时间:2023-10-12 09:51:16
根据卓越工程师的培养目标,通过到企业调查走访、问卷调查、毕业生反馈等方式,收集了对课程体系设置的意见和建议,结合“卓越工程师”培养目标,对材料科学与工程卓越工程师课程体系进行了模块化设置。也就是将课程体系设置为由若干个完整的课程模块构成的课程体系形式。材料科学与工程卓越工程师课程体系由材料制备基础、材料加工技术、材料的性能、材料的检测等四个模块组成。每一个模块又由若干门课程组成,分为必修课和选修课两类。材料制备基础模块由材料物理化学、材料科学基础、金属塑性成型理论、材料科学导论(双语)等组成;材料加工技术模块由热处理原理及工艺、金属塑性成型工艺学、现代材料制备技术、金属焊接工艺等组成;材料的性能模块由材料力学性能、材料腐蚀与防护、材料物理性能等组成;材料的检测模块由材料分析技术、失效分析、计算机在材料科学与工程的应用等组成。这样的课程设置,能够突破学科专业领域的界限,灵活地设计和组织具有不同作用的课程模块,从而构建具有不同价值取向的课程体系,以满足学生的全面发展和个性发展需要。
2.科学合理地进行课程的整合和重组
根据教育部“卓越工程师”培养模式,结合材料科学与工程专业人才培养长期的实践经验,对课程进行了整合与重组;在制订材料科学与工程专业“卓越工程师”培养计划过程中,在原来的培养方案的基础上,对课程进行重新的整合和重组。在进行课程体系的整合重组过程中,打破了各学科领域的界限,增加金属凝固、塑性成型、焊接等内容,真正达到了“宽口径、厚基础”的目的。同时不受原有课程和体系结构的束缚,对课程进行了实质性的有机融合和重新组织。具体而言,改变了以往按人文科学、社会科学和自然科学分类或按照等级结构设置课程的做法,打破了原有专业、课程之间的壁垒,摆脱了学科知识系统的束缚;强调课程内容的综合性,以跨学科的方式选择课程内容、组织和整合课程体系。同学科知识的相互渗透、融合和新知识的吸收利用,保证知识结构的系统性和完整性;改变过于讲究学科自身结构而导致的课程设置过细、过多和缺乏整体性的状况;避免课程内容的脱节和交叉重复,精简课程门类,减少必修课比例。比如:将以往的《固态相变》和《热处理工艺学》整合为《热处理原理及工艺》,将《材料力学性能》和《材料物理性能分析》整合为《材料性能》,将《金属材料学》和《模具材料》整合为《金属材料学》,将《现代材料制备技术》和《热处理新技术》整合为《现代材料加工技术》等。并处理好理论与工程实践、必修课与选修课之间的关系,大力加强实践课程的体系改革。
3.结合企业需求,制订企业培养方案
企业学习阶段是材料科学与工程专业的工程教育不可或缺的阶段,是整个教学计划的重要组成部分,也是实施“卓越工程师培养计划”的重要环节,按照材料科学与工程卓越工程师培养计划,将严格按照“3+1”培养模式,其中1年企业实践培养,着重完成学生的基本操作技能、分析解决工程实际问题能力的培养。使学生通过企业学习阶段的学习和实践,基本掌握金属加工车间、热处理车间、锻造车间、表面处理车间、金属材料检测中心等部门的工作内容和基本生产操作技能,了解工程技术人员在热处理车间表面车间、检测中心等部门的作用及技术职责范围,培养具有较强创新意识和实践能力的材料科学与工程专业人才。同时具有灵活运用材料科学与工程专业知识与材料工程规范、团队协作、跨文化环境交流、竞争与合作的能力,以及较强的创新意识和进行热处理工艺设计、技术改造与创新的能力。所以企业培养方案包括:初步能力培养实训、专业基本能力培养实训、工程能力训练、行业领域实习、毕业设计等环节。整个教学环节将依托企业、工程中心、重点实验室开展,由校企共同参与培养过程,共同监控培养过程。
4.课程体系与能力培养的关系
材料科学与工程专业卓越工程师的主要任务是培养具备坚实理论基础与专业知识、具有创新素质和工程能力,能在冶金、材料结构研究、金属材料及复合材料制备、金属材料成型等领域从事设计、研发、制备、加工、分析检测、管理等方面的高级工程技术和管理人才。根据卓越工程师的培养目标,在整个培养过程中的课程设置紧紧围绕这一主题,如图1所示。如第一学年和第二学年的课程:大学英语、马克思主义基本原理概论、思想和中国特色社会主义理论体系概论、高等数学、大学物理、大学化学等,能够为卓越工程师提供工作所需的工程科学技术基础知识以及一定的人文和社会科学知识。第二学年第2学期和第三学年的课程:电工学、机械设计基础、材料物理化学、材料科学基础、热处理原理及工艺、金属塑性成型理论、材料力学性能、材料分析技术等,为卓越工程师奠定专业的基本理论知识;校内的工程实训:金工实习、专题实验,让学生初步接触生产实际,使学生具备解决工程技术问题的初步技能;1年的企业工程训练项目包括:认识实习、生产实习、专业实训、毕业论文等,让学生全身心地投入到企业的生产实践中去,接触生产一线,体味企业文化,使学生逐步掌握解决工程实际问题的能力,并学习与同事相处、团队合作、交流沟通等方面的知识。在卓越工程师培养计划中,课程体系的设置是至关重要的。它的合理与否,直接决定了人才培养的质量。我校材料科学与工程专业作为“卓越工程师”培养的试点专业后,与我省金属材料相关企业进行深入沟通,听取各方面的意见,对原来的材料科学与工程专业卓越工程师培养计划的课程体系进行优化。课程体系的优化坚持了“厚基础、宽口径、广适应、强能力”的人才培养理念,体现了“优化基础、强化能力、提高素质、发展个性、鼓励创新”的应用研发型人才培养教学改革要求,并体现我专业的人才培养特色,在今后的卓越工程师培养过程中将继续地完善和优化。
关键词:材料物理化学;教学改革;教学质量
《材料物理化学》是材料科学与工程专业重要的专业基础课程,该课程主要包括物质状态转变、化学反应等过程热力学及动力学特性方面的内容。《材料物理化学》课程意在使学生从理论角度掌握材料传输与成形过程的特性,进而能够通过理论计算预测材料在特定条件下所表现出的行为,这一课程将为后续材料成形原理的学习奠定理论基础。
