[关键词]材料科学与工程专业 材料科学基础 教学
“材料科学基础”是研究材料的成分、结构、性能之间的关系及其变化规律的一门基础学科，是材料科学与工程专业一级学科公共主干专业基础课。根据教育部提出的拓宽专业口径、按专业大类进行人才培养的基本思路和1997年国务院学位办颁发的新专业目录，材料类的专业设置不再按传统分为金属材料、无机非金属材料和高分子材料。为此，各相关高校在材料科学与工程专业主干课程“材料科学基础”的教学上都进行了教学改革。暨南大学材料科学与工程专业自2002年设立以来，就依据教育部的要求，将专业培养目标设定为培养“大材料”科学研究与工程技术所需的人才。故“材料科学基础”课程内容设置为介绍三大材料的基础知识，在教学模式、手段及课程配套方面也具有鲜明的特色。本文阐述了暨南大学材料科学与工程系以“奠定学科专业基础，培养学生科学的思维能力”为宗旨，开展“材料科学基础”教学工作的经验和体会。并以此为契机，进一步优化教学内容，探索新的教学模式和教学手段，进一步提高教学质量。
一、课程发展历史、性质与定位
材料是人类文明发展的基石。人类发展的文明史就是按石器时代、陶器时代、青铜器时代、铁器时代来划分的，可见材料对人类文明进程的重要贡献。与人类使用材料的漫长历史相比，对材料的研究即材料科学的历史比较短暂。19世纪中叶，开始采用金相显微镜研究钢铁，相平衡热力学和统计热力学则为建立材料的相平衡与相变提供了理论基础。20世纪20年代，原子结构和量子力学提供了研究材料微观结构的理论，x射线衍射技术和电子显微技术为探索材料的微观结构提供了手段。20世纪50年代，金属学已初具规模。高校金属材料专业都开设了《金属学》课程。到20世纪60年代，世界经济的腾飞促使陶瓷学和高分子材料学建立，其代表作分别为wg金格瑞的《陶瓷导论》(introduction to ceramics)和pj flory的《高分子化学与物理》(polymer chemistry and physics)。前者，wg金格瑞教授将金属学的原理应用于无机材料的结构、热力学、动力学、相变及性能分析当中，成功地指导了水泥、玻璃和陶瓷材料的生产和科研。而pj flory教授则主要围绕聚合物的合成过程、聚集态结构以及物理、化学等行为特征，阐述了高分子材料的结构及性能。到今天，三大材料的研究相互渗透，研究方法相互借鉴，产生了21世纪的材料科学。
“材料科学基础”着眼于材料基本问题诸如材料的结合键、材料的晶体结构及缺陷、材料的相结构与相图、材料的凝固、材料中的扩散，材料的塑性变形、材料的亚稳态。从金属材料的基本理论出发，将高分子聚合物材料、陶瓷材料、复合材料等结合在一起，使学生能把握材料的共性，熟悉材料的个性。本课程横向融合金属材料、陶瓷材料和高分子材料的基础理论于一炉，纵向则充分利用学生已经学过的基础知识(包括高等数学、普通物理、物理化学、材料力学等)，并能连接后续的材料的分析与表征、材料物理、材料加工工艺学等必修课程及高分子材料、无机非金属材料、金属材料等模块的选修课程。
二、教学内容的优化和选择
现代材料工业和技术的发展推动材料从组成、结构和功能的单一化向复合化、一体化发展，使培养大材料、宽专业人才的教学改革迫在眉睫。在此形势下，2002年暨南大学材料科学与工程专业设立并开始招收首届本科学生，确定了《材料科学基础》为专业基础课(必修，72学时，4学分)。本课程内容旨在以物质结构和结构形成为主线将三大固体材料(金属材料、无机非金属材料、高分子材料)的基础知识有机结合，构建大材料专业公共性专业基础课教学体系。该课程体系旨在强化对学生重基础的通才教育模式，在教学内容上力求共性教学，突出个性特点。为此。从选择教材着手，优化教学内容，强化基础教学，着重培养学生科学的思维方法、创新能力以及运用基础理论解决实际问题的能力。
目前， “材料科学基础”教材体系可分为两大类。第一类沿袭“金属学”课程的教学内容，增加了少量无机非金属材料、高分子材料和复合材料等内容，往往侧重金属材料。这类教材基本上适合以金属材料为主导的材料科学与工程专业的教学。第二类教材则是在增加非金属材料、高分子材料、复合材料等新材料内容的同时，对该课程的所有内容进行了全新的组合，将它们有机地融入整个教材体系中，形成新的包含各种类型材料的教学体系。由于低年级本科学生的专业知识有限，这类教材在教学中要突出构建整个教学内容的逻辑性和条理性，避免学生掌握了各材料的个性，却忽视了各材料的共性，从而使整个课程陷入一个“材料学概论”的泥潭。为达到突出共性教学的目的，搭建一个合理材料科学与工程的知识平台，根据整个学科的培养方案和教学计划，我们选择上海交通大学出版社出版的面向21世纪新教材《材料科学基础》作为教材，从教学目标出发，该教材最显著的特点是着重于基本概念和基础理论，便于在教学中掌握深度和广度。根据本专业培养目标的要求和培养方案的特点，在确立教材内容、体系与后续课程的相互关联的基础上，在保持课程自身体系的完整性的条件下，兼顾到不同材料的特点及知识体系与要素课程内各个环节之间的逻辑关系，对该教材的内容进行了“扬弃”，将课程教学内容分为三大模块：
1 材料的结构。①微观结构：原子的排列方式、高分子链结构；②结构的完整性：晶体学基础、金属的晶体结构、合金、离子晶体结构规则、共价晶体结构、聚合物的晶态结构；③结构的不完整性：晶体缺陷、表面和界面、非晶态、亚稳态、准晶态。
2 固体中原子及分子的运动。①扩散：菲克第一、第二定律、扩散的热力学分析、扩散原子理论、影响因素；②高分子的分子运动：分子链的运动及其柔顺性、分子的运动方式及影响因素。
3 材料的组织结构变化。①材料的形变和再结晶：单晶和多晶体的塑性变形、回复和再结晶；②相图。单元系相图：凝固、形核和晶体长大；二元系相图：匀晶、共晶和包晶相图、混溶间隙、相图分析；三元系相图：相图基础、三元匀晶和共晶相图。
为了在上述教学内容中力求共性教学，以最大限度地淡化三大材料各自的专业色彩，力求突出共性的内容。例如，相平衡与相图的内容，选择了相律、相平衡热力学理论、一元、两元和三元基本相图类型的阅读等为重点内容，而淡化与此相关的教材中有关金属材料的冶金和铸造
方面的内容。
通过多年的教学实践，上述教学内容的优化既得到了后续课程教师的肯定，又使学生学以致用，达到了奠定学科专业基础、培养科学思维的目的。
三、教学内容组织方式与目的
本课程教学内容的特点是“三多一少”，即叙述性的原理、规律多，需要记忆的概念、定义多，课程内容知识点多。理论计算少。因该课程内容枯燥、抽象，学生感到难学。具体表现在：不能很好地将数学理论应用到材料科学的基础课程、无法判定从而掌握教学内容中的重点、不能将所学的知识点和实际的材料联系起来。所以，我们在教学内容的组织上做了一些探索：
1 突破传统的“一本教科书”的局限性。本课程的教学内容在严格按照教学大纲和教学计划授课的同时，综合多种中文教材、英文教材等，力图做到知识面完整、讲授描述通俗易懂。如针对本专业每年都有数目不等的海外学生的特点，在教学提倡采用台湾晓园出版社出版的《材料科学与工程》作为补充性教材，提升外招学生对学科知识的认同感和认知度。
2 探索课堂教学，有所为，有所不为。课堂讲重点、难点，讲思路，留给学生充分的思考时间和空间，以调动他们的主动性和积极性。对难点和重点内容，尽量举出其应用实例，结合学科前沿知识，使学生知道该原理的用处，听课时不感到抽象、空洞，达到了理论联系实际的目的。而且，对重点和难点内容务必做到举一反三，确保学生能够掌握，以达到以点带面，进而掌握所学知识的目的。
3 注重教学内容的连贯性，连通性，提高学生对所学知识点的融会贯通能力。本课程在教学过程中，提倡预习，并将即将讲授的知识点与所学基础知识点的关联告知学生，使其掌握学习的主动性。对部分关联度高的章节，采用课堂讨论、换位讲授等方法，调动课堂气氛，使学生自觉地运用基础知识解决教学过程中的难点，从而提高他们通晓所学知识点的能力，达到全面提升专业素质和人文素质的目的。例如，在相图的学习中，尝试让学生利用所学的物理、化学知识换位讲授一元相图和二元相图的基础，一方面使他们学会对所学知识点进行归纳和演绎，另一方面提升他们的口头表达、演讲技巧。
4 充分、恰当地采用现代化多媒体教学方法，并辅之以动画，实现图、文、声、像的视听一体化教学。特别是对那些教学难点和需要丰富空间想象力的内容，形象、生动地展示在学生面前，既直观又富动感，可明显提高教学效果。
四、教学方法与教学手段
