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中美高校材料科學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)比較

2016-05-30 07:40:05張聰惠王耀勉肖桂枝宋薇
教育教學(xué)論壇 2016年24期
關(guān)鍵詞:材料科學(xué)基礎(chǔ)課程體系

張聰惠 王耀勉 肖桂枝 宋薇

摘要:通過(guò)對(duì)比美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)(OSU)和國(guó)內(nèi)某高校材料科學(xué)基礎(chǔ)的本科課程體系,從專業(yè)課程、實(shí)踐教學(xué)、課堂教學(xué)方法和考核體系四個(gè)方面,對(duì)兩校存在的教學(xué)差異進(jìn)行了分析,提出了改善國(guó)內(nèi)某高校材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)的思路與建議。

關(guān)鍵詞:美國(guó)俄亥俄州立大學(xué);材料科學(xué)基礎(chǔ);課程體系

中圖分類號(hào):G40-059.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2016)24-0052-02

美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)(OSU)是一所歷史悠久的研究型高等學(xué)府,為十大聯(lián)盟Big Ten Conference成員,被譽(yù)為“公立常春藤”大學(xué)之一。OSU開設(shè)的專業(yè)幾乎涵蓋了所有的學(xué)術(shù)領(lǐng)域,很多專業(yè)在全美名列前茅。

OSU工程學(xué)院材料科學(xué)與工程系由地質(zhì)、采礦及冶金系和粘土、陶瓷系合并而成,許多教師在國(guó)際相關(guān)研究領(lǐng)域享有很高的聲譽(yù)。系里擁有一棟辦公樓和兩棟試驗(yàn)樓,擁有很多具有國(guó)際先進(jìn)水平的儀器和設(shè)備,其研究方向覆蓋了金屬、陶瓷等電子、生物、超導(dǎo)、傳感器、金屬間化合物、先進(jìn)復(fù)合材料、涂層、薄膜材料等的加工、組織及其化學(xué)、物理、力學(xué)性能的研究。

國(guó)內(nèi)某高校(以下稱A高校)是一所以土木建筑、環(huán)境市政、材料冶金及其相關(guān)學(xué)科為特色,以工程技術(shù)學(xué)科為主體,工、理、文、管、法、經(jīng)、藝等學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的多科性大學(xué)。該高校冶金工程學(xué)院由冶金工程、材料成型與控制工程、金屬材料工程、化學(xué)工藝與工程4個(gè)專業(yè)組成。其研究方向覆蓋表面納米化處理、超細(xì)晶材料制備、涂層材料、電池材料、鋼鐵材料、金屬間化合物等領(lǐng)域。

OSU的材料科學(xué)與工程系和A高校的冶金工程學(xué)院都設(shè)置有材料科學(xué)基礎(chǔ)課程,且都立足培養(yǎng)材料加工類專業(yè)理論應(yīng)用型人才。因此,對(duì)這兩所大學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)類課程的教學(xué)方法進(jìn)行比較研究是可行的。通過(guò)比較研究,對(duì)國(guó)內(nèi)高校材料專業(yè)乃至其他理工類專業(yè)的教育教學(xué)改革和課程體系建設(shè)具有一定的啟示和借鑒作用。

一、課程體系

OSU的本科教育旨在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣,幫助學(xué)生獲得應(yīng)對(duì)現(xiàn)代社會(huì)挑戰(zhàn)所需要的知識(shí)和能力。OSU將每學(xué)年分為Winter、Spring、Summer、Autumn四個(gè)學(xué)期。除了Summer Quarter,其他學(xué)期都安排了材料科學(xué)基礎(chǔ)的相關(guān)課程,其專業(yè)課設(shè)置均為專業(yè)基礎(chǔ)課,即精心為學(xué)生設(shè)計(jì)的入門課程,主要目的是給學(xué)生展示該學(xué)科涉及哪些方面的內(nèi)容,哪些內(nèi)容可以在今后的學(xué)習(xí)中進(jìn)行深入學(xué)習(xí),幫助學(xué)生完成從高中向大學(xué)階段的過(guò)渡[1]。

