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面向实践与创新能力的无机非金属材料工学课程教学探索

2024-07-30 85 上传者：管理员

摘要：在新时代推进新工科建设的背景下，为满足国家对新兴领域工程科技人才培养的需求，高校必须对传统工科专业基础课程教学进行探索与改革。针对无机非金属材料工学教学中存在的学生专业认同感和自豪感不强、实践与创新能力欠缺等问题，对课程教学内容和教学模式进行探索，依托研发实验室及企业实践基地，创建“任务驱动—互动探究—推动创新”的教学模式，创设教学与科研相结合、基础实验教学与生产实践相结合的“双结”教学方式，从而提升学生的实践创新能力。

关键词：
“四新”经济
实践创新能力
教学改革
新工科建设
无机非金属材料工学课程
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为了应对“四新”经济的挑战，2015年国务院发布中国实施制造强国战略的第一个十年行动纲领《中国制造2025》,确立了创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化和人才为本的基本方针。人才对建设制造强国具有举足轻重的作用。培养新工科背景下的工程实践创新人才，必须发挥高等院校的重要作用，着力培养综合素质高、专业基础实、实践能力强且具有创新创业精神的应用型人才。

无机非金属材料工学作为无机非金属材料工程专业的一门主干核心课程，对于培养工程实践型创新工科人才具有积极作用。该课程在传统教学中以教师讲授为主，侧重于对专业理论知识的传授，忽略了对学生专业情感、专业成长需求、创新精神和实践能力的培养，导致学生专业认同感和自豪感不强，实践与创新能力不足，缺乏理论知识与实际问题结合的能力，无法有效应对专业工程实践难题和复杂实际工程问题[1-3]。对无机非金属材料工学课程当前教学中的“痛点”问题及成因进行分析，结果如表1所示。针对教学中的“痛点”问题及其成因，本研究依托内蒙古工业大学实验室及企业实践基地，秉承“学以增信，以学赋能，学以致用，学用相长”的教学理念，优化课程目标，重构教学内容，构建“任务驱动—互动探究—推动创新”教学模式，以培养学生的工程创新思维与解决复杂工程问题的能力。

一、创建“双结”教学方式

以学生为中心，以强化学生实践与创新能力为目标，从教学改革和学生发展角度出发，创建课程教学与科学研究相结合、基础实验教学与生产实践相结合的“双结”教学方式，如图1所示。

基于团队的研究基础，教师在授课过程中通过视频介绍无机非金属类光电功能纳米材料的前沿科研进展，如先进陶瓷材料助力新能源电池的研究，以此引出教学内容，再以微观结构—材料光电性能—器件应用为主线，对无机非金属材料的应用领域及发展前景进行讲解，将课程内容与科研成果紧密结合，形成科研带动教学、教学反哺科研的良性互动，提升学生的学习兴趣。

表1无机非金属材料工学课程教学“痛点”及成因分析

针对无机非金属材料工学课程中陶瓷工艺中的原料制备、坯体成型、坯体干燥、坯体上釉和烧结等教学内容，教师可在讲解陶瓷工艺后，让学生独立完成一个陶瓷器件的制备和检测，加深学生对所学知识的认知，提升其实践动手能力。对于课程中实践性较强的章节(水泥生产工艺过程及常用设备),最有效的教学方法是将课堂搬到企业生产一线，进行校企联合授课，让学生真切感受到所学知识在现实生产中的应用。团队积极与校外相关企业开展合作交流，为学生搭建实践教学平台，实现理论知识与实际应用的有效关联。

图1 “双结”教学方式示意图

二、“五步四融合”重构教学内容

无机非金属材料工学课程主要对传统水泥、陶瓷和玻璃等无机非金属材料的制备原理及生产过程中的共性及特点等进行讲授，部分内容设置陈旧，缺乏对新材料如“智能水泥”、多功能陶瓷，以及新工艺、新技术等前沿热点领域的探索和拓展，并且课程教学过于侧重理论知识传授而忽视对学生创新能力与实践能力的培养，不能满足学生个性多元化发展及现代社会的人才需求。为解决上述问题，团队以新时代育人目标为导向，优化课程目标，创设“五步四融合”教学内容模型(图2)。该模型在加强学生掌握无机非金属材料制备机理等理论专业知识的同时，让学生利用专业知识对设计方案进行优化，并独立完成一种无机非金属材料的制备，从而培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。

采用基于任务驱动的“五步教学法”,将学习、思考、总结、实践和创新贯穿于课前、课中、课后，通过校企联合授课及到企业生产一线实践，使学生将专业理论知识内化，启发学生对工艺方案进行优化，对实际工程问题展开深入分析、评估，最终通过螺旋式认知和持续改进策略，培养学生发现、分析和解决工程现场生产问题的能力，提升其创新思维和实践能力。