《材料物理化学》课程为材料成形理论的学习提供重要的理论基础。然而,现有的教学模式与考核方式往往无法充分调动学生学习的主动性,间接降低了学生对材料成形原理相关理论的理解能力。目前,广泛运用的教学方式主要以教师课堂讲授为主,成绩考核由试卷分数和平时成绩两部分来评定学生对课程内容的掌握情况。这种教学与考核方式导致学生被动、机械地学习理论知识,阻碍了学生对理论的理解及运用能力,也使教学质量处于较低水平。
本文通过对《材料物理化学》课程中教学方法、教学模式、教学内容和考核方式环节进行教学改革,推行课堂讲授、启发、互动型教学和多媒体立体、形象型教学,结合课内实验环节,优化考核环节,强化学生对《材料物理化学》课程的理论理解和运用能力。
一、教学方法改革
1.联合教学。《材料物理化学》课程重点讲述物质状态转变、化学反应等过程热力学及动力学特性方面的内容,同时将材料学科中的少部分理论内容进行穿插讲述。在这种情况下,如果能在讲述《材料物理化学》课程部分章节的过程中穿插相关专业课内的具体内容,有利于学生深入理解物理化学知识,同时学生也对相关理论在实践中的运用具有深刻的认识。然而,部分专业课教师的授课内容存在差异,要准确、及时地将相关教师的授课内容对接到《材料物理化学》教学中难度极大。鉴于上述联合授课问题,可将《材料物理化学》课程中的部分教学内容提前分配给相关专业课教师,再由专业课教师配合实例讲解这些理论。这种教学模式将使每位专业课教师发挥自身的专业优势,提高《材料物理化学》理论课教学效果。2.实践环节深化理论教学。《材料物理化学》是一门注重理论学习的专业基础课,力求通过公式推导过程使学生理解理论的应用方法。如果教师在讲授理论知识的同时提出相关的、简单的工程问题,要求学生依据理论计算给出解决方案,这种教学模式将能够充分调动学生的学习兴趣,使学生在计算的过程中进一步加深理论知识的理解。这种教学方法还可要求学生在理论课程进行的同时,通过查阅资料设置具有理论分析性的简单实验并进行理论计算与分析,由此加深《材料物理化学》课程基础知识的理解。
二、教学模式改革
1.多媒体与板书教学相结合。在《材料物理化学》课程教学的过程中,板书教学方式存在绘图、书写占用时间长,形象性弱、无动态性讲述等问题,无法实现抽象知识点的形象教学,教学效果不理想。多媒体教学方式通过形象、生动的图形、图片、动画等具体信息将抽象理论形象化,这种方式相对减少了教师完成板书的时间,增加了讲解的时间,同时也为师生交流和学生独立思考留出充分的时间,为启发式教学提供了基本条件。由此,在《材料物理化学》课程教学的过程中,应设置多媒体教学方式为主体教学方法并将板书教学设置为辅助教学方法,最终实现两种教学方式相结合的教学模式。2.启发推动互动型教学。理论抽象、公式多而复杂是《材料物理化学》课程的主要特点。在目前的教学过程中,教师一般先要求学生观看屏幕上的概念,然后对其含义进行简单解释。之后,播放视频、动画等多媒体文件对相关概念进一步的讲解。相对于传统的板书教学,尽管这种教学方式的教学效果具有很大提升,但这种方式仍属于灌输式教学。本文作者依据自己目前应用的教学方式对以往教学模式进行了优化。例如,在屏幕上给出与理论概念相关的部分内容,同时展示与理论概念相关的图片、动画或视频。屏幕上不完整的概念将激发学生的学习兴趣。屏幕上的图片、动画或视频将对不完整概念进行总体、形象的解释,缺少的文字内容是概念中的关键,学生在经历从抽象到形象的学习与思考过程后,缺少的文字内容最后显示出来。在这种教学方式中,学生通过观察、分析和推理依据已知概念来学习未知概念。任课教师在互动型教学模式中应针对关键知识点对学生进行提示和启发。
三、教学内容改革
《材料物理化学》课程注重概念理解及公式推导,为了强化学生对所学知识的理解,可设置开放性实验室,鼓励学生自主设计与理论课相关联的创新性实验。在这一环节中,学生如遇到难于理解的课堂内容,便可查阅资料并设计相关实验,在实验的过程中消化课堂内容,同时也强化了实践能力。另外,任课教师也可依据《材料物理化学》的教学内容查找与之相关的科研课题并联系该课题的主持教师,鼓励学生参与相关科研课题或参加大学生科技创新项目。这种理论教学与科研实践相结合的方式,不仅可以提高学生对课堂理论的理解能力,还可提高学生的创新能力。
四、考核方式优化
目前,《材料物理化学》课程的考核方式多采用闭卷考试,这种方式使学生机械记忆知识点来通过考试,学生的理论应用能力及创新能力无法在考核成绩中充分体现。由此,笔者认为可运用复合考试方式进行考核,即设置70分闭卷考试内容来考查学生对课堂理论知识的掌握程度;设置30分开卷考试内容来考查学生对于理论知识的应用能力。
五、结束语
《材料物理化学》课程已经过四届学生的教学过程,笔者认为上述教学方法、教学手段和教学内容等方面的改进取得了明显效果,学生对基本理论的理解能力有所提高。此外,这种教学方式也培养了学生的分析和解决问题的能力。
参考文献:
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[关键词]装饰艺术设计专业 材料与工艺 实践教学
[作者简介]杨华(1976- ),女,山东济南人,江苏大学艺术学院装饰设计系,讲师,主要从事装饰设计专业教学、壁画研究与制作。(江苏 镇江 212013)
[中图分类号]G642 [文献标识码]A [文章编号]1004-3985(2012)33-0158-03
装饰艺术设计专业是由多领域、多元化的不同专业相互交叉、渗透、纵横联系在一起的设计科学。①材料与工艺是装饰设计的物质基础和客观主体。教学要求学生掌握装饰设计中所涉及的材料及相关工艺的基本理论和技能,具备较强的装饰艺术创作设计能力、初步的科研能力、针对不同的设计目标进行合理的材料及工艺选择制作的能力。专业的特点决定了材料与工艺的实践成了教学的主要手段和形式,并贯穿整个教学的始终。
一、材料与工艺实践教学的现状