OSU材料科學(xué)基礎(chǔ)相關(guān)主要課程有:MSE564——材料微觀組織和力學(xué)性能、MSE342——材料的微觀組織和特性、MSE741——透射電鏡、MSE205——材料科學(xué)與工程簡(jiǎn)介、MSE361——材料的力學(xué)性能簡(jiǎn)介、MSE605——材料科學(xué)原理、MSE765——材料的力學(xué)性能。這些課程共分為三個(gè)體系,205、605講授的是材料科學(xué)基礎(chǔ)和原理,注重介紹各類材料的組織、結(jié)構(gòu)、性能、加工工藝與其應(yīng)用之間的關(guān)系,講授金屬材料、陶瓷、聚合物、化合物等材料的組織結(jié)構(gòu)對(duì)其力學(xué)等性能的影響以及分別采取哪種工藝改變材料的結(jié)構(gòu)獲得預(yù)期性能。361、564、765主要講授了材料的宏觀力學(xué)性能,例如陶瓷、金屬材料、聚合物、化合物等材料的拉伸、疲勞、斷裂、蠕變等宏觀力學(xué)性能,并闡述了材料組織結(jié)構(gòu)對(duì)其變形行為的影響。342和741講授了材料微觀組織結(jié)構(gòu)分析與表征,主要通過(guò)XRD、SEM、EBSD、TEM等分析方法對(duì)材料的位錯(cuò)、織構(gòu)等微觀組織結(jié)構(gòu)的分析與表征。課程體系安排由淺及深,比如605是205的深化版,對(duì)相關(guān)理論進(jìn)行了深入講解,重點(diǎn)對(duì)位錯(cuò)、擴(kuò)散、鋼的熱處理部分進(jìn)行了擴(kuò)充。765是361、564這兩門課程的深化版。學(xué)生可以自主的根據(jù)自己的掌握程度以及興趣選擇基礎(chǔ)課程或者深化課程,完善自己的理論知識(shí)體系。

A高校實(shí)施以通識(shí)教育為基礎(chǔ)的專業(yè)教育,培養(yǎng)德、智、體、美、勞全面發(fā)展的高水平高素質(zhì)人才。該高校材料科學(xué)基礎(chǔ)相關(guān)課程主要包括金屬學(xué)、材料化學(xué)、材料組織結(jié)構(gòu)的表征、材料性能學(xué)、材料加工原理和材料綜合實(shí)驗(yàn),體現(xiàn)“組織決定性能,性能決定用途”的知識(shí)核心。此外,該高校設(shè)有材料塑性力學(xué)、凝固理論、軋制技術(shù)、沖壓成型等課程,旨在幫助學(xué)生形成一個(gè)從材料合成到后續(xù)加工的完整知識(shí)體系,但是理論基礎(chǔ)課程設(shè)置較少,學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論的掌握程度有待深入。

二、實(shí)踐教學(xué)

實(shí)驗(yàn)是課程的重要組成部分,也是學(xué)生學(xué)習(xí)掌握材料組織性能、材料檢測(cè)方法的重要手段[2]。OSU采用分時(shí)段的實(shí)驗(yàn)室管理方法,即將每次參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生分成四組,四組學(xué)生在50分鐘內(nèi)交換使用實(shí)驗(yàn)儀器,大大提高了實(shí)驗(yàn)效率,也能夠讓每個(gè)學(xué)生親自參與到實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中,并從中得到鍛煉與知識(shí)的理解與鞏固。學(xué)院也會(huì)設(shè)計(jì)一些趣味實(shí)驗(yàn),MSE361課程就設(shè)置了一個(gè)“Egg Drop”項(xiàng)目,就是讓學(xué)生開動(dòng)腦筋,采用奇思妙想確保雞蛋從5層樓上扔下來(lái)而不破裂,要想成功完成這個(gè)項(xiàng)目,學(xué)生需要發(fā)揮團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神,綜合運(yùn)用材料力學(xué)知識(shí),選取有效材料對(duì)雞蛋進(jìn)行保護(hù),并采用有限元進(jìn)行模擬分析。A高校的材料科學(xué)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)屬于驗(yàn)證性技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),一共包含三個(gè)內(nèi)容,分別為金相樣品的制備及顯微鏡使用,F(xiàn)e3C-Fe平衡組織分析以及金屬塑性變形與再結(jié)晶實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)采用集中安排的形式,安排在具體的某周某節(jié)課,由教師動(dòng)手操作,學(xué)生圍在周圍學(xué)習(xí),然后分組完成實(shí)驗(yàn)操,每個(gè)學(xué)生的親身經(jīng)歷比較少,通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得的專業(yè)知識(shí)也會(huì)減弱。

三、課堂教學(xué)方法

課堂教學(xué)方法是在一定的理論指導(dǎo)下,為實(shí)現(xiàn)既定教學(xué)目標(biāo)而采用的課堂教學(xué)形式。教師應(yīng)該了解和掌握多種教學(xué)方法,根據(jù)具體的教學(xué)情境和教學(xué)目標(biāo)運(yùn)用不同的教學(xué)方法。

OSU所有的教室基本都配備有投影設(shè)施,在講課過(guò)程中,教師可以用電子筆在PPT上勾畫、講解。另外教師在授課過(guò)程中,可根據(jù)需要設(shè)置一些問(wèn)題,學(xué)生通過(guò)手中的clicker,按鍵給出自己的判斷,答題結(jié)束后,屏幕上很快顯示出統(tǒng)計(jì)結(jié)果,教師會(huì)據(jù)此了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。