“材料科学基础”课程内容抽象、概念性强，学生在学习时容易感到枯燥难学。因此，在课堂上应常采用启发式教育，常用提问、问答或引而不发方法，调动学生的积极思维能力。在讲授时使用ppt演示文稿，尽量多用教学模型、挂图、照片和曲线图表等形象化语言。涉及部分教学内容如位错运动等，应结合动画生动地用图像演示给学生，以加深他们对课程内容的理解，提高学习兴趣。对于部分与前期知识关联度高的基本理论如单元相图，组织学生进行课堂讨论(seminar)，并以学生发言为主，让他们直接参与教学。对需要运用较多数学知识且理论性较强的内容，如扩散第一、第二定律，应多采用板书推导，加强逻辑性学习。另外，为了提高学生对那些需要有丰富空间想象力的晶体结构、金相组织的转变和识别、位错、位错增殖和缠结过程等知识难点的理解和掌握，将先进的多媒体现代化教学手段引入材料科学基础教学中，并让它们以二维或三维动画形式生动形象地展示在学生面前，弥补传统教学在时间和空间等方面的不足，以提高教学效果。在课外，还可建立qq空间，在群聊中解决课堂中来不及解决的问题，通过师生交流，提高学生探索性自学能力和学习的积极性。
在“宽口径，大平台”培养模式下开展材料科学与工程教学， “材料科学基础”作为专业必修的主干课程，突出共性教学是打好学科专业知识的必备条件。从时代的需要出发，合理选择及组织教学内容、创新教学手段和方法，使其与教学内容相互协调，是构建新时代“材料科学基础”教学体系的关键。今后， “材料科学基础课程”将继续围绕以符合时展、符合教育规律为中心开展课程建设，不断探索和实践，为成功培养宽专业人才奠定基础。
参考文献：
[1]石德珂，材料科学基础[m]，北京：机械工业出版社,2003。
[21张联盟等，材料科学基础[m]，武汉：武汉理工大学出版社,2004。
[3]刘智恩，材料科学基础[m]，西安：西北工业大学出版社,2003。
[4]donald r，askeland，材料科学与工程[上下册)[m]台北：晓园出版社，1989。
[5]william d callister，fundamentals of materials science andengineering[m]，北京：化学工业出版社,2004。
[6]胡赓祥等，材料科学基础[m]，上海：上海交通大学出版社，2006。
[7]杨雄，材料科学基础－教学大纲和教材的改革与建设[j]，科教文汇,2008，(7)。
[8]董兵海等，材料科学基础课程教学模式探讨[j]，新课程研究(职业教育)，2008，(135)：18—20。
[9]齐义辉，韩萍，材料科学基础课程的教学改革与实践[j]，辽宁工学院学报,2007，9(2)：138—139。
[10]崔占全等，材料科学基础的教学改革与实践[j]，教学研究,2007,30(1)：53-57。
关键词：能源与动力工程专业；《机械制造与材料基础》；教学内容一体化
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）30-0097-02
能源与动力工程专业，围绕船舶特色，培养适应社会主义市场经济建设需要的德、智、体全面发展的，具有宽广的热、机、电、管理论基础，掌握动力工程与工程热物理、机械工程、电工电子等学科方面的基础理论知识，拥有较强的工程实践动手能力的热能与动力工程方面的高级工程应用型技术人才。《机械制造与材料基础》是高等工科学校热能与动力工程等近非机械类本科专业学生学习机械制造知识而开设的一门重要的专业基础课，其重要地位不言而喻。
《机械制造与材料基础》是一门综合性技术基础课程，在形式上浓缩了原有的机械工程材料（机械工程材料基础以及材料热处理及表面工程）、材料加工（成型技术以及切削加工以及特种加工）、机械零件的设计与材料及其处理、制造工艺的选择关系等主要教学内容。在课程的教学过程中，按照参考教材的编排顺序，将教学内容分为三大模块。“材料性质”部分主要给学生提供材料性能和材料学的基础知识，为产品选材、零件改性、材料成形和产品制造提供材料基础知识。“材料加工”部分包含材料热处理、材料成型以及机械制造工艺。材料热处理是指材料在固态下，通过加热保温盒冷却的手段，获得不同组织和性能的加工工艺，主要介绍了普通热处理和表面热处理的作用，了解材料的适用性。材料成型主要为学生提供各种形状的产品或毛坯的外形制造技术，了解产品制造首先是对外形的制造，材料成形是产品制造过程中不可或缺的制造技术，理解各种成形工艺在产品制造中具有多样性、可替换性和选择性，材料成形的技术基础与材料和选材部分密切相关。机械制造工艺部分主要介绍毛坯的切削加工与精加工技术以及特种加工与先进制造技术，该部分与材料成形和毛坯生产部分紧密衔接，是产品获得所需几何尺寸和精度的重要生产方法，机械制造工艺在产品制造中同样具有多样性、可替换性和选择性。“零件性能”部分是总括性的内容，包含材料选择、加工方法选择以及零部件之间的相互配合。
但是在教学过程中，这种基于模块化的组织方式不可避免的出现了教学内容分散、知识点难以前后联系的问题。《机械制造与材料基础》，知识面广、内容概念多，这就要求教师如何梳理三大模K之间的联系，归纳整理材料选择―加工方法选择―工艺方案评价的递进关系，进而合理地安排教学内容，将教学内容一体化是授课教师的工作重点。据此，经过较长时间的分析汇总，我们初步形成了如图1所示的课程内容组织结构关系图。
关键词：工程材料与机械制造基础系列课程；教学理念；创新意识和创新能力；工程实践
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）32-0216-03
一、研究背景
“工程材料与机械制造基础”系列课程原名“金属工艺学”，该系列课程经过长期的建设和发展，其内容已从金工实习、金属材料、热加工以及冷加工工艺分别拓宽为“工程训练”、“工程材料”、“材料成形技术基础”以及“机械制造技术基础”等系列课程。到目前为止，该系列课程虽然已构建了较完整的理论、实践、知识、能力、素质教学体系，但随着科学技术的不断进步和大工程背景下“中国制造2025”的提出，现代制造业对高校培养出来的人才规格和能力有了新的要求。由此，产生了工程材料与机械制造基础系列课程的有机整体与“分片包干式”教学体制之间的矛盾、“学时锐减与新知识点剧增”之间的矛盾以及课程的改革进程滞后于当今创新型人才需求之间的矛盾。因此，如何在新形势下，培养和造就学生的创新意识和创新能力是摆在所有工科院校机械类专业教师面前无法回避的现实问题。
二、大工程背景下工程材料与机械制造基础系列课程存在的主要问题和解决方案
1.工程材料与机械制造基础系列课程有机整体与“分片包干式”教学体制之间的矛盾。在20世纪60～80年代，我国高等学校的工科类学生除了有相应的实验教学外，一般还要在校内的金工实习6～8周，在企业认识实习1周、生产实习4周和专业实习4周，以保证工科类学生工程素质的培养和工程能力的提高。而且金属工艺学课程是理论教学、实验与工程训练紧密结合的工程应用型课程。绝大部分高校的金属工艺学课程由来自同一教研室的教师讲授，讲授工程材料及冷热加工的教师可方便地进行教学研究和探讨。另外，金工实习的时间、地点的选择与安排也符合工科院校学生“认知实习―理论学习―实践―再学习―再实践―探索性认知实践”这一工程知识的认知规律[1-3]。但随着“九五”期间高校的扩招和高校对学生的知识与能力结构的拓展要求，绝大多数工科院校的金属工艺学理论课程（现在的工程材料与机械制造基础系列课程）已细分成工程材料、材料成形技术基础和机械制造技术基础等三门课程，而且分属于不同的学院或专业的教师讲授。这样，有些院校在课程内容的取舍和凝练过程中，因未充分理顺课程关系，存在知识体系分化、割裂、相互脱节现象；在组织形式上存在课程的学期安排不合理，未充分体现在知识传授上的由浅入深、能力培养上的由认知实践过程向创新实践过程的过渡；在主讲教师的所属关系上由于教师之间因不属于同一个教研室，甚至是不同学院，因此很难从行政角度组织相应的教学研究和教学探讨。即尽管这三门理论课程的内容是紧密相连、相互交叉渗透的，但讲授这门系列课程的教师之间业务联系少，少有教学经验的交流，出现了低效率的“分片包干式”教学管理体制。早在1998年，清华大学基础工业训练中心主任傅水根教授就指出[4]，我国高等院校的教育教学改革是涉及培养人才的长远战略大计，也是一件十分艰巨和慎重的工作。课程的改革是整个教学改革中的一个局部，局部要服从于整体。而且，随着高等教育改革的不断向前推进和改革内涵的不断深入，人们从系统论的观点愈来愈清醒地认识到“局部优化”不等于“整体优化”。因此，不能从一两门课程的角度来探讨改革，而必须站在教育改革的全局上，站在21世纪需培养什么样高级科技人才的战略全局上来探讨改革。具体地说，从体制上，工程材料与机械制造基础系列课程应该与实践教学部分构成一个完整的教学体系，由学校或机械工程学院实施统一指导和管理，这样才有利于发挥教师的主导作用，才能确保工程训练和有关工艺性课程的有机结合，保证工程材料与机械制造基础系列课程的稳定发展。