1.装饰设计专业学科定位模糊影响课程建设。这是一个影响实践教学的上层问题,也是一直困扰装饰设计艺术专业发展的问题。从20世纪80年代末开始,全国各大艺术院校的工艺美术专业出现萎缩甚至消失,但相关的教学资源,例如,师资队伍仍然存在,各高校根据现有资源进行重组建设。由传统工艺美术发展而来的装饰设计专业的学科定位问题却一直处于矛盾中。大部分院校将装饰设计艺术专业归并在设计学范畴,也有部分院校仍将它归置在艺术学范畴。问题在于设计艺术学有着很强的实用设计本质,设计主体明确。装饰艺术设计与其他设计专业相对比,设计对象范围广且模糊,设计内容不能明确地体现。再加上装饰艺术设计专业的学科特点,课程涉及面广,要进行不同材料与工艺的实践,使之呈现杂而乱的表象,造成了装饰设计艺术专业一直处于学科建设的边缘,不被重视。不能从科学的角度进行学科建设,配备师资和实验室,相关课程被拆分重组,甚至取消。专业建设远远滞后,甚至是处于停滞萎缩的状态。
2.新材料与工艺发展迅速,传统材料与工艺的实践仍是教学的主体。进入20世纪80年代,我国的各艺术门类飞速发展。装饰艺术是一门涉及众多材料工艺的学科,在各艺术门类相互交叉、多向发展,科学技术日新月异的背景下,新材料和工艺不断被推出。艺术家不断探索创新,将新技术引入到装饰艺术设计实践中去。在现有的教学体系中,教学涉及的材料与工艺基本以传统材料与工艺为主。在这方面,各院校积累了一定的经验,在师资、实验设备、材料等方面具有一定优势。相对当代艺术家活跃的艺术实践,院校的实践教学发展迟缓,创新意识弱,对新材料和工艺的探索滞后。
二、建立科学的材料与工艺实践教学体系
科学的教学体系关系到学科的有效发展和人才培养的质量,它的建立是要遵循科学的教育原则和目标。课程的建设是教学体系的最重要部分,围绕课程展开的实践内容是课程教学的有力延伸。在这套体系中,课堂内的实践内容与课堂外的实践内容有效渗透,让学生从不同角度对材料与工艺专业的学习有更深刻的体验和认识。
1.专业理论教学。理论是实践的基础,它可以提高学生的理论素养和研究能力,了解设计活动和设计风格的历史演变, 开阔学生的设计视野,从而更好地借鉴传统并汲取设计灵感,并打下扎实的设计思想和设计实践的理论基础。相关的史论教学,是指艺术及设计历史和理论,分为艺术通史部分,如中外美术史、社会文化史;专类史部分,如工艺美术史、设计史;艺术和设计理论部分,如设计概论、美学、艺术哲学;材料与工艺理论部分,如材料艺术与工艺、材料艺术学。这四部分是一个阶梯式的理论教学部分,应遵循它们的科学性,有序地进行。我院的装饰设计专业的史论体系如下:中外美术史、工艺美术史、美学、材料艺术与工艺(按开设顺序排序)。
2.专业课程实践教学。在掌握一定了理论基础之后,学生对专业涉及的材料与工艺有了初步的认识,再加上一定的专业基础训练之后,有针对性的材料和工艺专业课程成为他们学习的重点。我院开设的课程包括“综合材料绘画”“纤维设计”“漆艺设计”“金属装饰设计”等。学生在课程中详尽地学习各种材料与工艺的知识,并进行设计制作。这部分课程是专业课程的重中之重,涉及多专业领域和学科。各个专业领域的装饰艺术设计, 既有共性又有差异性, 既有共同的艺术设计规律, 又有不同的专业指向。在这部分艺术实践的教学中,教师必须具备一定的实践能力和创新精神。除了进一步讲授相关史论知识和设计要点,还要进行实践操作的示范和详尽讲解。带领学生进行相关的市场调研,对材料与工艺有更直观和实际的掌握认识。引导学生准确把握材料特性和工艺技巧,将其运用到设计实践中去,而不是固守材料与工艺的本身,失去艺术探索的根本目的。
3.综合课程实践教学。这一阶段的教学主要针对高年级学生,在涉及不同材料和工艺的专业课程结束后,学生对材料与工艺都有了一定的认识和实践经验。接下来是综合实践课程,实践内容由“单一型”向“综合型”转变,如“综合材料艺术”“装饰壁画”“装饰雕塑”“公共装饰艺术”。这些课程针对一定的载体(如壁画、雕塑),要求学生综合运用前面学习的知识,选择合理的材料与工艺进行设计制作,从而有效地进一步巩固和培养学生的实践创作能力。这一阶段的学了要求学生进一步地掌握材料与工艺的审美特性,并将其融会贯通在作品中,还要求学生具有创新意识,将新的材料与工艺引入设计中去,在实践中创新。在专业课程实践教学和综合课程实践教学中,重要的一个环节就是实验工作室的建设。工作室配套设备和人员的管理与建设直接影响实践教学的质量,例如,实践材料的配备、设备的维护和更新、教辅人员的实践经验、实验室场地及配套设施等等方面(详细内容在文章第三部分有论述)。
4.实践考察与调研。校外的考察调研与校内专业课程的教学是渗透交叉进行的,两者在时间和内容的安排上要有效结合、相辅相成。课堂上的内容及时在实践考察中得到有益补充,考察调研的收获又能反馈在专业教学之中。以下是我院开设的考察课程。“专业认知实习”是结合课程进行的专业认识实习内容,例如在“木雕装饰设计”课程中穿插为期3~5天的木雕考察,以浙江东阳为实习考察基地。使学生深入工艺制作的第一线,真切的感受课程的知识要点,激发学生的创作欲望,促进实践教学的效果。而“漆艺”课程的专业认知实习则会到扬州进行专业认识学习。“民间艺术考察”是以传统民间工艺为考察内容的教学环节。时间安排在专业课程实践教学之后,在综合课程实践教学之前。目的在于学生对单项专业课程有一定学习后,对考察目标会有综合的认识,便于之后的综合设计课程的教学。例如,我院建立的皖南民间美术考察基地,综合木雕、石雕、漆艺等实践教学的内容,让学生全面感受中国传统工艺的精华。“现代艺术考察”是以现代工艺和艺术为考察内容的教学环节,时间安排在所有课程之后,毕业设计之前,目的在于让学生感受现代艺术的魅力,开拓眼界,鼓励实践创新。实习基地建设,在以上的考察课程中,都建立相应的考察实习基地,实习基地建设是艺术设计学科重要的实践环节,基地的确定要经过周密的实地论证。通过与校外实习单位建立互动合作联系,资源共享,让学生将所学知识紧密结合实践运用,加深对课堂教学内容的理解。
