guān)系為本，培養(yǎng)能綜合運用經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、科學(xué)以及人文等多領(lǐng)域知識解決復(fù)雜工程問題的人才為目標(biāo)的教育體系，具有實踐性、綜合性、系統(tǒng)性和倫理性的獨特屬性?！耙詫W(xué)生為中心”“以成果為導(dǎo)向”“持續(xù)改進(jìn)”是工程教育的三大核心理念[2]?；诠こ探逃砟畹慕逃Ｊ捷^多，如CDIO工程教育模式、基于“學(xué)習(xí)產(chǎn)出”的教育模式、基于“企業(yè)需求導(dǎo)向”的工程教育模式、基于“工程問題導(dǎo)向”的工程教育模式和基于“體驗式導(dǎo)向”的工程教育模式等。盡管這些工程教育模式存在一定特征差異，但均重點突出工程實踐在教學(xué)過程中的重要性，重點培養(yǎng)學(xué)生的工程專業(yè)能力。在教學(xué)過程中，要求以學(xué)生為中心，尊重學(xué)生的需求和愛好，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力、想象力和能動性，自主設(shè)計教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，重點引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、思維方式、團(tuán)隊協(xié)作等能力的培養(yǎng)[3]。

3 工程教育背景下“材料物理性能”課程改革策略

3.1 基于社會需求，科學(xué)設(shè)定教學(xué)目標(biāo)

培養(yǎng)迎合社會發(fā)展需求的拔尖人才是高等教育人才培養(yǎng)的根本任務(wù)和使命。在設(shè)計教學(xué)目標(biāo)時，要以社會需求為導(dǎo)向，尤其是當(dāng)?shù)仄髽I(yè)發(fā)展需求人才，基于CDIO教育模式的核心內(nèi)容，注重工程實踐能力和專業(yè)知識的并重，突出培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實踐能力、自主學(xué)習(xí)能力、交流能力、團(tuán)隊協(xié)作能力、思辨能力等綜合素質(zhì)，實現(xiàn)理論知識體系、實踐能力體系和人際交往技能體系的有機結(jié)合，使學(xué)生具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度、良好的社會道德觀和職業(yè)責(zé)任感，擁有處理工程和科學(xué)研究問題的能力，形成終身學(xué)習(xí)的意識。

3.2 突出工程實踐能力培養(yǎng)，科學(xué)有效設(shè)計教學(xué)內(nèi)容

“材料物理性能”講述各種物理性能的原理和本質(zhì)，部分內(nèi)容較為抽象和晦澀，且章節(jié)內(nèi)容連貫性不強，在教學(xué)過程中如果一味地灌輸枯燥的理論知識，重理論知識輕工程實踐，不僅限制了學(xué)生多向思維的發(fā)展，而且極易導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生畏難厭學(xué)情緒。因此，緊跟科技發(fā)展前沿，充分考慮企業(yè)需求，尤其是地方特色、優(yōu)勢、急需產(chǎn)業(yè)，在教學(xué)過程中引入與理論知識相關(guān)的生產(chǎn)、工程和科研等實踐問題和過程，將理論與實踐相結(jié)合，以具體實例或項目驅(qū)動增強學(xué)生對抽象事物的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，提高學(xué)生運用理論分析和解決問題的能力，也有利于形成正確的學(xué)以致用、用以促學(xué)、學(xué)用相長的良性循化。例如，在理解熱容、熱導(dǎo)率和膨脹系數(shù)的定義、物理意義和本質(zhì)內(nèi)涵時，可以讓學(xué)生分析油汀和暖手寶對材料熱學(xué)性能的需求差異性，并基于熱學(xué)性能本質(zhì)和原理引導(dǎo)學(xué)生討論材料的發(fā)展方向。

教學(xué)內(nèi)容貼近行業(yè)，讓學(xué)生分析具體工程實踐過程對材料性能的需求，創(chuàng)造身臨其境的課堂氛圍，以增強學(xué)生對理論知識理解的深度和層次，從而培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力和工程實踐能力，并基于科學(xué)前沿，完善豐富課程教學(xué)的內(nèi)容和深度，以擴展學(xué)生視野，提高學(xué)生創(chuàng)新能力。如在講解磁滯回線時引入磁存儲材料的發(fā)展、研究現(xiàn)狀和主要問題，將枯燥的知識內(nèi)容與實際應(yīng)用相結(jié)合，啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。如在講解超導(dǎo)體的性能時，著重介紹超導(dǎo)體在能源、交通、電信等領(lǐng)域的應(yīng)用前景和存在的主要問題，引導(dǎo)學(xué)生梳理熱、力、電、磁等綜合知識；在講解熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率時，引導(dǎo)學(xué)生討論軸承機械部件的安裝和拆卸方法。

在教學(xué)過程中，作業(yè)的布置要多元化，可以要求學(xué)生針對章節(jié)內(nèi)容，模擬工程需求情景，并以“工程師”身份自主設(shè)計綜合實踐活動，讓學(xué)生在完整的工程實踐過程中提升工程意識和能力。