2.解决方案。傅水根教授在多次的报告中指出[5]，直到今天，在我国的高等工科教育中，“重理论轻实践、重设计轻工艺、重软件轻硬件”的传统习惯势力和偏见仍普遍存在。纵观国内外，任何先进的制造技术，最后都要落实在工艺方法和工艺装备上，落实在电子技术、计算机技术、信息技术与工艺装备硬件的集成上。没有普及的工艺教育，没有先进的工艺技术，现代制造技术只是一句空话。随着国家提出大工程背景下的“中国制造2025”以来，“教育回归工程，教学回归实践”成为当代高等工程教育改革的主流趋势[6-8]。因此，我们应当摈弃“以理论课程教学为主、实践教学为辅”的传统教学思想[9]，把工程材料与机械制造基础系列理论课回归到“工程实践”中去。这种回归有两层含义，一个是从教学管理“体制”上，应把与工程实践密切相关的课程群的任课教师的编制归到“工程训练中心”去，确保工程训练中心的人员由理论课教师、实践课教师、实践技术人员（高级技工）和管理人员构成。让工程训练中心发展成为名副其实的实践教学单位，而不是教辅单位。另外，把与工程实践密切相关课程群的课堂搬到工程训练中心的“实践教室”，这样，学生每次习得理论知识后，走出来就可感受、体验、领会、掌握课堂所学的知识。这不但会极大地提高学生的学习兴趣，而且对学生未来胜任现代制造业工作岗位有无可替代的作用。
3.工程材料与机械制造基础系列课程“学时锐减与新知识点剧增”之间的矛盾。新中国诞生后，中国高校的发展和探索前进的道路得到了前苏联的大力支持和帮助。而前苏联的高等教育更多地是与行业和工种的发展相联系，高校专业的设置和教学内容紧紧与具体的工种相结合。这样培养出来的大学生知识体系是“倒金字塔”型的，即越深入到专业课程，所学习的专业知识面越深且窄。在机械的集成化程度不高的上世纪八九十年代，这种教育模式培养出来的本科生基本能够满足当时的制造业要求。但随着计算机技术、信息技术以及智能制造的快速发展，制造技术已衍变为多学科交叉和综合的产物，许多学科乃至新兴学科的最新研究成果都有可能应用到现代制造领域中来。例如数控机床，它是机械、电机、电子和计算机结合的产物；超声波加工机床是机械、电机、电子和声学结合的产物；快速激光原型/零件制造机床是机械、电机、电子、计算机、材料科学和光学结合的产物。因此，高校的发展为了适应和迎合这种快速的现代工业发展，纷纷提出“拓展学生知识体系、淡化专业”的理念，即高校培养出来的人才知识和能力体系不再是针对就业为主的某一工种和行业，而是培养具有丰富的知识体系、具备“项目驱动式”综合能力的通识人才。在这种形势下，目前高校面对着课程的知识体系和能力体系不断纳新而学时却不断地缩减的严峻问题。
4.解决方案。解决工程材料与机械制造基础系列课程的学时锐减和“新材料、新技术、新工艺”内容剧增带来矛盾的关键是彻底改变“教”与“学”的传统教学理念[10]。今后的教学不应该是以课堂教学为主导、以教师为主体的教学模式，而应该是“项目驱动下的教师引导、学生探求知识”的目标指向式教学。这样获取知识的过程可以改变学生被动地听、被动地接受知识的传统“填鸭式”学习习惯，而变成项目驱动下需要什么知识，学生“主动”地追寻和探求相关的知识。学习方式也不仅仅局限于课堂教学，而可以到图书馆查阅文献、与教师进行讨论式学习。学习内容也打破了传统的学校设置什么课程学生学什么课程，而是项目需要什么知识点和能力点，学生选修相关的课程学习。师生关系也不再仅仅是教与学的关系，而是面对同一个项目下的共同探讨者和引导者。
5.工程材料与机械制造基础系列课程的改革进程滞后于创新型人才需求之间的矛盾。通过比较全面地收集各高校的工程材料、材料成形技术基础、机械制造技术基础以及工程训练的教学大纲，并经深入分析和研究表明，反映当今现代制造的新材料、新技术、新工艺所占课程讲授比例，一般工科院校往往不足10%，重点高校一般较高，在10%～30%。部分地方工科院校至今还停留在“金属材料”而不是工程材料、“金属材料热加工”而不是材料成形技术基础、“机械加工技术基础”而不是机械制造技术基础的低层次阶段。说明我国相当一部分工科院校的知识传授和能力培养在一定程度上滞后于当今先进制造业的发展，对人才培养的先导性、基础性认识不足。而且，在很多院校中，工程材料与机械制造基础系列课程教学大纲的制定过程更多局限于各专业人才培养自身的特点和教学需求，一定程度上缺少基于工科和复合创新型人才培养所需的“顶层设计”和统一指导。这与“中国制造2025”、“华盛顿协议”和欧洲大陆工程教育互认体系组成的“博洛尼亚进程”[11]等国际工程教育认证[12]要求有一定差距。
6.解决方案。长期的教学经验表明，21世纪最重要的人才特征就是创新。因此，在大工程背景下，为了提高学生的创新意识和创新能力，有必要在保留工程材料与机械制造基础系列课程的传统核心知识体系并加以凝练的基础上，在工程材料课程上由金属材料发展为非金属材料、功能材料、复合材料、高分子材料、环保材料以及智能材料；针对材料成形技术基础课程，要在传统的铸锻焊成形工艺的基础上，增加新的表面工程技术、粉末冶金技术、高分子塑料成形技术以及快速成形技术等；在机械制造技术基础课上，增加数控加工技术、特种加工技术（包括电火花成形加工、电火花线切割加工、激光加工、电化学加工和超声波加工）等。在工程训练方面，毫无疑问，机械制造工程训练是工程材料与机械制造基础系列课程中的重要实践环节，也是工程训练中的核心内容。因此，必须协同用力才能促进工程材料与机械制造基础系列课程的发展与提高。总之，新的制造技术在课程中要不断得到体现，课程知识体系的更新与完善也要为机械制造实习不断提供新的训练内容，使其能持续为实践教学提供“活水”。
三、结论
1.针对工程材料与机械制造基础系列课程的有机整体与“分片包干式”的教学体制之间的矛盾，根据创新型人才培养的客观规律、培养规格和目标，学校和院级教学管理部门要从“顶层设计”或“统一思想”来系统地优化课程体系。
2.针对大工程背景下工程材料与机械制造基础课程“学时锐减与新知识点剧增”的矛盾，要彻底改变“教”与“学”的传统教学理念。今后的教学不应该是以课堂教学为主导、以教师为主体的教学形式，而应该是“项目驱动下的教师引导、学生探求知识”的知识创造过程。
3.针对工程材料与机械制造基础系列课程的改革进程滞后于当今创新型人才需求之间的矛盾，解决问题的关键是新的制造技术在课程中要不断得到体现，课程知识体系的更新与完善要为机械制造实习不断提供新的训练内容，使其能持续为实践教学提供“活水”。另外，教师应把创新过程中的最新科研成果源源不断地转化为生动的教学内容，实现科研的二次创新和“反哺”教学，使学生获取的知识始终是当代最前沿的创新知识，获得的能力也始终是当代最前沿的创新能力。
致谢：本文是在教育部机械基础课程教学指导委员会“工程材料与机械制造基础课程现状与存在主要问题”课程指导小组调研报告的基础上完成的（JJ-GX-jy201401）。参加课题组的专家有黄根哲、于化东、张树仁、朱振华、徐颖、李学光、李晓舟。同时，清华大学傅水根教授对论文写作提出了宝贵意见，在此深表谢意。
参考文献：
[1]傅水根，武静.深化工程实践教学改革，全面促进可持续发展[J].实验技术与管理，2008，25（1）：7-11.
[2]刘思嘉，王冬.高等工程教育实践教学环节的意义与实施条件探究――于默会知识理论的视角[J].黑龙江高教研究，2011，（11）：179-182
[3]孙康宁，张景德，李爱菊.高校工程实践教学改革的探究与实践[J].山东高等教育，2015，（1）：38-43.
[4]傅水根，张学政.金工课程改革应处理好五个关系[J].教学与教材研究，1998，（3）：25-27
[5]傅水根，张学政，要家枢，张万昌.论“工程材料及机械制造基础”课程的深化改革与发展方向[C].探索工程实践教育，2007：159.
[6]李志华，陈正伟，朱建华.德国“双元制”模式在工程实践教学中的应用研究[J].实验技术与管理，2011，28（9）：172-174.
[7]周玲，孙艳丽，康小燕.回归工程 服务社会：美国大学工程教育的案例分析与思考[J].清华大学教育研究，2011，32（6）：117-124.
[8]梁延德.我国高校工程训练中心的建设与发展[J].实验技术与管理，2013，30（6）：6-8.