5.科研项目实践。一是学生科研项目。大学生学术科研项目是高等学校本科教学质量与教学改革工程的重要组成部分,各高校都有针对学生的科研立项项目。大学生实践性科研立项,倡导以本科学生为主体的创新性实践研究,调动学生的主动性、积极性和创造性,激发学生的创新思维和实践意识,使学生在科研项目中得到更多的实践锻炼和科研能力的提高。此外,还可以组织学生在设计竞赛、自主创业等其他实践的渠道中进行全面锻炼,从课堂之外获得实践体验,并从取得的成果中获得成就感,从而进一步增加学生的学习积极性。二是教师科研项目。教育科研能力是一种高级的、来源于教育实践而又有所超越和升华的创新能力,也是一位教师的综合能力的体现。教师应该积极申请与教学相关的科研课题,提高自己的科研能力,在课题的实施过程中有针对性地研究专业领域的先进技术和前沿知识。鼓励教师以技术合作、技术转让等形式开展横向课题研究,并且在科研项目中调动学生积极参加实践,教师应该给学生在方法上提供有指导性的建议,使学生在参与项目的过程中不断思考,从中得到更深的学习体会。三是校企联盟。将相关企业的设计部门引入校内,或者在校外建立实习基地,双方在人力资源、场地设备、市场等方面资源共享,相互支持与合作。使学生在了解相关企业产业结构的特点及发展趋势,了解企业的生产技术和工艺流程。这样才有利于学生理论联系实际,学校也可以有针对性地进行专业课程建设及教学改革,使培养的学生在满足企事业所需的同时,也能提高自身的生存发展能力。
三、面临的问题及解决方案
从科学的学科建设角度来分析面临的问题,及时建立解决方案,并积极有效地推行方案,是专业带头人义不容辞的职责。首先,加强艺术学学科建设,完善课程体系,树立品牌与特色意识,是艺术教育可持续发展的途径。②装饰设计专业面对众多的方向,必须要主次分明,抓住重点,建立有特色的专业发展方向,树立品牌专业。明确的专业发展方向是解决问题的基本前提。其次,面对不同的矛盾问题要理性地分析,并分析整合问题的关键点,有重点、有针对性地解决一系列问题,为专业的实践教学铺平道路。实践教学不同于课堂教学,要面对课堂之外更多的实际问题,这些问题归纳如下:
1.师资队伍建设。第一,实践性教学师资知识结构与教育职能部门的职称评定导向存在矛盾。装饰专业教师必须在专业领域具备较强的实践能力,一名具备一线实践经验的教师,必定要把精力花在设计的具体实施中,其知识结构也必然与实践紧密相连。但是实践成果却很难在教师的职称评定体系中得到认可。实践教学岗位的教师的理论水平相对较弱,面对以学术论文为主要衡量标准的职称评定,两者的知识结构有着很强的差异。装饰专业教师要么放弃职称评定,从事专业实践;要么放弃专业实践,认真研究学术理论。无论哪种选择,对于教师和专业的发展都是不利的。作为教育的相关职能部门,尊重各个学科的规律,制定不同的职称评定制度,是科学发展的一项重要任务。最大限度地发展各个学科,“一刀切”只能产生反作用,如同“拦路虎”一般限制着专业的发展。第二,实践性教学师资的进修与学校的人才培养政策存在矛盾。鉴于目前我国高校的人才培养和引进模式,装饰专业教师的实践能力较弱,许多高校的老师是从学校到学校,面对以实践为主的装饰专业教学,许多高学历教师却无法胜任一线教学岗位,急需进行专业的进修学习和实践锻炼。但是学校的人力资源部门的 “唯学历、唯文凭”的教师培养观念却很难适用于设计专业,在这样的教师培养模式下,专业教师读研读博的渠道是畅通的,但是问题在于高校的高层次人才培养是以理论教学为主的,这样的人才完全满足不了实践教学的需要。相反,教学急需的实践经验学习的道路却是坎坷的,因为这些实践单位没有学历和文凭, “学历与文凭”又成了教师进行实践研修的第二只“拦路虎”。学校从管理制度上进行改革,采取一系列措施,不拘一格培养人才,把实践水平的培养作为人才培养的一项重要指标。
2.实验室建设。一是实验场地的建设。随着高校的扩招,生源的快速增长,相关的配套设施却不能及时跟进。材料与工艺的实践需要一定的实验空间,各门实践课程所需配备也各不相同,例如“漆艺”课程,在胎板制作、髹涂研磨、彩绘镶嵌的过程中需要各不相同的专用实验室,室内要配备换气吸尘设施,用水便利。工作环境封闭、清洁、没有灰尘。而“金属装饰设计”课程实验室则要求空间大,区域划分合理,设备布局合理,用电便利安全。二是设备的维护与更新。装饰专业实践的设备使用损耗率高,相应的管理和维护跟不上就会影响教学,往往因为一个钻头的缺失导致一堂课无法顺利进行。例如“金属装饰设计”课程中,众多的电焊机、电动工具,及配套的磨片、钻头、焊条等易耗品都要及时维护和更新。实际管理中,复杂冗长的设备购买和维护报修制度,影响了维护和更新的效率。简化手续,务实操作才是管理之道。三是人力资源的配备。除了硬件设施的配套,相关实验的管理人员,如技师、管理员的配套服务也显得尤为重要。一名好的技师可以胜任实践的任何一环技术环节,以丰富的经验弥补专业教师在技术实践环节的不足。管理人员的管理水平和责任心可以保障教学各环节顺利进行。
3.材料库建设。为了实践教学更顺利地进行,应建立配套的完整齐全的材料库。材料库可大可小,小的材料库起到材料和工艺的展示作用,除了材料的样本外,还应该把相关的信息一同展示,例如生产厂家、购买渠道、优劣对比、应用实例。这些展示便于学生更直观地感受材料和了解材料的相关知识和信息;大的材料库除了具备以上的功能,还是一个材料仓库,学校可以大批购进相关材料和工具,便于学生使用,因为很多装饰专业涉及的材料和工具,市场的保有量很低,小批量地购买存在一定困难,且成本很高。
4.新材料与工艺的引入。传统材料和工艺在很多方面具有一定的优越性,相关的资源配套比较齐全,管理经验也丰富,教学进行起来得心应手。而新材料与工艺则缺乏有效途径进入高校的实践训练,在课程设置和管理机制上缺乏对新材料与工艺的有力支持。如设立创新学分,鼓励师生进行新材料的实践,对引进新型材料与工艺的教师进行一定奖励。
四、结语
以上阐述的建立科学的材料与工艺实践教学体系的观点,是从实践教学中的经验与体会总结而来。科学的教学体系,最终的实现与完善都需要相关部门的有力支持,从尊重学科发展特点的角度出发,给予专业建设和改革更广阔的空间。
[注释]
①史世任,伍春.论现代装饰艺术设计课程教学的创新[J].江西教育科研,2007(12):120.