OSU課堂多采用以激發(fā)學(xué)生潛能為目標(biāo)的“案例教學(xué)”、“交互教學(xué)”和“小組討論”。案例教學(xué)通過(guò)教師講解實(shí)例向?qū)W生介紹材料組織及性能的相關(guān)理論知識(shí),然后學(xué)生再利用網(wǎng)絡(luò)、書籍等資料,運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)對(duì)自選材料進(jìn)行分析;交互式教學(xué)方法,構(gòu)建了一個(gè)平等和互相尊重的學(xué)習(xí)氛圍,實(shí)現(xiàn)了師生之間的相互溝通和加深對(duì)新概念的理解;在小組討論與匯報(bào)過(guò)程中,教師對(duì)每個(gè)學(xué)生都十分重視,盡量讓每個(gè)學(xué)生都有表現(xiàn)的機(jī)會(huì),強(qiáng)調(diào)讓每個(gè)人都分擔(dān)一部分工作。在展示成果時(shí),每人都要匯報(bào)自己做了什么,并談?wù)勛约邯?dú)到的見解。有些課程在課程講授完之后,會(huì)要求學(xué)生分小組完成一個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì),這樣可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)、創(chuàng)新精神和社會(huì)責(zé)任感,使其學(xué)會(huì)如何收集資料,也使概念的記憶和問(wèn)題的解決迅速化。

A高校目前的課堂以講述為主導(dǎo),案例教學(xué)和交互教學(xué)方法逐漸加以應(yīng)用,這樣的做法對(duì)學(xué)生自己構(gòu)建知識(shí)體系有重要意義。但是在構(gòu)建知識(shí)體系的過(guò)程中,教師相對(duì)傳統(tǒng)的講述方式、作業(yè)布置等情況,導(dǎo)致對(duì)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)方向的糾偏作用比較小。學(xué)生在不知道問(wèn)題的已知條件的由來(lái)的時(shí)候,往往難于形成自己的知識(shí)體系。課堂互動(dòng)的效果與美國(guó)的課堂氣氛差異很大,在美國(guó)課堂上,只要教師提出了問(wèn)題,學(xué)生會(huì)馬上有激烈的反應(yīng),若是有討論的話,教室里馬上就會(huì)活力四射;但是在中國(guó)課堂上,教師提出問(wèn)題,大多數(shù)學(xué)生會(huì)選擇沉默,教師需要用“點(diǎn)將”的方式實(shí)現(xiàn)互動(dòng)。

OSU將更多的時(shí)間留給了學(xué)生,讓學(xué)生有更多的作業(yè)時(shí)間和創(chuàng)新時(shí)間。A高校則在課堂教學(xué)上花了更多的時(shí)間,教師和學(xué)生的創(chuàng)新思路和時(shí)間將受到限制。

四、考核體系

OSU將考試成績(jī)分散在日常學(xué)習(xí)中,根據(jù)學(xué)生的到課率、課堂答題情況、作業(yè)完成情況、小測(cè)驗(yàn)、期中考試、期末考試、實(shí)驗(yàn)(實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)和出勤)、實(shí)驗(yàn)評(píng)估和項(xiàng)目等綜合決定。所以從頭至尾,學(xué)生需要認(rèn)真學(xué)習(xí)才能取得理想的成績(jī)。

A高校的成績(jī)由期末考試和平時(shí)成績(jī)來(lái)決定,期中、期末考試占70%,平時(shí)成績(jī)占30%。平時(shí)成績(jī)包括實(shí)驗(yàn)、出勤和作業(yè)全部。因此,學(xué)生就會(huì)只注重最終的學(xué)習(xí)結(jié)果,而不注重期間學(xué)習(xí)的過(guò)程。這對(duì)學(xué)生人生觀,價(jià)值觀的形成有重要的影響。

五、啟示與借鑒

通過(guò)對(duì)俄亥俄州立大學(xué)和國(guó)內(nèi)A高校材料科學(xué)基礎(chǔ)相關(guān)專業(yè)的課程設(shè)置、實(shí)踐教學(xué)、教學(xué)方法和考核體系進(jìn)行對(duì)比,分析了A高校在教育教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題。為提高材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的教學(xué)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量,一方面要在實(shí)施通識(shí)教育的基礎(chǔ)上加強(qiáng)自然科學(xué)、人文社科教育,拓寬學(xué)科范圍,適當(dāng)增加選修課程的數(shù)量,提高課程的綜合性,增加學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)面和課程選擇的自主性;另一方面,材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容要緊跟學(xué)科前沿,使學(xué)生了解到材料領(lǐng)域的高新技術(shù),并應(yīng)涉及各種材料工藝的計(jì)算機(jī)模擬[3];同時(shí),實(shí)踐教學(xué)要從教學(xué)計(jì)劃和實(shí)驗(yàn)室管理兩方面進(jìn)行改進(jìn),更新實(shí)驗(yàn)室管理辦法,維護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn),使每個(gè)學(xué)生都可以參與其中。

參考文獻(xiàn):

[1]左治江.中美材料加工類課程的教學(xué)方法比較研究[J].國(guó)際觀察,2014,10(5):122-126.

[2]張玉平.中美高校材料科學(xué)與工程課程體系比較初探[J].高等理科教育,2010,93(5):73-76.

[3]李強(qiáng),陳文哲.美國(guó)和歐洲的材料科學(xué)與工程教育(二)[J].高等理科教育,2003,47(1):44-49.

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