[9]孙康宁，傅水根，梁延德，等.赋予实践教学新使命 避免工科教育理科化[J].中国大学教学，2014，（6）：17-20.
[10]孙康宁，张景德，傅水根.“工程材料与机械制造基础”课程知识体系研究[J].中国大学教学，2015，（5）：63-66.
[关键词]材料科学基础 大学本科实验 教学改革 创新意识培养
[中图分类号] G642.4 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2014）14-0093-02
一、问题的提出
时代特点决定了当代大学生除了要具有丰富的理论知识外，还必须要具有一定的实践能力和自主学习意识，以及对未知世界的探索欲望。自主学习意识是一种思维模式，是人面对未知世界时大脑的一种反应，是人处理问题的方式，它需要在实践中逐步建立。自主学习的能力包括两个方面：自信和方法，首先应该在大脑中建立通过独立自主学习可以获得成功的自信，然后是在独立自主学习过程中摸索自主学习的方法，从而获得自主学习的手段。[1]可见现代大学教育，还要进行自主学习能力、创新意识和对未知世界探索欲望的培养。[2]
二、材料科学基础课程的特点
材料科学基础是材料、机械、化工等专业必修的一门专业核心基础课程，是锻造工艺、焊接工艺与焊接性、铸造工艺、材料成型与检测等众多材料课程的基础，具有很强的理论性和实践性，同时材料科学基础也是一门不断发展的科学，所以还具有探索性。通过这门课程的学习，学生可以获得材料科学的基础理论知识，同时还能使实践能力得到锻炼，并树立自主学习意识，发展自主学习能力，培养创新意识。
三、材料科学基础教学的组织
根据材料科学基础教学大纲的基本要求，可将材料科学基础的教学分为两个方面：课堂教学和实验教学。
材料科学基础课程的内容抽象、微观，具有较强的理论性。
抽象方面，比如晶体的原子排列、晶格类型以及晶面晶向等，都是晶体材料原子排列一般规律的总结，并被赋予了客观的准确描述，使其成为材料性能和组织分析的依据。与此相似的还有凝固理论、扩散原理等。
微观方面，材料科学基础中的晶体结构、晶体缺陷、合金相图等理论都涉及原子的排列和运动，学生只能借助高科技手段对原子运动的结果进行观测，并借助理论分析原子的运动。
在理论性方面，材料科学基础的内容涉及大学物理、化学等理论课程知识，教材中引入了大量的理论推导，以及通过理论推导的预测，要求学生拥有扎实的基础知识。[3] [4]
正是由于上述三个原因，在教学过程中学生反映对教学内容理解困难、不透彻。这不仅加大了教学的难度，也为高校将自主学习能力、创新意识和对未知世界探索欲望的培养融入这门课程的教学创造了条件。
为了帮助学生对知识的理解和培养学生的动手能力，本课程的教学采用课堂教学和实验教学相结合的方法。目前此课程仍存在实验教学同理论教学脱节的问题：1.实验内容犹如蜻蜓点水地从理论教学内容中抽取部分知识点设计实验，覆盖面小；2.实验内容不具备连贯性，在已安排的材料科学基础实验中，实验内容之间没有关联（实际上很多理论内容之间都是存在关联的），知识脱节。这两个方面的原因导致实验的效果都不理想。
受考研和就业的影响，学生平时在材料科学基础课程上所能投入的时间和精力有限，为了不增加学生的负担，也为了更好地开展实验教学，我们必须对材料科学基础的实验进行改进，其指导思想如下。
1.实验内容需包含材料科学基础的主要教学内容，实验内容根据教学内容环环相扣，即前一个实验的样品和结果是后一个实验样品制备的开端。
2.为了降低制备实验样品的工作量，减轻学生负担，在实验过程中始终使用一个样品，但是不同实验对样品处理的方法和步骤不同。
3.实验教学进度同课堂理论教学进度相匹配，实现同步，这样理论和实践可以相互促进。
4.修订实验指导书，其中应包含实验目的、实验原理、实验步骤等与实验操作相关的内容，使学生可以独立自主地完成实验，培养实践能力和自主学习意识。此外，实验指导书也包含一定的拓展内容。
根据上述的指导思想，表1按次序列出实验名称，同时给出了实验内容和对应的理论知识以及要达到的实验目标。表1中的实验是根据课堂教学内容次序和实验知识点的承接性安排的。正是由于内容具有承接性，所以样品可以连续使用，即晶相样品制备实验中使用的样品也是淬火处理及晶相组织观察实验的材料，然后对淬火后的样品进行退火处理及晶相组织观察实验，再对样品进行塑性变形及再结晶组织观察实验，最后用这些样品进行金属材料硬度同组织的关系实验。由于样品贯穿整个实验使用，降低了制备晶相样品的难度，同时没有增加学生的负担，实验内容也涉及了材料科学基础的主要教学内容。
■
为了培养自主学习意识，学生可以根据自己的实际情况自主安排做实验的时间，进而发挥自己的学习主观能动性。为了更好地同课堂教学相配合，要求学生的实验安排同课程教学的进度相匹配。在教师给学生的实验指导书中，需要明确实验目的，细化实验步骤，以及进行相关的试验结果讨论。同时为了拓展学生的思维，在实验指导书中需要提供更深层的理论和实践问题。
为了锻炼学生学习的独立性，在学生遇到不易解决的问题时，教师首先要求学生自主查阅相关的科技图书文献解决，其次鼓励学生主动与实验教师探讨获得解决方案，最后教师统一讲授给出解决问题的最佳方案。这样的安排对培养学生独立思考、独立解决问题以及与他人沟通的能力有很大帮助。[5]
通过课堂教学和实践教学相结合，同时将培养学生的自主学习能力、创新意识融入其中，使学生的学习自觉性明显提高，期末考试成绩大幅度提升，硕士研究生入学考试通过率和成绩也都得到提高。
四、结束语
材料科学基础作为一门理论和实践性都很强的材料专业基础核心课程，在其教学过程中除了理论讲授之外还要进行与理论紧密联系的实验。将这门课程的教学与培养学生的实践能力、激发学生自主学习与创新意识紧密结合起来，在培养符合21世纪需求的合格大学本科毕业生方面可以起到事半功倍的效果。
[ 注 释 ]
[1] 郭元祥.知识的教育学立场[J].教育研究与实验，2009.
[2] 周亨近等.高分子材料与工程“宽专业”培养模式和课程体系的研究与实践[J].化工高等教育，2002.
[3] 石珂德.材料科学基础[M].北京：机械工业出版社，2003.