Abstract: Electronic Packaging Technology is new specialized field in Harbin institute of technology at present time. As the fundamental course, 《Electronic Packaging Materials》 played an important role in improvement of the teaching for electronic packaging technology. Enriching newly contents, collecting new data and referances, jumping out the traditional modes, enhancing theoretical analysis, stimulating interests of students, improving ability of analysis and solving problems were discussed in this paper. Some individual experiences are also introduced.
关键词: 电子封装;材料;教学方法;措施
Key words: electronic packaging;materials;teaching methods;measures
中图分类号:G642.0 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)14-0221-02
0引言
电子封装是为基本的电子电路处理和存储信息建立互连和一个合适的操作环境的科学和技术,具有多学科交叉、尖端技术的性质。国内电子工业的飞速发展对封装技术专门知识和人才具有迫切的需求。
哈尔滨工业大学(威海)材料科学与工程学院为响应如上需求,在2008年高校招生中开始招收电子封装技术专业的首批本科生,从现有的本科教学2006级和2007级学生中各调剂了30名左右的学生组建了全新的电子封装技术专业本科教学班级,同时开展了相关课程教学工作。2010年7月,哈尔滨工业大学将有第一批电子封装技术专业的学生毕业。《电子材料》的课程设置就是为完成如上学习和教学任务,而开设的电子封装技术专业最重要专业主干课程之一。本文就这一新开课程的教学工作展开探讨和剖析,一方面为该课程的从无到有积累一定的教学经验,另一方面,使学生通过这一课程的学习掌握应有的学习技能,为其进一步学习深造或提高工作能力打下良好基础。作者承担了首届电子封装技术专业《电子材料》的教学工作,总结了点滴体会。在此,对《电子材料》课程教学方法进行初步探索,提出了一些有利于提高本课程教学效果的有力措施。
1《电子材料》的教学目标
电子封装技术专业培养目标是掌握先进电子制造工艺技术;注重基础研究和理论、密切结合生产实践;掌握先进封装结构设计方法、掌握封装的可靠性理论与工程技术、掌握电子产品的国际质量标准和可靠性标准。掌握先进电子封装制造设备的设计、分析、优化、控制、测试等基础理论与关键技术。开设相应的专业课程,是完成以上教学和学习目标的必要条件。材料、信息技术与能源称为现代人类文明的三大支柱。应特别指出的是,在材料、信息、能源三大基础产业中,材料最为基础。以目前迅速发展的电子材料为例。日本在金属超细粉、表面活性剂、有机粘结剂、有机溶剂、电子浆料、液晶材料、光学玻璃、偏光板、玻璃粉料、陶瓷粉料、封接玻璃、电子陶瓷、各种薄膜、各种基板、光刻制板、精细印刷、焊料焊剂、PCB基板、多层基板、微细连接、封接封装技术及各类相关设备等方面的中小型企业遍布全国,都有其独特的技术和很强的生产能力,且科研力量、开发能力都很强。这些中小型企业作为产业基础是必不可少的,日本、韩国微电子产业的腾飞正是得益于此。以材料的研发带动电子产业的进步效果尤为显著。
由此可见,电子封装技术的发展和进步是与相关材料的发展和进步为基础的。因此,电子封装材料的相关知识学习,贯穿于整个电子封装技术专业课程,必须抓住电子材料的发展和进步,从而掌握整个电子封装技术的发展主线。所以,《电子材料》这一门课程在专业教学中占有重要的地位,起到很关键的作用。
2《电子材料》的课程教学方法
2.1 加强理论分析,做好课程关联相当部分的电子封装类别的参考书,甚至不少论文,常常体现“论点加数字”的传统格式――在陈述观点之后,即以数据加以佐证,缺乏理论上的深入分析。在教学中,为了对论点进行展开分析,用数字来加以佐证,确有必要。但若一味重复“论点加数据”的模式,势必使学生感到枯燥、乏味。应当对微电子器件的构造进行剖析,使电子封装用材料的应用范围进行落实,将理论与实际相结合,对教学进行理论升华,使课堂教学具有一定的理论性。
同时,还要注意上下游课程的关联性,融进邻近学科的知识。电子封装与金属材料、陶瓷材料、高分子材料及复合材料等课程有着千丝万缕的联系,若在教学中应用相关学科的知识来分析问题,则会使教学内容丰富,理论剖析达到一定的深度。这样不仅有利于学生从理论上更好地理解和把握电子封装材料的知识点,而且有利于学生将学过的课程与本门课程的学习联系起来,为今后其他专业课的学习打下基础。
2.2 充实新内容由于新开设专业,是刚起步阶段中的学科,新的事物、现象不断出现,而没有合适的教材可以跟上实际的变化,所以在讲授《电子材料》课时,还没有特别适用的教材,如果仅仅是按照一本参考书照本宣科,并不能取得很好的教学效果,而是要注重充实新内容、新数据资料,紧跟电子封装技术的发展潮流。比如,在讲授绪言时,集成电路芯片发展与制造中罗列的最新数据要及时更新,作为教师,应该及时补充这方面的知识。又如,讲解半导体材料发展现状时,只是依照旧课本引用2006年的数据就没有说服力,最好引用近一、两年的数据。必要的数据更新,需教师花费精力去寻找,应尽量使用各国官方、国际组织公布的数据,以保证新数据的来源准确、可靠。经常与同领域的专家学者进行探讨和学习,掌握最新的研究前沿数据。传统教学一般是按照发展现状、各种材料基础、电子封装工艺、封装技术原理等分成各个独立的章节,如果教师按照传统的顺序进行教学,那么在一段时期内学生学习完所有内容后,印象不深刻,往往是学习了后面的知识又忘记了前面学习的内容,容易混淆概念。到实际应用时,又得重新对所涉及的内容进行学习,效率不高,甚至使学生失去对本专业的学习兴趣。因此,实施教学任务时,要根据最新发展趋向,准备教学内容,以具体实物为教学内容的出发点,激发学习兴趣,充实知识点。
