工程教育背景下材料物理性能課程改革
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摘要：為了能夠培養(yǎng)高水平應(yīng)用型工程拔尖人才，材料物理性能的教學(xué)必須符合工程教育的需要，對材料物理性能的教學(xué)改革是十分必要而迫切的。只有通過創(chuàng)新教學(xué)理念和教學(xué)內(nèi)容，才能促進(jìn)學(xué)科的工程教育發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生在工程技術(shù)領(lǐng)域的長足發(fā)展與進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：材料物理性能；工程教育；改革
一工程教育理念
近幾年來，“工程教育”理念是國內(nèi)外高等教育中的一個(gè)重要理念。這一理念強(qiáng)調(diào)高等院校在開展理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，積極重視對學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，從而使學(xué)生具備熟練的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。目前，國內(nèi)外諸多高等院校已爭先恐后的投身到工程教育專業(yè)認(rèn)證。這項(xiàng)認(rèn)證常被看作為應(yīng)用型本科院校高等教育質(zhì)量保證的基礎(chǔ)活動(dòng)。[1]我國從2007年開始了工程教育專業(yè)認(rèn)證的試點(diǎn)工作。到2009年，我國工程教育專業(yè)認(rèn)證已經(jīng)開始進(jìn)入普及推廣階段，這也為我國高等工程教育提供了一個(gè)新的發(fā)展良機(jī)。僅僅過了一年，我國就制訂了鼓勵(lì)高校進(jìn)行工程教育的“卓越工程師”計(jì)劃。該計(jì)劃要求高等院校在2010年~2020年十年間培養(yǎng)出大規(guī)模的高質(zhì)量的專業(yè)拔尖工程技術(shù)人才，從而為國家的現(xiàn)代化建設(shè)和“大眾創(chuàng)業(yè)萬眾創(chuàng)新”增添活力。而這項(xiàng)計(jì)劃的實(shí)施當(dāng)然也離不開教育理念的創(chuàng)新和課程教育的改革。
二材料物理性能課程的現(xiàn)狀分析與思考
材料物理性能課程是材料科學(xué)與工程大類專業(yè)全體學(xué)生所必須要學(xué)習(xí)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。這門課程的教學(xué)效果將在很大程度上決定學(xué)生今后能否學(xué)號(hào)其它課程的專業(yè)教育，因此這門課程在整個(gè)材料大類專業(yè)的人才培養(yǎng)中占據(jù)著舉足輕重的地位。但是，這門課程以前的教學(xué)大多偏向理論化教學(xué)，所講授的課程內(nèi)容較為陳舊，不太適應(yīng)現(xiàn)在材料學(xué)的發(fā)展。而新型的功能材料、復(fù)合材料和納米材料等高性能、多功能為主的發(fā)展趨勢,也對材料物理性能的課程教學(xué)提出了更高的要求。[2]因此，目前材料物理性能的教育存在著諸多不足，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：
（一）課程教學(xué)缺乏對學(xué)生工程意識(shí)培養(yǎng)
《材料物理性能》是利用物理學(xué)原理來講授材料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。目前這門課程在教學(xué)上往往更注重加強(qiáng)學(xué)生對物理性能的理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，而忽略了具備獨(dú)特物理性能的材料在工程中的實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)，材料的性能與材料的制備工藝密切相關(guān)，不同的制備工藝會(huì)帶來不同的材料產(chǎn)品性能。而本課程傳統(tǒng)教材均未對材料的制備工藝進(jìn)行闡述，因此也讓學(xué)生對材料的某些具體性能感到困惑。除此之外，材料在應(yīng)用到各種不同的場景中可能出現(xiàn)的物理性能的改變和防范措施也不盡相同。而本課程的傳統(tǒng)教學(xué)中也較少考慮到材料在使用過程可能出現(xiàn)的性能衰變，也使得學(xué)生在主觀上產(chǎn)生材料的性能在使用過程中一成不變的錯(cuò)誤思想。
（二）課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容未構(gòu)成工程應(yīng)用能力訓(xùn)練體系
目前，材料物理性能的實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要偏重于理論化和演示性實(shí)驗(yàn)，如金屬材料的熱膨脹系數(shù)的測定、材料的磁滯回線的測定等。這些實(shí)驗(yàn)在對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的工程應(yīng)用拓展上略顯不足，限制了學(xué)生的創(chuàng)新思維和對學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，因此這些實(shí)驗(yàn)的開展不能對學(xué)生帶來濃厚的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也脫離了實(shí)際工程情況，不利于培養(yǎng)工程實(shí)踐人才。同時(shí)由于材料物理性能是面向材料大類專業(yè)所開設(shè)的課程，學(xué)科較多，這也給高校在開展這門課程的實(shí)踐教學(xué)上添加了一定的難度?，F(xiàn)在，較多高校會(huì)以各自的強(qiáng)勢材料學(xué)科中的實(shí)驗(yàn)為例，來開展材料物理性能的實(shí)踐教學(xué)。一方面，這不利于學(xué)生對本專業(yè)相關(guān)材料性能的掌握，另一方面也顯然不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。同時(shí)，目前國內(nèi)也還沒有出版有關(guān)材料物理性能實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)的輔導(dǎo)書或教材。所以針對這門課程開設(shè)有借鑒意義的實(shí)驗(yàn)課在操作上是有一定難度的。因此，為了使學(xué)生能夠做到自己設(shè)計(jì)、自我探索，加強(qiáng)學(xué)生對各知識(shí)點(diǎn)的交會(huì)貫通，更好地將所學(xué)到的材料物理性能專業(yè)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際工程實(shí)踐中去，材料物理性能這門課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)也有較大的創(chuàng)新改革的空間。