一、纳米技术知识基础设施计划概述
1．纳米技术知识基础设施计划与纳米信息学2012年5月，即在材料基因组计划颁布11个月之后，美国“国家纳米计划（”NationalNanotechnologyInitiative，NNI）提出纳米技术知识基础设施计划，以确保美国在纳米领域可持续设计方面继续保持其国际领先地位。该计划旨在建立一个直接面向问题、面向需求的纳米技术知识基础设施，从而加快美国在纳米领域技术发现与技术创新的速度。从计划的内容与目标不难看出，此项计划与材料基因组计划有诸多相似相通的地方。提到纳米技术知识基础设施计划，必须要提及纳米信息学（nanoinformatics）这一重要的概念。纳米信息学指的是开发和实施有效的机制以帮助相关机构对纳米技术信息进行收集、验证、储存、分享、发掘、分析和应用，覆盖整个纳米领域，影响到研究、开发以及应用的方方面面。一个不断完善的纳米信息学基础设施将通过不断改善实验数据的再现性，以及通过促进工具和模型的开发和验证，而将数据转换成信息加以应用，从而确保国家纳米技术可持续性发展。因此，纳米信息学将为纳米材料和产品的合理设计，研究方向最优化和风险评估奠定坚实的基础。从这个角度来看，纳米技术知识基础设施计划和纳米信息学的发展同时也为材料基因组计划的实施提供了必要的补充与帮助。
2．纳米技术知识基础设施计划的基础与助推力（1）多元化的合作团队建立一个由科学家，工程师和技术人员组成的多样性的协作团队，对于美国纳米技术的研究、开发和应用至关重要，它们是美国纳米技术核心竞争力的中坚力量。该团队涉及纳米技术研究、开发乃至产业化的方方面面，包括多方面的研究力量，主要有：实验科学家、计算科学家和理论家，产业工程师，负责材料合成、测试、质量监控等的技术人员。（2）跨学科的协作网络建立一个灵活的可以开展多学科知识协作的网络，有效衔接基础实验研究、建立模型和应用开发，对于提高研发效率具有重要的作用。可靠的计算模型能够准确地预测和设计具有理想性能的纳米材料并进行风险评估和管理。此外，模型在开发新概念以及加深人们对纳米级材料的性能和行为的理解方面也起着重要作用。因此，当模型和实验结果在网络中能够被迅速分享时，基础研究与应用开发就可以更加有效迅速地连接起来，从而有的放矢提高研发效率。（3）可持续的计算工具箱一套能够促进实验分析和理解纳米材料的计算工具对于完成纳米技术知识基础设施计划而言至关重要。计算工具能够帮助人们发现在当前理论框架中不明显或难以表现出来的材料的性能与现象之间的关系。因此，经过验证、易于访问且得到良好维护的模拟软件将对纳米材料的性能和行为做出可靠的模拟，从而有效帮助纳米材料的设计与开发。（4）坚实的数据基础纳米技术知识基础设施计划迫切需要建立一个坚实的纳米技术数据和信息基础，将纳米材料设计、合成、性能、现象以及对生物和环境的影响等方面实验数据进行整合。开源数据与软件、开放获取的方式、通用的数据传送与存档格式、标准化的词表等都是建立这一基础的必要条件，对研究人员管理与储存实验数据具有重要的意义，同时也将极大地促进不同学科间研究人员的数据共享与彼此合作。
3．纳米技术知识基础设施计划与材料基因组计划相互促进、共同发展材料基因组计划是美国众多行业众多机构为加速本国先进材料的发现和巩固制造业的地位而共同做出的努力。纳米技术知识基础设施计划与材料基因组计划的合作涉及纳米技术知识基础设施计划的所有方面，特别是研究方法和数据方面的建设。通过相互间合作与交流，纳米技术知识基础设施计划与材料基因组计划将实现互利共赢。因此，这里所介绍的纳米技术知识基础设施计划将直接为材料基因组计划作出贡献。纳米技术知识基础设施计划试图通过模型、模拟工具和数据库的发展，以实现对纳米级尺度和亚微秒领域里各种现象的预测。相比来说，材料基因组计划的范围要宽得多，既包括纳米级别也包括宏观尺度的材料信息。纳米技术知识基础设施计划的实施对材料基因组计划来说，将是其重要和有利的补充。纳米技术知识基础设施计划取得的重要成果，如数据格式标准化，使实验科学家与理论家相结合以加速材料设计的方法等可适用于材料基因组计划的其他相关领域。同样，通过材料基因组计划开发出的与纳米材料相关的方法和标准等也可以在纳米技术知识基础设施计划的工作中进行探索，测试和评估。通过持续的交流与合作，在这2项计划指引下合作的各部门成果将推动整个时间与空间范围内材料的研究与开发，以进一步提高美国在材料与制造领域甚至更广泛领域的竞争能力。
二、启示与建议
材料基因组计划后，我国学术界迅速做出了反应。在中国科学院和工程院的推动下，计划的当年，近百名材料领域的科学家会聚北京香山，召开了“材料科学系统工程”会议，并提出建设集理论计算、数据库和测试三位一体的共用平台、实现重点材料示范突破以及成立多方协作的指导委员会等建议。在过去的2年多里，在中国工程院、中国科学院、科技部等机构以及上海市、北京市等地方政府的努力下，我国的材料基因组计划正在逐步落到实处，其研究理念也越来越多地被学术界所接受和采纳，不同学科背景的研究人员也逐渐投身此中。十几年前的“人类基因组计划”，我国尽管在后期也有少量参与，但是并没有能抓住那次重大科学计划的先机。因此，面临比“人类基因组计划”更为广泛的“材料基因组计划”，我国政府和相关机构能够迅速做出响应并踏实努力，确实有很大的进步且值得肯定。但在赶超的过程中，我们决不能简单照搬国外计划的内容与方案，而应深入消化吸收，并结合自身情况做出适合国情的选择与决定。
1．积极鼓励并大力发展原创的材料计算软件美国材料科学家已经通过不断改进计算方法，在计算预测模型上取得了不少成果，只是苦于一直没有合适的平台向制造业分享这些研究成果。材料基因组计划正是为他们提供了一个向材料科学家和制造商在内的整个材料科学界共享数据和计算工具的平台。当然在建立这个平台的过程中，随着交流与合作的加深，还将伴随计算工具与方法的不断改进与提高。而我国在材料计算软件上的开发几近空白，几乎没有自主知识产权的通用程序包。除了个别单打独斗的研究小组，我国材料计算大都依靠外国商用软件，在使用上有很大的局限性。因此，我国推动材料基因组计划的发展，首先亟需解决的是形成规模化的长期稳定的开发队伍，开发自主知识产权的各种模型、算法和大规模科学计算软件，摆脱国外软件的垄断和限制，为我国新材料产业的全面发展打下坚实的基础。
2．依托现有基础将数据库建设细化对材料的性能进行成功模拟和预测取决于2个基本要素，一是计算模拟方法和软件，另一个就是材料数据库。从材料领域的广度和深度，不难看到建立材料数据库将会是一项庞大的系统工程，需要政府、学术界、产业界通力合作，需要投入大量的人力物力和时间才能完成。高度规范化的系统数据库是决定这项计划成败的关键。美国政府也并没有从零开始建设，而是依托纳米技术知识基础设施计划的实施或者IBM和哈佛大学这样的机构自身的基础进行建设。我国可考虑依托“863”“、973”、国家科技支撑项目、国家自然科学基金等现有科技计划，对已完成项目的实验数据进行整理归纳，在统一的加工、标引与建设规范的指导下，逐步建设完成整个材料领域的数据库。2014年3月正式开通的“国家科技报告服务系统”，可系统查阅国家科技计划项目所产生的科技报告，涵盖国家科技投入产生的大量科技信息和数据。如果能够设计合理的字段与入口，也极有可能对材料领域的数据库的建设起到支撑与帮助作用。
关键词：创新人才培养；本科教育；基地班
作者：王海龙，刘民英，张玲，陈静波
高校是培养人才的前沿阵地，肩负着人才培养的光荣任务，制定合理的人才培养方案和科学的管理制度是高素质人才顺利成长的有力保障。材料科学与工程创新基地班是郑州大学在工科院系设立的第一个人才培养实验班，实行精英型个性化培养方案，注重厚实的基础知识教学，进行全新的创新能力和科研素质的培养，以培养具有材料科学专业思想、熟悉掌握材料科学的基本特点最终能够制造先进材料的精英人才为目的。这一人才培养方案的实施为解决我国面临的高层次创新型人才匮乏等难题提供了有效途径，有望打开创新人才培养模式的新局面，加快我国从人力资源大国向人力资源强国转化的进程，为人才规划实施作出应有的贡献。
一、材料科学与工程创新基地班的定位
郑州大学材料科学与工程创新基地班于2006年12月正式成立，其定位为：“立足于为河南经济建设和社会发展服务，发挥学科齐全、梯次结构合理的优势，本科与研究生培养并重，全面提升学科、专业实力和水平，努力建设成为培养工程应用和科学研究创新型人才教学研究型学院。”依据学院学科和教学基础，结合所承担的国家教改项目“发挥学科与区域优势，构筑材料三级实践载体，培养具有创新意识的应用型人才”，以“厚基础、宽专业、重创新、高素质”的复合型人才为目标，培养适应未来发展要求具有科学前沿意识、创新精神和创业能力的高级研究型人才和实践应用型人才。
二、材料科学与工程创新基地班的培养方案
围绕专业建设和人才培养目标，材料科学与工程创新基地班对本科生的培养方案进行了较大规模的调整，体现了素质教育和创新教育理念，并遵循人才成长规律，注重系统性、前沿性和适应性，强调材料科学类课程与材料工程类课程的协调统一和同步建设。在学校政策引导和学院学科发展的统一要求下，构建起“平台+模块+课程群”的课程体系，其中平台课程注重学科基础教育，强调重视教育、体现宽口径；模块课程突出学科发展特色，设立了高分子材料科学与工程、无机非金属材料科学与工程、金属材料科学与工程三个模块，课程分别由主干课和实践教学环节构成；课程群由学科选修课和跨学科选修课组成，总学分控制在173学分。改革后的教学培养计划既体现了“厚基础”，又体现了“宽专业”，并强调学生创新能力的培养，在主体培养应用型人才的基础上，分层次、分步骤培养不同的人才，适应不同应用领域的需求，分别从事应用实践、技术创新、科研管理等工作。