2.3 实物教学,激发学习兴趣用实物教学法是一种理论联系实际、启发式的、教学相长的教学方法。它要求根据教学大纲规定的教学目的要求,以实物器件为基本素材,在教师的指导下,运用多种形式启发学生独立思考,对实物器件结构进行剖析、研究,提出见解,藉以提高学生分析、解决问题的能力。
在《电子材料》课的学习中,教师应适当采用实物教学,让学生在实物剖析过程中,激发学生的学习兴趣。另外,实物的选择要有针对性和实际性。因此,要求教师对搜集的资料进行合理加工,选出适用于教学的素材,进行修正和更新,使实物适合于电子封装教学的要求。这从另一方面使教师的教学、科研水平得到提高,起到教学相长的效果。
课堂讲授与讨论并行,学习和讨论相结合的讨论教学方法提倡教师与学生讨论问题,启发学生的思维,使学生主动地去分析、思考、解决问题。它改变了传统“填鸭式”教学的呆板,丰富了课堂的信息量,使整个课堂教学成为学生与学生、教师与学生互动的网络结构。教师根据教学安排,可适当增加讨论课的次数,提前将讨论的题目布置给学生,让学生课后查阅资料,撰写发言材料。在讨论课上,让学生陈述观点,提出问题,与教师和其他同学进行讨论,共同学习。
材料类专业属于实验性学科,因此对于我们的学生来说要锻炼文献检索与动手的能力。在实验课堂教学中为学生提供了讨论和分析的机会,并安排学生动手实验,可以锻炼学生的动手能力。书面作业或者小论文则是锻炼学生检索文献的能力。因此,在《电子材料》课的教学中,适当让学生写一些课程作业或小论文,不仅可以训练学生查找、搜集资料的技能,而且可以培养学生书面表达的能力。
2.4 运用多媒体教学,充分利用网络辅助教学在现在的教学中,多媒体教学似乎成为一种不可缺少的教学方式,甚至有的教师整堂课都不用粉笔,都在课件中体现出来。多媒体教学固然有诸多好处,如方便快捷,特别是针对一些烦琐的表格可以直接展现在学生的眼前,便于教师的讲解。但经过这几年的教学实践,学生反映,用多媒体教学有时感觉像放电影,记不住。因此,在《电子材料》课的教学中应适当运用多媒体教学,制作的课件力求简单美观,充分体现教师的授课内容,而不可全盘用多媒体教学。 在网络时代,教学方法也可以网络化。教师可以利用网络向学生提供一些学习素材,如教师在讲授后,可以向学生提供一些相关网站,让学生去进一步了解相关内容。此外,教师还可以申请一个共享的信箱或者网络U盘,将一些与教学内容有关的素材放上去,让学生阅读。这些为学生加深对课堂讲授知识的理解,提供了一条新的途径。
2.5 教学与科研相辅相成教学必须与科研相结合,教学不能脱离科研,科研可充实教学内容。作者在讲课过程中发现,一般自己感兴趣的地方,研究过的问题,讲起来不仅内容丰富、思路清晰,而且效果较佳;如本人缺乏研究的部分,讲起课来总觉得十分别扭,费力并且教学效果不佳。因此,作为讲授《电子材料》课的教师,要重视与该课程相关的科研,并将其科研成果充实到课堂教学中,可有效地提高教学质量。
3总结和展望
以上是本人从事《电子材料》课程教学工作的点滴体会。由于电子封装技术的自身特点,决定了教学方法与其他学科相比,有其特殊的要求。所以,教师在授课过程中,要根据学科特点、学生情况因材施教,通过合理的教学方法,使教学达到预期效果。
随着电子封装技术领域的进一步发展,《电子材料》的课程教学也会不断完善和进步,新的教学和科研工作方面的问题也会不断出现,因此,教师在授课时要根据时期的发展不断更新教学内容,使之适应社会发展和科技进步的要求。提高《电子材料》教学效果措施包括:充实新内容;加强理论分析;运用实物和多媒体教学互补提高学生学习兴趣;同科研方向相结合,互补共长。随着《电子材料》教学工作的开展,教与学双方面互相促进,相信这一课程会适应学科的发展及科技的进步。
参考文献:
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(烟台大学环境与材料工程学院,山东烟台264005)
摘要:随着全日制专业硕士招生数量的加大,企业对优秀工程硕士研究生的需求也在逐步增大。为了使培养的工程硕士研究生能更好地服务社会,各高校在培养方案制定、毕业论文选题等各个环节都注重密切结合各专业的行业需求,使培养的硕士研究生既拥有一定的理论基础,又具备较强的实践能力,毕业后能很快地适应企业需求,满足企业对具有良好职业素养和解决实际问题的工程师的需求。本文以烟台大学环境与材料工程学院材料工程专业硕士研究生的培养模式为例,探讨工程硕士研究生培养环节设置的重要性,以期为工程硕士研究生的培养提供参考。
关键词 :工程硕士;基础理论;实践能力;培养模式
DOI:10.16083/j. cnki. 22-1296/g4. 2015. 08. 002
中图分类号:G643.0 文献标识码:A 文章编号:1671-1580(2015)08-0004-02
2009年,教育部进行了学位制度改革,力求转变研究生培养理念,全日制专业硕士研究生不再仅仅面向往届毕业生,开始鼓励应届毕业生报考,目的就是要培养现代经济社会发展急需的应用型高层次人才。为了更好地适应社会发展对高层次人才的需求,对全日制硕士研究生实行分类培养,对于一些具有一定科研潜力而又愿意致力于科学研究的学生,鼓励其报考学术型研究生,以后可以到科研院所搞研究工作,或者选择攻读博士研究生进一步深造。对于一些将来不想从事科学研究工作,而是毕业后想到企业发展,但是觉得本科学到的知识不能满足企业需求,想进一步提高自己解决实际工程问题能力的学生,鼓励其报考专业硕士研究生,进一步提高自己的理论素养和工程实践能力。
本文以烟台大学环境与材料工程学院材料]二程专业硕士研究生的培养模式为例,探讨工程硕士研究生培养环节设置的重要性,以期为材料工程硕士研究生的培养提供参考。
一、研究方向的确定