图2 “五步四融合”教学内容模型

采用“四融合”教学方式重构教学内容，将思政元素全方位融入无机非金属材料工学课程。例如，中国素有“瓷器大国”之称，可通过中国古代陶瓷发展史引出陶瓷的相关知识点；通过港珠澳大桥创造了中国建设史上六项之最(世界总体跨度最长、世界最长海底公路沉管隧道、世界最重沉管、世界埋进海底最深的沉管隧道、世界首创深插式钢圆管快速成岛技术、世界首创主动止水的沉管隧道最终接头)引出无机非金属材料——水泥工业的发展现状及应用前景。通过案例导入培养学生的专业自豪感和责任感，引导学生树立正确的理想信念。将无机非金属材料工学课程与陶瓷、水泥工艺检测实验教学相结合，通过实验方案设计和实践操作促使学生全面内化与吸收陶瓷、水泥等典型无机非金属材料的制备方法、原料种类、制备要求、性能及影响因素等理论知识，提升学生的实践能力。将无机非金属材料工学课程与横纵向科研项目相结合，让学生对无机非金属材料进行材料表征及性能分析，培养学生的科研思维能力，以教学带动科研，以科研反哺教学，满足产业发展对创新型科技人才的需求。将无机非金属材料工学课程与企业需求相结合，将课堂搬到企业生产一线，通过搭建实践教学基地(如内蒙古伊东冀东水泥有限公司等)开展校企深度合作，通过介绍生产流程、产品质量和企业文化等拓宽学生视野，提升学生的工程思维和工程素养。

三、构建“任务驱动—互动探究—推动创新”教学模式

“任务驱动—互动探究—推动创新”教学模式如图3所示。在课前任务驱动环节，教师发布自学任务和线上慕课资源，并提出问题：大理石是否为陶瓷制品?请结合生活中的实例列举你认为的陶瓷材料。在课中环节，打造以学生为中心的探究式教学方式。首先，教师以瓷器艺术品展示及案例导入为出发点，激发学生的求知欲和学习动力。其次，教师引导学生思考陶瓷、玻璃、大理石的区别，从具体问题出发引导学生思考陶瓷的特点，培养学生自主探究和解决问题的能力，其间教师可以进行适当的点评，引导学生进行更深层次的探究。最后，学生对方案进行分组讨论，教师给予点评后进行总结。在课后实践创新环节，学生独立自主完成陶瓷、水泥制备的工艺流程及性能检测实验，利用团队现有科研平台独立完成非金属光电功能材料的设计、制备和表征等。教师还可以鼓励学生参加各种科研项目及“大学生创新创业训练计划”“互联网+”等竞赛，鼓励学生参加企业实习，让学生通过实践活动加深对专业理论知识的理解和运用，实现创新思维和实践能力的提升。

图3 “任务驱动—互动探究—推动创新”教学模式

四、完善评价体系

团队建立包括学生学习效果评价、学生对课堂评价、学生对教师评价等在内的多元教学评价体系。学生学习效果评价包括课前任务评价、课中自主探索效果评价及课后自主实践创新能力评价。课前，教师依托线上雨课堂、慕课、视频学习等布置课前考核任务，使学生对所学专业理论知识有初步了解，带着任务和问题进入课堂；课中，教师提出知识、能力和素养学习目标，通过问题引导学生自主探索新知，其间教师可以根据学生自主学习情况给予个性化的反馈和指导，推动学生深入探索；课后，教师通过学生参与实验教学、科研平台和创新创业竞赛等实践活动情况来评价学生的创新能力和实践能力。学生成绩由学生自评、学生互评和教师考评三部分构成，最终得分=(学生自评分数+学生互评分数)×50%+教师考评分数×50%。考核评价量表在雨课堂发布，使学生能够及时发现学习中存在的问题并加以解决，提高课堂教学目标达成度。通过调查问卷的形式从目标达成度、课堂师生互动、教学节奏和满意度等方面评价课堂教学质量。

根据内蒙古工业大学无机非金属材料工程专业认证调研报告及无机非金属材料工学课程目标调查问卷结果，发现学生对所学专业的认同感、自豪感显著提升，专业情怀、使命感和担当意识也显著增强。无机非金属材料工学课程教改成效如图4所示。

图4无机非金属材料工学课程教改成效图

参考文献:

[1]徐万海,周丽丹.基于新工科的高校“互联网+”本科教学体系改革探索[J].中国多媒体与网络教学学报(上旬刊),2023(8):73-76.

[2]温会玲,唐林,赵继宽,等.物理化学实验线上线下混合式一流课程建设[J].化学教育(中英文),2024(6):16-22.

[3]刘开伟,丁益,吴修胜,等.新工科背景下无机非金属材料工程实践教学的重构与实践[J].皖西学院学报,2023(4):51-57.

基金资助:2022年度内蒙古自治区教育教学改革重点项目“面向区域产业需求的‘产教融合双循环’无机非金属材料工程专业人才培养模式研究”(JGZD2022014); 2020年度内蒙古工业大学课程建设项目“无机非金属材料工程综合实训”(NEC2020002); 2024年度内蒙古工业大学校级优秀教学团队项目“基础理论与实践能力双高型无机非金属材料工程专业课程教学团队”; 2022年度内蒙古工业大学实践课程建设项目“无机非金属材料工程创新实践”(PC2022001);

文章来源:贾恒,何伟艳,滕英跃.面向实践与创新能力的无机非金属材料工学课程教学探索[J].内蒙古师范大学学报(教育科学版),2024,37(04):153-156.