1.注重基础，夯实理论教学
在课程体系方面，基地班强化国外名校、名教材英语教学课程和研究性教学课程，采用国际上通用的原版教材、自编教材及国内优秀教材，知名教授讲授基础课和专业课，采取双语授课。主要课程有高等数学、大学物理及实验、线性代数、物理化学、材料科学与工程基础（部级精品课程）、材料近代研究方法（英文）、材料成型原理、材料科学与工程导论、工程制图、普通化学、电工学、工程力学、机械设计基础、高分子化学（英文）、高分子物理、材料成型原理、合金及熔炼、无机材料科学、无机复合材料学（英文）、陶瓷工艺原理（部级精品课程）等。
在教学计划方面，实行第一、二学年所有课程打通，第三学年第一学期部分课程打通，第三学年第二学期必修课和全院范围内的限选课组中任选相结合。
2.加强技能，拓宽专业知识
基地班覆盖材料学、材料加工工程以及材料物理化学等领域，以金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料的合成和成型加工为重点，学习现代新材料、新技术所依赖的基本知识和技能，掌握材料合成原理、工艺、结构与性能之间的关系，进行各种材料的成分设计、合成、成型加工和应用。
3.重视创新，强调因材施教
在夯实学生科学文化知识基础的同时，基地班还着力培养学生的创新精神和创新能力。
在实践教学环节，引导和鼓励学生尽早进入实验室参与科学研究。近三年内，学院已经有12个由学生主持的实验项目获得国家大学生创新实验项目支持，其中大部分学生是基地班的。学院实验中心对基地班学生全面开放，学生可以利用课余时间在实验中心开展实验实践活动，全面提高自己在实验中发现问题、分析问题和解决问题的能力。
此外，学院还积极与校内外部级重点实验室、工程技术中心联合建立独特的实习基地；在毕业实习和设计环节中，引入类似硕士研究生的训练模式，以培养学生的前沿科学意识和独立的创新能力。
4.强化素质，注重全面发展
发达国家的高校都将提高学生的素质作为主要目标。他们充分利用学校的各种资源开展诸多实践教育，有效地开阔了学生的知识面，增强了学生认识科学和揭示科学的信心。基地班始终注重学生的德、智、体、美全面发展，鼓励学生选修学校的素质教育课程，并增设开放实验和暑期课堂学分，鼓励学生跨学科进行开放实验，拓展知识面。在暑期，鼓励学生走进高新企业研究机构或者国内知名科研院所进行跟班学习，使学生通过接触或参与实际科学和技术难题的攻关，掌握科学研究的基本思路和方法，并将所学习的基础理论知识与实践应用联系起来，提高学习兴趣和实践动手能力。这些实践教育可以强化素质教育，有效提高学生的实践创新能力。
三、材料科学与工程创新基地班建设和管理模式
1．基地班建设
成立基地班建设工作小组，由院长、分管教学的院长、骨干教师和管理人员组成。基地班建设工作小组的主要职责有以下6项。
（1）研究制定基地班建设总体规划和基地班建设管理办法等文件，审核基地班发展规划，对基地班发展方向和改革决策提出指导性意见。
（2）指导、监督和推进基地建设与改革，检查基地班教学效果和培养质量。
（3）筹措基地班建设的经费并监督经费的使用情况和使用效果。
（4）组织基地班建设项目和方案的筛选、审定。
（5）商讨解决基地班建设中存在的问题，协调教学、科研、实验室等有关部门的工作为基地班建设服务。
（6）迎接上级主管部门的检查和评估。
基地班建设工作小组实行例会制度，定期商讨基地班建设过程中出现的各种问题，帮助解决实际问题，重大问题直接向党政联席会汇报。
学院设基地班建设工作小组办公室，负责基地班建设与各基地班的日常教学管理工作，办公室设在本科教学办公室，并配设秘书负责基地班的日常教学工作。
2.基地班管理模式
基地班的管理采用“三制”，即班主任制、导师制和末尾淘汰制。实行班主任和导师双层管理，学院主管教学的副院长担任基地班班主任，负责全院各年级基地班的建设与培养工作。前两个学年按成绩高低实行滚动，基地班末尾5名学生与非基地班学生交换，实行末尾淘汰。
在博士生导师和部分知名教授中为基地班遴选导师，学生在导师的指导下完成基础平台课、专业基础课、专业课、素质课的学习以及毕业实习和毕业设计。
四、基地班学生选拔办法
基地班每届招收30人，首届自2006级本科生开始。基地班学生的选拔需经过3个步骤。
（1）材料科学与工程专业本科生根据第一学期末相关公修理论课程（含外语）的总成绩进行排名，初选前50名学生。
（2）以英语、数学、大学物理的三个学科的单科成绩为依据，低于75分者被淘汰，剩下的学生以三科总成绩排名，选出前36名。
（3）经专家面试，最终选取30名进入基地班学生。基地班学生确定后公示5天，对不符合条件的入选者经核实后取消其资格，所缺人员根据排名递推增补。
五、材料科学与工程创新基地班建设成效
经过近4年的成长，材料科学与工程创新基地班已经逐步形成完善的创新型应用人才的培养模式，并成功培养了第一届毕业生。这些学生中有多人在省级以上的大学生科技竞赛活动中获得奖项，其中白阳同学主持的“一种使用新型材料处理废水的装置”项目获得第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛三等奖。首届30名毕业生中有24人考入诸如浙江大学、中国科学研究院等国内著名院校或研究机构进行研究生阶段的学习，其余6人分别进入美的微波电器制造有限公司、比亚迪汽车销售有限公司、中铁隧道装备制造有限公司等著名企业从事技术研发和管理工作。
基地班人才培养模式的改革探索不仅是国家教改项目研究的一个重要研究内容，而且作为工科类基地班的试点，在三级实践载体建设、师资力量的配置、创新人才培养计划的调整、本科生提前进入实验室、开设开放性实验、实行导师制、学生的创新活动开展等方面都具有一定的可借鉴性，同时这一应用型人才培养经验还可进一步推广到其他工科专业，以提高相关专业本科生的培养质量。
Song Jinling；Cai Ying；Wang Ruifen；Zhang Guofang；Zhou Yujie; Fan Wenjun
（内蒙古科技大学稀土学院，包头 014010）
（School of Rare Earth，Inner Mongolia University of Science & Technology，Baotou 014010，China）
摘要：人才培养模式的优略直接关系到人才培养的水平，对于内蒙古科技大学稀土学院新成立的材料化学专业建立合适的人才培养模式是非常必要的，文章从培养目标的定位、课程体系的设置、实践教学体系的建立、师资队伍的建设和教学手段的改进方面进行了研究并付诸于实践。
Abstract: Talent training model is close to the level of talent training. It is necessary to establish appropriate talent training model for Materials and Chemistry Major, School of Rare Earth, Inner Mongolia University of Science & Technology. The article researches and practices in target positioning, course system set, establishment of practical teaching system, faculty building and improvement of teaching way.
关键词：材料化学 人才培养模式 教学 实践
Key words: materials and chemistry；talent training model；teaching; practice
中图分类号：G42文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）20-0273-02
0引言
材料化学是近年来随着材料科学的快速发展与社会需求的日益增加新开设的一个专业，它是一门新兴的交叉学科，是工程、信息、新能源等高科技产业和技术发展的重要基础。结合我校学科建设的需要和人才培养和地方经济发展的需求，我院于2009年申报了材料化学专业，由于各方面的迫切需求当年就被获批，并于2010年9月招收了第一批新生。
尽管从90年代初由复旦大学成立第一个材料化学专业开始, 目前在国内已有约90多所高校相继开设了此专业，但是由于材料本身的多样性，以及各高校开设此专业的背景和所依托的优势学科各不相同，所以尽管专业名称都叫材料化学，但是各个学校的材料化学专业的人才培养模式、教学内容都相差很大[1-5]。而我校设立此专业的初衷就是发展和完善内蒙古自治区的地区高等教育，为当地乃至全国各地的建设事业培养合格的急需人才，为了满足这一初衷就依赖于材料化学专业的人才培养模式的制定，基于此，对于刚成立不久的材料化学专业，制定具有专业特色的人才培养模式势在必行。
1明确培养目标, 体现专业特色