根据学院各个教师的研究方向、学院现有的实验条件、合作培养单位的情况等设定材料工程硕士的培养方向。学院设有无机材料方向、高分子材料方向、新型金属材料及其制备加工技术、金属材料组织与性能控制、材料表面特性与改性技术等研究方向。当然,每个培养方向都是注重理论为基础、实践能力培养为最终目的的培养模式。无机材料方向侧重研究与开发无机质材料的新品种、新工艺、新特性、新用途以及新的实用技术;高分子材料主要研究将高分子材料合成与加工融为一体的新型反应加工制造技术;金属材料主要以新型金属材料加工制备技术与工艺的研究为主,研究金属材料加工过程中的微观结构、组织形态、相变规律及其对材料零部件强韧性和服役寿命的影响,实现金属材料组织与性能的精确控制;材料表面特性与改性致力于研究耐磨、耐蚀、耐高温涂层材料及其加工设备技术、材料表面涂层的制备技术及调控技术。
二、培养目标的明确
虽然全日制工程硕士研究生的培养目标是培养应用型人才,但是对于他们的培养应该区别于职业学院学生的培养模式,充分考虑到硕士研究生的教育层次,使专业硕士研究生在知识结构上实现学术与应用的统一,既具备一定的学术水平,达到硕士研究生层次教育的学术水平,掌握较深厚的本学科领域的理论知识,同时具备解决实际应用问题的能力和素质。基于上述思路,我们制定了学院材料工程硕士研究生的培养目标——既要掌握材料工程领域的基础理论、先进的材料制备技术、材料检测技术和手段等,又能够在该行业的某一具体方向具备良好的独立从事丁程设计、工程实施、工程研究、工程开发、工程管理等能力,特别是具有较强的解决工程实际问题的能力。
三、课程体系的构建
全日制丁程硕士课程体系设置不能完全“去学术化”。在课程设置方面,我们注重基础理论课程和工程应用类型课程并存,将材料工程硕士研究生课程分为公共基础课、专业基础课、专业限选课和选修课四类。公共基础课包括中国特色社会主义理论与实践、自然辩证法、知识产权法等政治理论课以及基础英语、专业英语等。政治理论课采取在国家规定的教学大纲范围内完成课程设置。外语作为工具学科,在制定教学大纲时就充分考虑工程硕士研究生的培养目标和要求,紧密结合专业工程实际的要求,使学生在具备一定的基础英语知识的基础上,通过工程外语类课程的学习熟练掌握工程实践类英语知识,具备查阅英文资料、了解行业发展方向的能力。
在专业基础课方面,我们设置了固体物理、固体化学、材料现代分析测试技术等材料学科的基础课程。固体物理着重研究固体的物理特性、微观结构、固体中各种粒子运动形态和规律及它们的相互关系;固体化学重在研究实际固体物质化学反应过程及特性、固体的合成方法、晶体生长过程、固体的化学组成和结构,特别是固体中存在的缺陷及其对物质的物理及化学性质的影响,探索固体物质作为材料实际应用的可能性:材料现代分析测试技术则可以使学生掌握材料常用的测试技术、测试手段等以及各种测试方法的基本原理。
专业限选课和必修课则根据学院主要的科研方向设置了一些应用性很强、紧密联系工程实际的课程。选修课的设置为学生自主选择课程类型提供了方便,学生可以和自己的导师协商,根据自己所从事的毕业论文选题以及将来自己想从事的行业选择适合自己发展的课程。
为了提高教学质量,我们选用资深的研究生导师作为授课教师,他们不仅具有深厚的理论知识,而且具备丰富的科学研究和工程实践经验。此外,为了使学生更早地接触企业发展现状、了解材料行业的发展前景,学院聘请优秀的企业导师或行业知名专家为学生开设学术讲座、特色专业选修课。
四、学位论文的选题
材料工程硕士的培养采用两年制,课程学习时间安排一年,学位论文安排一年。课程学习结束后,鼓励学生到企业去,由学校导师和企业导师联合培养。学校导师和企业导师根据学生所学专业的实际情况以及企业的实际条件,结合学生将来的就业前景,选取切合实际的应用性论文题目。论文选题可以是新技术、新工艺、新设备、新材料、新产品的研制和开发,工程设计与研究,技术研究或技术改造方案研究,工程软件或应用软件开发,工程管理等。论文内容应达到学校对工程硕士研究生论文工作量的要求,体现作者综和运用所学的科学知识解决工程实际技术问题的能力,理论联系实际,既具备一定的理论基础,又具有较强的实用性。
考虑到我们学院材料工程硕士研究生的学制较短,为了使学生更好地完成学位论文,在课程学习阶段,利用学生的空余时间让学生多掌握一些技能,提早为学位论文的完成奠定一定的基础。入学后,导师可以根据自身的科研情况,尽早为学生选好毕业课题,指导学生先查阅
参考文献,了解相关课题的发展动态、研究情况以及将来的发展方向,提前确定课题的实施方案。导师也可以带领研究生到相关的企业去调研,看看目前企业相关研究及技术的实施情况、运行过程中有没有遇到一定的技术难题、有没有改进的空间以及技术在行业的认可度如何。这样学生就可以在两年的时间内多学到一些东西,可以更好地完成毕业论文。
【关键词】高分子材料成型加工 教学改革 课程设计
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810(2014)14-0010-02
在高分子科学的学科构架中,形成了高分子化学、高分子物理、高分子工程三个基础性分支学科,以及功能高分子及高分子新材料两个综合性研究领域。高分子材料成型加工属于高分子工程研究的范畴,高分子工程的主要研究线索是,研究在外场(剪切力、振动力、温度、压力等)作用下,高分子的链运动、相态及结构的变化规律和控制条件,从而发展聚合物成型的新方法和新技术。
高分子材料是材料领域的后起之秀,它具有许多其他材料不可比拟的突出性能,在尖端技术、国防建设和国民经济各个领域已成为不可缺少的材料。大多数高分子材料需要经过成型加工才能形成制品,无论金属、陶瓷、玻璃还是天然材料,没有哪一种材料能像高分子材料那样,其最终结构与性能都强烈依赖于加工过程。高分子材料加工过程是控制聚合物制品结构和性能的中心环节,内容涉及高分子物理、高分子化学、聚合物流变学、机械、计算机模拟等多学科,其任务是了解高分子材料的加工特性,确定最适宜加工条件,制取最佳性能产品,为合成具有预期性能的高分子材料提供理论依据。