為了適應(yīng)材料大類專業(yè)的人才培養(yǎng)以及專業(yè)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革的需求，滿足新世界國家對材料專業(yè)人才的需求，并與“卓越工程師”計(jì)劃要求相一致，對材料物理性能的改革就必須能夠體現(xiàn)工程教育的理念，以滿足我國目前對工程人才的急切要求。
（一）專業(yè)教師的工程教育理念改革
學(xué)生的專業(yè)知識(shí)大多是在教師的引導(dǎo)下獲得的，教師在整個(gè)課程建設(shè)體系中占有舉足輕重的作用。因此，配備具有工程化實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的教師對增強(qiáng)材料物理性能這門課程的工程化教育水平十分重要。而目前從事材料物理性能教育的教師大多是直接來自于基礎(chǔ)研究擅長的高等院校的博士生。這些教師大多缺少與材料物理性能相關(guān)的工業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，很難在教學(xué)過程中將材料物理性能與材料的工程應(yīng)用緊密結(jié)合起來。因此，應(yīng)用型本科院校需要進(jìn)一步加大力度以培養(yǎng)出具有優(yōu)異工程經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)教師。為了做好這項(xiàng)工作，高等院?？梢詫⒃谛５那嗄杲處煉炻毜较鄳?yīng)的企業(yè)。讓青年教師在企業(yè)中培養(yǎng)一段時(shí)間，使其獲得進(jìn)行材料物理性能工程化教學(xué)的必要工程實(shí)踐知識(shí)。除此之外，高等院校也可以邀請企業(yè)中具有大量工程經(jīng)驗(yàn)的專家來到學(xué)生課堂，向?qū)W生講述材料性能在使用過程中的考量。甚至，高等院校也可以把學(xué)生的課堂直接搬到企業(yè)去，讓學(xué)生能夠與企業(yè)的工程師直接交流，直觀的學(xué)習(xí)到相關(guān)的工程基礎(chǔ)知識(shí)，促進(jìn)學(xué)生的綜合發(fā)展。同時(shí)，也可以邀請部分有威望的企業(yè)工程師與高校教師一起合作，來對材料物理性能的課程教學(xué)大綱進(jìn)行修訂，使這門課程在理論教學(xué)上關(guān)注到材料的工程實(shí)踐，以極大的促進(jìn)學(xué)生的均衡發(fā)展。
（二）材料物理性能課程教學(xué)內(nèi)容改革
材料物理性能課程的傳統(tǒng)教學(xué)主要利用物理原理解釋材料物理性能的產(chǎn)生原因及如何預(yù)判材料物理性能的改變趨勢。而這樣的材料性能可以運(yùn)用到哪些領(lǐng)域，以及在這些領(lǐng)域中使用時(shí)材料的物理性能會(huì)如何改變均沒有提及。如講述材料對光的吸收時(shí)，一般只講授材料對光的選擇性吸收，很少講述材料對光的選擇性吸收在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中的價(jià)值，所以學(xué)生很難將這部分內(nèi)容與工程實(shí)踐聯(lián)系在一起。在課堂教學(xué)內(nèi)容，材料物理性能的課程改革可以適當(dāng)借鑒先進(jìn)的全面工程教育理念。在教學(xué)過程中，可以適時(shí)地向?qū)W生們講述當(dāng)前工程實(shí)踐中應(yīng)用某些材料考慮到的材料物理性能，以給學(xué)生提供一種身臨其境的課堂氛圍，使學(xué)生掌握能夠運(yùn)用基本理論去分析和解決實(shí)際問題的能力，[3]從而有利于推動(dòng)學(xué)生深入的掌握材料物理性能的基礎(chǔ)理論和方法，促進(jìn)學(xué)生將這些原理應(yīng)用在工程實(shí)踐的工程能力。
（三）突出項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)教學(xué)
實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是課程建設(shè)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)開設(shè)的好壞對課程建設(shè)的成敗起到重要作用。因此在對學(xué)生工程能力的培養(yǎng)上，也少不了對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新和優(yōu)化。目前，材料物理性能課程實(shí)驗(yàn)中開展的大多數(shù)實(shí)驗(yàn)均為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)的開展對提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力幫助較小。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)工程實(shí)踐教學(xué)，在安排課程實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上，可以選擇一些目前工程上需求的材料為基礎(chǔ)，告訴學(xué)生這些材料在應(yīng)用時(shí)存在的不足。然后鼓勵(lì)學(xué)生對這些不足進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)研，并提出解決方案。根據(jù)學(xué)生的解決方案來開設(shè)一系列設(shè)計(jì)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，從而可以促進(jìn)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)完成一個(gè)產(chǎn)品項(xiàng)目設(shè)計(jì)、制備、物理性能測定、使用等全過程的課程項(xiàng)目訓(xùn)練。進(jìn)而可以很好的力圖體現(xiàn)工程教育中所提倡的構(gòu)想-設(shè)計(jì)-實(shí)施-運(yùn)作的理念。
四結(jié)論
通過在師資培養(yǎng)、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等多方面積極開展工程教育教學(xué)的改革，可以很好的開展材料物理性能的工程化教學(xué)，并可以很好地培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，使之能夠成長為現(xiàn)代工程技術(shù)人才，從而提高了專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
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[3]蔡新紅,王洪坤,岑紅蕾.工程教育背景下電路課程改革的探索[J].教育現(xiàn)代化,2016,12:43-44.
作者:張澤武 卜小海 杭祖圣 張春祥 吳瓊 王經(jīng)逸 單位:南京工程學(xué)院