坚持“结合材料科学发展的大方向和工科院校在材料领域的人才需要对材料化学专业人才培养进行定位”的原则，材料化学专业人才培养的基本目标是:培养适应社会主义现代化建设需要的、德智美体等全面发展的，掌握化学及材料学科的基本知识和基本理论，具备材料设计、开发、检验等基本技能，能在材料、化工及相关的领域从事新型材料研制、质量检验、产品开发、教学及技术管理等工作的基础扎实、知识面宽、实践能力强、综合素质高、具有创新意识的应用型、研究型人才。
通过学习材料科学方面的基本理论和技术，受到现代科学思维和科学实验方面基本训练；掌握材料化学相关的基本知识，具有运用本专业知识进行材料研究和技术开发的基本能力。使培养出来的毕业生具有以下几方面的知识和能力:具有较扎实的自然科学基础，较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力；具备扎实的基础化学知识及基本实验技能；掌握材料制备、材料加工、材料结构分析，材料性能测试与表征等方面的基础知识、基本原理和基本实验技能；获得本专业领域的实践能力训练，具有较强的计算机和一定的外语应用能力；了解材料化学的理论前沿、应用前景和发展动态，以及材料、化学化工及相关产业的发展状况；具有较强的自学能力、创新意识和较高的综合素质，能够创造实验条件，归纳、整理、分析实验结果，撰写论文，参与学术交流。
以上这些培养目标可以说是各个高校的材料化学专业共同的、基本的培养目标。然而，为什么具有共同的培养目标还要在众多高校中开设材料化学专业呢？而且还会陆续允许在其他没有此专业的高校开设？这主要是由于各大高校所注重的专业方向、专业特色不同而导致的。
内蒙古科技大学地处稀土资源丰富、部级以“稀土”冠名的高新技术产业开发区――包头市，经过多年的发展，包头形成了稀土冶炼、稀土材料加工和器件开发的产业链，但是由于客观条件的限制，目前仍以产品的简单加工为主，高附加值的产品很少，这主要源于理论研究水平较低，缺少专门的专业人才的培养，使该领域专业人才匮乏，直接制约着稀土事业的发展。我校设置材料化学专业，目的就是通过该领域专业人才的培养，加速将稀土资源优势向经济优势的转化，为地区经济的可持续发展做出贡献。因此在此背景下，我院的材料化学专业是工学学科并将侧重于稀土材料的制备、组成、结构、性质及其应用，尤其稀土在催化领域的应用，如光催化和热催化方面。通过此专业的学习，学生能够从理论上、从分子水平设计和构筑稀土材料，从而改善材料的性能，扩大其应用范围。
2完善课程体系，优化课程设置
本专业秉承夯实基础，提高能力、拓宽范围、接触前沿的理念，根据国家经济建设对专业型、应用型、复合型和学习型人才的需要，在遵循“重基础、宽口径和强能力”教学改革原则的基础上，在构建材料化学专业课程体系时，主要采取下列原则：加强基础理论，拓宽专业口径，重视实验教学，设立专业方向模块,适当增加选修课比例[1]。因此，该专业的课程体系由公共基础课、专业基础课、专业必修课和专业选修课四个部分组成。其中分别以材料和化学的基础课为专业基础课，并侧重于稀土的原则，设立了专业基础课，其主要包括：化学基础理论、稀土元素化学、稀土冶金物理化学、基础有机化学、结构化学、稀土元素分析、材料力学、材料科学理论基础和催化原理；在懂得材料和化学的基本原理的基础上，了解材料的结构与性能的关系，设立了专业必修课，其主要包括：材料物理、材料化学、材料性能学、材料表面与界面化学、材料分析与测试技术、材料制备科学与技术、材料工程基础、稀土功能材料、化工过程与装备和光催化与光电催化。为了增加学生的知识面、对前沿的了解和某方面知识的升华，进而开设了专业选修课，其主要包括:纳米材料与应用、能源材料、稀土资源与保护、现代催化研究方法、高分子化学、环境化学、数据分析与处理技术、专业英语。从以上的课程体系中，可以看出：一方面稀土的基础理论、稀土功能材料、稀土资源与保护构成了稀土的模块，催化原理、光催化与光电催化和现代催化研究方法构成了催化的模块，体现了专业的特色；另一方面，以材料和化学广泛扎实的基础知识和材料的制备、性能与应用的相关课程体现了专业的宽泛。
3建立系统的实践教学体系，强化实践能力的培养
材料化学是研究材料的制备、组成、结构、性质及其应用的一门科学。它既是材料科学的一个重要分支，又是化学学科的一个组成部分。材料化学跨越了材料和化学两大类学科。涉及的内容极为广泛，具有明显的交叉性、边缘性和应用性。尤其对于工科院校，更注重学生实践能力的培养。基于此，在不同的阶段为学生设立了相应的实习和实践的环节。包括：大一的军训、大二的工程教育、大三的金工实习和生产实习、大四的毕业实习和毕业设计这一部分基本上是每个工科院校都应该开设的。除此之外，我院将传统的“专业基础实验随课同上”的传统方式进行了改革，将各部分实验都从相应的课程中删掉，将实验从大二下半学年到大四上半学年连续五学期集中开设。这样就可以设计一些学科交叉的实验，更能让学生将所学的单独的知识通过这样的实验更好的融会、更好的消化吸收。并且可以让学生发挥自己的主观能动性并结合自己的个人兴趣设计一些实验，真正做到学以致用，让学生自己有所感悟，这样就反过来会促进学生主动学习的知识性，而且通过这样的良性循环让学生从中学会如何学习的方式，建立提出问题、分析问题、解决问题的方法和思路。
4加强师资队伍建设
师资是专业建设和人才培养的基本保证，由于我院的材料化学专业刚刚成立，本专业的师资队伍正处在一个起步的阶段，目前仅十余人，随着学生招生人数的增加，将不断加强师资队伍的建设，建立合理的教学梯队。由于材料化学专业是一个新型的交叉专业，对于高学历的本专业的人才相对单独的材料和化学专业比较少，因此对于高学历的人才我们将遵循本科是化学类专业、研究生是材料类专业或者本科是材料类专业、研究生是化学类专业的人才进行引进的原则，并尽量挑选一些研究方向与我院的专业特色相吻合的人才，以保证专业课和实验环节的顺利开展。另外，为了提高教学质量实现人才培养目标，发挥教师的主导作用，我们要求每位教师都必须明确培养目标，参与教研教改工作，参与课程体系建设，参与教学大纲的制定和修订。在加强学习的同时，通过教研教改活动，把握专业的发展,提高自身的素质，有的放矢地指导教学，统一协调地工作,确保教学质量的提高。
5加强教学方法和教学手段建设
随着高科技的发展，在教学过程中，教学方法和手段也应该充分利用高科技，帮助学生更好地学习，从而提高教学质量。首先，教学方式不应该仅仅是简单的PPT讲述和黑板板书，而是应该充分利用多媒体技术，丰富教学课件，做到图文并茂、有声有色、生动形象，调动学生的主动性和积极性，在轻松愉快的环境中，把知识不知不觉地传授给学生。其次，教学过程中应该多采用启发式教学。授课并不是填鸭式地把知识灌输给学生，而是应该注意引导学生自己去学习、去思考、去探索，培养学生自我学习和思考的能力。要做到“授之以渔”，而非“授之以鱼”，才能更好地培养学生的创新能力，真正达到素质教育的目的。
总之，材料化学专业作为一个新型的专业，它的发展需要经过一个不断探索、不断发展和完善的过程。但可以预见的是，在科学、可持续发展的高等教育管理制度下以及学院注重软、硬件建设的情况下，而且随着西部的开发和经济的发展，材料化学专业将会培养出“厚基础、宽专业、强技能、重应用、能创新、高素质”的人才，并为西部的高等教育质量和经济发展做出应有的贡献。
参考文献：
[1]陈晓刚，袁毅桦等.地方高校设置材料化学专业的探索与实践[J]．广东化工，2006，33(10)：103-105．
[2]艾仕云,周杰,高吉刚：高等农业院校材料化学专业建设探索与实践[J].中国农业教育,2007,（5）,24-34.
[3]董秋静，罗春华，寒燕，崔玉民.教学型高校材料化学专业的定位及课程体系的思考.广州化工，2009,37（9）：228-30.
关键词：创新实践能力；材料专业；基础实验；教学改革；立体化实验教材
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）20-0278-03
当前，党中央、国务院高度重视创新创业人才培养，在国家“大众创业、万众创新”的号召下，基于创新实践能力培养的材料专业基础实验教学改革具有重要意义。辽宁省《关于推动本科高校向应用型转变的实施意见》中明确了本科高校向应用型转变的指导思想，要求高校培养应用型人才，增强学生就业创业能力。材料是工业的基础，也是各个领域科学技术进步的基石。材料类专业学生不但要掌握材料的制备、结构、性能和应用效能之间相互关系理论及其相关技能，而且，还要具备创新性思维、实践动手能力和研究能力。而无机材料科学基础及专业基础实验是培养学生创新实践能力的重要课程，也是学生日后从事新材料研究与开发的重要专业基础理论和实践课程。因此，为使无机材料专业创新能力和应用型人才培养的教学改革有效推行，本文结合大连工业大学无机材料专业基础理论课程和实验教学的目的和特点，分析探讨了基于创新实践能力培养的无机材料专业基础实验教学改革思路及其实施办法。
一、专业基础实验教学改革的重要意义
在无机非金属工程材料专业的教学过程中，“无机材料科学基础”理论课程及其相对应的“无机材料基础实验”在培养大学生创新思维和实践动手能力中发挥着重要作用。无机材料科学基础是无机非金属工程材料专业中一门理论性强、概念抽象、知识面广的专业基础课程。近年来，无机材料科学基础已经建立了课程教材、实验指导书、视频课堂、知识题库、多媒体教案等一系列教学方法和多媒体教学形式，并且在教学实践中取得了较好的效果，课程也成为辽宁省专业精品课程。2014年大连工业大学无机非金属材料工程专业在辽宁省专业评价中综合排名位居省内同类专业第2名，2015年获评辽宁省无机材料实验教学示范中心，这是本专业不断探索专业基础实验教学改革的成果体现，也是大连工业大学多年来重视大学生创新思维和实践能力培养目标的成果体现。