3.3 實施課堂教學(xué)方式改革，構(gòu)筑多元化教學(xué)模式和考核方案

CDIO教育模式要求明確工程背景需求，用實際需求展現(xiàn)知識的力量和作用，使學(xué)生學(xué)有所思、學(xué)有所得、學(xué)以致用。CDIO注重全過程教育，將理論知識和工程實踐引入教學(xué)過程中，實現(xiàn)了教師和學(xué)生的角色轉(zhuǎn)換，教師不再是單方向地灌輸知識，而是知識的引導(dǎo)者、項目實施的組織者、實踐效果的監(jiān)督者和疑難問題的提出者、解答者，學(xué)生以項目參與人員身份主動學(xué)習(xí)、查詢相關(guān)知識，實時討論定期匯報項目實施情況，以實際工程應(yīng)用加深對理論知識的認(rèn)識，真正提高其工程綜合素養(yǎng)。在教學(xué)過程中，應(yīng)采用互動式教學(xué)模式，綜合應(yīng)用問題式、啟發(fā)式、互動式、研討式、演示示范、微課、慕課等多種現(xiàn)代化教學(xué)方法，創(chuàng)建多樣化教學(xué)情景，使學(xué)生真正有深度地參與教學(xué)活動，以轉(zhuǎn)變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其產(chǎn)生主動的求知欲望和深入的學(xué)習(xí)愿望[4]。要促進(jìn)學(xué)生積極主動學(xué)習(xí)，必須堅持“考”與“學(xué)”相一致，充分發(fā)揮以考促學(xué)的功能。通過學(xué)生的平時表現(xiàn)、學(xué)習(xí)態(tài)度、項目實踐等多項評價指標(biāo)來綜合評價學(xué)生的知識、能力和素質(zhì)，注重全過程、多角度、開放式、動態(tài)地綜合性評價[5]。減少記憶性、書本化等淺層次知識考核比例，增加工程實踐問題和科研研究問題的考核比例，從而進(jìn)一步增強學(xué)生工程意識和思辨能力培養(yǎng)，鍛煉學(xué)生運用理論知識解決實際問題的能力。多元化教學(xué)方法和全過程考核方式不僅可以兼顧學(xué)生的個體差異和個性化發(fā)展，多角度全方位激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，還可以引導(dǎo)學(xué)生注重學(xué)習(xí)過程，提高學(xué)生的工程認(rèn)知和解決復(fù)雜問題的能力。

為充分發(fā)揮學(xué)生課堂主人翁意識，進(jìn)一步調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，并培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和運用知識解決問題的能力，將試卷20%主觀考核內(nèi)容由學(xué)生參與出題。教師根據(jù)學(xué)生出題內(nèi)容和提供的參考答案，篩選出2道試題作為試卷考核內(nèi)容，并在試題下方標(biāo)注“該題由XXX同學(xué)提供”，以鼓勵學(xué)生參與課堂教學(xué)，讓學(xué)生充分體驗出題的成就感和榮譽感。這一方法也可以讓學(xué)生實現(xiàn)角色互換，從出題人角度體驗知識考查的要求和細(xì)節(jié)，有利于學(xué)生掌握出題思路和風(fēng)格，提高知識認(rèn)知水平。同時任課教師可以從學(xué)生的出題類型、方向和難度等方面綜合評判學(xué)生對知識掌握的水準(zhǔn)和重點問題的把握情況，有利于把控試卷難易程度和重點考核方向。

3.4 構(gòu)建多維評價機制，持續(xù)改進(jìn)實施方案

在多年傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響下，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中形成了以成績?yōu)閷?dǎo)向的錯誤認(rèn)知，形成了一種“課程怎么考，學(xué)生就怎么學(xué)”的錯誤思維。傳統(tǒng)的課程考核過于簡單，僅以一張試卷簡單判定學(xué)生課程成績本身就具有一定的局限性，難以全面考核學(xué)生的創(chuàng)新與實踐能力，不利于培養(yǎng)和提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，且極易導(dǎo)致平時不聽講、不參與教學(xué)互動、只學(xué)考試重點的錯誤行為習(xí)慣，甚至出現(xiàn)臨時突擊、考試作弊等陋習(xí)。CDIO教育模式強調(diào)通過“項目”形式考察學(xué)生溝通表達(dá)能力、自主學(xué)習(xí)能力、組織能力和實踐能力，以動態(tài)的形式從全過程和綜合性評價學(xué)生的知識掌握情況、綜合素質(zhì)和能力。依據(jù)CDIO教育模式，從考核內(nèi)容和考核方式2個方面，建立現(xiàn)代化全方位課堂教學(xué)質(zhì)量評價機制、跟蹤機制和持續(xù)改進(jìn)機制，分析并確定教學(xué)改革的效果、效率及存在的問題，找出課堂教學(xué)薄弱環(huán)節(jié)，提出具體的問題及針對性的改進(jìn)措施[6]。在構(gòu)建多維評價機制過程中，要充分發(fā)揮教師、輔導(dǎo)員、學(xué)生、用人單位、校友及其他利益相關(guān)者的反饋信息，并有效利用學(xué)生學(xué)習(xí)效果反饋機制，及時修正培養(yǎng)目標(biāo)，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、進(jìn)度安排、方法、考核內(nèi)容和形式，保證課程教育朝向工程教育方向發(fā)展和教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)提升。

4 結(jié)束語

將工程教育應(yīng)用于“材料物理性能”課程教學(xué)中不僅是一種教學(xué)形式的變化，更是教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)、教育觀念的變革。目的在于基于工程應(yīng)用背景建立明確的培養(yǎng)目標(biāo)，通過項目、設(shè)計和訓(xùn)練等多元化教學(xué)鍛煉學(xué)生的工程意識、實踐能力和綜合素質(zhì)，形成明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，為培養(yǎng)高水平應(yīng)用型人才及今后的實際工作打下良好基礎(chǔ)。在教學(xué)過程中，強調(diào)以學(xué)生為中心，以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，注重學(xué)生實踐能力和專業(yè)素質(zhì)的提高，從而實現(xiàn)對傳統(tǒng)教學(xué)“以教師中心”“以書本中心”的超越。