然而，随着科学技术和知识层次要求的进一步提高，尤其是新材料品种的日益发展，传统的平面知识和简单的模拟逐渐不能适应培养创新和应用型人才的要求。基于此，为了更好地发挥精品课程的作用，教研组积极探索新的无机材料专业基础实验教学思路和教学模式，力图结合专业发展、学科方向调整、就业形势需要和创新创业训练等不同要求，进一步提升专业基础实验教学效果，使学生真正掌握专业基础理论知识的精髓，提高其动手实践能力和分析问题、解决问题能力，并使其在技术实践过程中具有创新性思想。因此，对无机材料专业基础实验进行有效的教学改革，对于培养具有创新思想和实践能力的应用型人才具有重要意义。
二、专业基础实验教学改革的具体举措
无机材料专业基础实验教学改革的基本思路是，紧密围绕教育部提出的创新创业教育和辽宁省提出的应用型人才培养的战略部署，根据无机材料专业基础理论知识体系的构成和特点进行相应的实验教学改革。具体举措如下。
1.用科研实例提升实验教学效果。无机材料科学基础课程内容涉及了无机材料的制备、组成、结构、性质和应用效能的基本理论问题，主要包含4个模块：（1）无机材料微观结构理论知识模块：主要内容为材料结构基本知识，例如晶体结构基础、晶体结构缺陷和固溶体等；（2）无机材料表面与界面知识模块：主要内容为固体表面与界面以及浆体的胶体化学原理等；（3）无机材料热力学模块：主要内容为熔体和相平衡、相图等；（4）无机材料高温动力学模块：主要内容为扩散、相变、固相反应和烧结等基础理论[1-5]。
为了让学生真正理解和掌握专业基础理论知识，在实验教学中，教师要注重将科研和生产实例融入到基础理论的讲解中，特别是教师自身的科研实例往往会引起学生的极大兴趣和学习动力。例如，在讲授晶体结构缺陷内容时，一方面通过比喻、类比法等介绍晶体通过热振动产生的本征缺陷以及通过杂质原子掺杂、取代产生的非本征缺陷；另一方面，通过介绍具体的科研实例来形象地说明由于杂质引入而产生缺陷的机理及其对材料的影响，如教师正在进行的钛酸钡基热敏陶瓷的研究，就是由于La3+掺杂和取代部分Ba2+，使材料微观结构中产生缺陷和载流子，从而获得室温能够导电的低电阻钛酸钡陶瓷；而Mn2+的掺入又会因晶界的改变而使其达到良好的热敏电阻效应。教师对某种新材料在研究中遇到的问题及其涉及到的相关理论知识的介绍，常常会使学生产生一种豁然开朗的感觉：噢，原来专业基础理论知识在材料研究中起到如此重要的作用。这样可使学生深刻地体会到，只有学好专业基础理论知识才能产生创新思想，提高分析问题和解决问题的能力，进而研究和发明一种性能更好的新材料。在一个个科研实例的穿插讲解中，学生不但很轻松地深刻理解了相关的专业基础理论知识，而且还提高了学好无机材料专业基础理论知识的兴趣和动力。
2.通过虚拟仿真促进实验教学。在无机材料专业基础理论教学中，晶体结构和缺陷部分是学生感到最抽象、最难学的内容。为了让学生充分体会材料晶体结构对材料性能的重要影响，课堂上教师可通过模型、动画举例、类比法加深学生对基础理论知识的理解；同时，在实验教学中，还可通过增加对晶体结构的虚拟仿真实验，让学生在电脑上自行组装晶体结构，使其充分理解晶体密堆积原理、立方结构、六方结构和四方结构的不同以及其他有关晶体结构的理论知识。
无机材料晶体结构虚拟仿真实验不仅可以展现不可视的晶体结构或原子排列原理，而且对于培养学生自主学习、自我训练及创新意识具有重要作用。目前，虚拟仿真实验已成为实验室建设的一个重要l展方向[6]。
3.通过创新性和研究性实验加强创新实践能力培养。在无机材料专业基础实验教学中，应始终把创新思维和实践动手能力的培养目标放在首位。构建多层次、模块化的实验课程体系，特别是加强综合设计性实验和研究性实验的建设[7]。高级应用型人才的培养目标，要求学生必须具有系统的专业基础理论知识和很强的创新能力和实践动手能力[8，9]。近几年，教研组教师在响应国家培养大学生创新精神和实践动手能力的号召下，相继开设了一系列的专业基础综合设计实验教学内容，例如涉及到相变以及成核和析晶理论知识的“陶瓷结晶釉的综合设计实验”和涉及到缺陷和扩散知识的“掺杂钛酸钡功能陶瓷的综合设计实验”等，在培养学生实践动手能力方面取得了显著成效。为了进一步培养和提高学生的实践动手能力，培养应用型人才，教师还要在实验教学中增加更多有利于培养学生创新精神和实践动手能力的科研创新性实验，提高其分析问题和解决问题的能力。
综合设计性实验和研究性实验对于促进学生创新精神和实践能力的培养起着重要作用。在材料结构与性质关系的实验教学中，除了通过虚拟实验仿真使学生理解、掌握和巩固相关理论知识基础外，还要让学生亲自动手组装一些最新功能材料的晶体结构，使学生在学到基础理论知识的同时，还能掌握材料领域最新的技术发展动态及其相关理论。例如，钙钛矿结构、钨青铜结构和尖晶石结构是目前新型功能材料研究中经常涉及的晶体结构，它们在光催化材料、电子功能陶瓷和其他新材料领域中发挥着重要角色。其中，具有较高实际应用意义的钨青铜结构材料，在制备过程中，微观结构的空穴中会由于进入不同直径的金属离子，导致材料的晶体结构、晶面指数等参数发生较大的变化，直接影响到材料的光学、电学等宏观性质，而这些微观变化仅仅通过平面文字描述及简单的多媒体模拟很难做出全面系统的描述。这一点，在教学实践中我们深有体会，学生往往更愿意看得到和摸得到这种材料，如果能够自己组装这种材料的晶体结构就更有效果了，用“身临其境”表示这种情况可能更恰当些。因此，鼓励学生尝试用基本单元“原子”为骨架自己搭建出材料的微观结构，能够促使学生更快明白这种材料的结构与性能的相互关系理论。
在加强学生创新精神培B方面，还要力争每个实验内容都涉及到一种新材料的制备及应用，使所涉及的材料制备过程及性能测试能够充分利用到无机材料专业基础理论知识。也就是说，在新材料的制备过程中，要让学生充分体会课堂学到的基础理论知识在实验和新材料制备中的体现，增强学生的学习兴趣和动力。在此基础上，进一步让学生自己设计新的实验过程，培养其创新精神和实践能力。
4.努力建设立体化实验教材。立体化实验教材体系的建设是实验教学改革中注重培养学生创新精神和实践能力、培养应用型人才的有力保证[10]。针对无机材料专业基础实验立体化教材建设，教研组将从完善实验内容、电子课件和网络课程三个方面入手：（1）在实验内容方面，进一步完善实验内容，增加基础理论知识与实验内容及新材料应用之间相互关系方面的介绍，让学生对所要进行的实验有一个全面的基础理论知识框架及其在实际科研、生产中的应用背景的认识，以此促进学生对理论知识的掌握和提高实验的兴趣和动力。（2）在电子课件方面，通过制作动画、拍摄视频等，制作生动形象的电子课件，使学生对所要用到的实验仪器和操作步骤有一个完整的了解和掌握。（3）进行实验网络课程建设，使学生通过实验网络课程，可完成实验原理预习、操作步骤预习、实验重点与难点、思考问题、在线讨论、辅导答疑和文献资源下载等几方面内容。通过实验网络课程的开设，学生对实验的自学、预习、复习和总结突破了传统的时空限制而变得轻松灵活，为真正的动手实践奠定了坚实的基础。
三、结语
随着经济技术的快速发展，材料在电子、信息、生物、环境等科学技术发展中的作用日益显著。许多新产品的开发和新技术的进步，都依赖于材料的改进和新材料的研发。材料专业基础实验教学在培养大学生的创新思想和实践能力方面发挥着重要作用。实验教学不再单单是为了增强和巩固专业基础理论知识，而且，更为重要的作用是通过实验环节培养学生的创新性思维和实践动手能力，培养学生分析问题和解决问题的能力。将实验教学与教师的科研项目和成果相结合，会大大提高学生对基础理论知识掌握和科学研究的兴趣和动力；而实验仿真和立体化实验教材有助于进一步提高专业基础实验教学效果，使学生都能成为具有创新精神和实践能力的应用型人才，从而满足社会对相关领域的人才需求。
参考文献：
[1]王艳荣.无机材料科学基础教学实践与改革探讨[J].高教论坛，2007，（2）：128-129.
[2]李敏.《无机材料科学基础》课程建设与教学模式探讨[J].中国科教创新导刊，2011，（23）：39-41.
[3]宋晓岚.《无机材料科学基础》课程建设与教学改革探讨[J].理工高教研究，2004，23（2）：109-110.
[4]马晶，张永明，曹大力.无机材料科学基础课程教学实践与学习方法探讨[J].科教文汇，2012，（1）：56，69.
[5]杨为中，周大利，尹光福，姚亚东，苟立.无机材料物理化学课程教学实践与教学改革[J].教学研究，2010，33（5）：38-40.
[6]李亮亮，赵玉珍，李正操，林元华，潘伟，闻星火.材料科学与工程虚拟仿真实验教学中心的建设[J].实验技术与管理，2014，31（2）：5-8.
[7]王志伟，张田梅.构建多层次、模块化、开放式的实验教学体系[J].黑龙江高教研究，2008，169（5）：162-163.
[8]吴凤娇，把多铎，许景辉，张宁.高校大学生创新能力培养的审视与思考[J].中国电力教育，2013，（25）：42-44.