高分子材料成型加工是高分子材料与工程专业最重要的专业核心课程之一。高分子材料成型加工的工程本质决定了它是一门多学科交叉、科学与工程紧密结合的学科。为使学生建立起大工程的观点,理解其精髓,本课程的讲授会涉及以上诸多学科的内容,要使学生在有限的学时内掌握这门课的基本内容,并且通过对高分子材料成型加工课程的学习,具有高分子材料及其制品设计、生产和研究的科学思维以及创新研究素质,无论对授课老师还是学生而言都是一个新的挑战。笔者结合自身讲授高分子材料成型加工课程的教学实践,在课程体系、教学内容、教学方法等方面提出以下几点看法。
一 加强课程的横向联系
高分子材料的生产有三大关键要素:适宜的材料组成、正确的成型加工方法、配套的成型机械及成型模具。要生产出一个有使用价值,能够利用现有成型设备进行加工的高分子材料制品,必须同时满足以上三个要素。高分子材料生产三个要素之间相互联系、相互影响,是一个不可分割的有机整体。从这个意义上来看,高分子材料成型加工与成型机械的联系应是非常密切的。
高分子材料成型加工与高分子材料成型机械是高分子材料与工程专业的两门专业基础课,这两门课程在本质上有密切的联系,高分子材料成型加工课程包括原材料树脂、助剂、配方设计、成型设备、成型模具、工艺条件及控制等方面,高分子材料成型设备课程主要讲述不同加工方法所采用的成型设备,如开炼机、密炼机、挤出机、注塑机、压延机、中空吹塑机等,从其包括的课程内容看,成型加工和成型机械相互渗透、相互联系,也有交叉重叠的内容,因此有必要对这两门课程的教学内容从整体的高度重新进行规划。
在这个原则的指导下,教师在教学中可以按照原材料、设备、工艺这三大要素组织教学内容,从而把两门课的知识点有机地融合起来,加强课程的横向联系,打破传统的教学模式,培养学生的大工程观。如在讲授聚氯乙烯(PVC)管材挤出成型工艺这部分内容时,教师首先讲授挤出所用的原材料配方(PVC树脂、各种助剂),由于PVC树脂牌号众多,不同牌号的树脂制备方法不同,树脂的性能也不同,在加工过程中所选用的工艺也会有所差异,因此,教师在开始讲授成型工艺时,有必要使学生具备原材料选择这个意识。然后介绍管材成型所需的设备(包括挤出机类型、机头口模、螺杆结构、螺杆组合、传动系统、控制系统、辅机)。如在讲解螺杆时,可分析各种螺杆结构参数对成型加工的影响,各种不同混合、混炼元件的螺杆组合所具有的加工特性,并结合PVC管材生产工艺特点,讲解生产PVC管材所用螺杆的选用原则。在讲解挤出机机头口模时,可将机头口模流道的设计、口模类型等涉及成型机械的内容引入课堂中,使学生掌握有关机头口模设计的基本原则。最后,讲授PVC管材生产的工艺条件及控制方法(螺杆转速、牵引速度、挤出机及机头温度)及其对制品性能的影响。
教学内容改革是21世纪高等教育教学改革的重点,将高分子材料成型加工与成型机械有机结合起来,重新组织课程内容既有利于教师的教学与学生的学习,增强理论教学的课堂教学效果,同时节约下来的理论教学课时可用于实践教学环节,培养学生的动手能力和创新意识,提高在社会上的竞争力,也符合高分子材料加工行业对本专业毕业生所提出来的越来越高的要求。
二 按课程主线组织教学内容
本课程以“材料―成型加工―制品性能”这条高分子材料成型加工的主线组织教学内容,重点了解和掌握高分子材料、成型加工工艺、制品性能三者的关系;材料的不同与成型加工方法的关系;同样的材料用不同的加工工艺方法或加工工艺条件,所得制品的性能为何不同;制品的性能
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* 基金项目:广东石油化工学院教育科学研究基金项目
与材料本身的性质有何关系等,强调了成型加工对制品性能的重要性,即高分子材料最终的结构与性能强烈依赖于加工过程这一独特之处,这是本课程的主题思想――高分子材料的工程特征,教师在教学过程中,将这一主题思想贯彻始终是本课程教学的首要目标。
在教学过程中,任课教师应将高分子科学基础理论与实际生产和日常用品的例子相结合,与学生进行分析和讨论,启发学生在学习过程中牢牢抓住本课程的主题思想。对于聚合物来说,具体结构决定了它的性能,同一种链结构的聚合物,由于成型加工条件的不同,分子链的排列与堆砌方式会有所不同,从而形成不同的聚集态结构,聚集态结构不同,制品性能也大不相同。如生产聚丙烯注塑件时,聚丙烯注塑制品最终的物理性能不仅与本身分子量和结晶性等有关,而且与注射工艺条件的控制有关。不同的工艺条件导致聚丙烯具有不同的微观结构,而微观结构又直接影响聚丙烯注塑制品的强度、韧性、硬度以及成型加工等性能。如聚丙烯注塑件的光学性能会受到注射成型条件的影响,聚丙烯注塑件在冷却过程中,由于塑件不同部位的温度场、应力场的分布不同,从而会造成注塑件内不均匀的体积收缩和密度分布,因此严重影响了塑件的光学性能和力学性能。这些例子很好地体现了“高分子材料―成型加工―制品性能”这条高分子材料成型加工的主线。
三 对教学方法进行改革
1.多媒体教学
高分子材料成型加工属于专业技术课,教学内容具有很强的理论性和实践性,许多内容涉及成型机械的结构以及具体的操作过程,在学生大多缺少实际感性认识的情况下,单纯依靠文字的板书进行课堂教学,学生难以理解,教学效果不理想。因此,课堂讲授可借鉴国内一些院校的聚合物成型加工精品课程网站的教学资源来制作多媒体课件,通过结合所用的教材,有选择性地将多媒体动画仿真和图片资料补充到电子课件中,不断修改完善课件内容,增加课堂信息量,提高教学效果,激发学生的学习兴趣。为了加深学生对实际生产过程各种机械设备、操作工艺的认识,教师可通过收集各种高分子材料成型加工厂的生产视频,然后在课堂上进行播放讲解,可增加学生对高分子材料成型加工工艺的感性认识。如在讲薄膜的中空吹塑时,大多数学生对旋转机头的工作方式比较陌生,笔者通过给学生播放带有旋转机头口模的中空吹塑生产过程,学生在录像中可以很直观地看到旋转机头在工作中的运行情况,以及旋转机头如何调整薄膜厚度的工作原理,这些都使学生感受到课本的理论知识并不是枯燥的,它来源于生产实际,并对生产实际起到指导作用。
除了在课堂上引入多媒体课件外,教师还可向学生推荐一些著名的专业网站,包括美国塑料工程师学会(SPE)、美国塑料工业协会(SPI)、中国注塑技术论坛、聚合物技术网等,鼓励学生了解加工工程的前沿发展,从而提高学生的学习兴趣。
2.案例教学
为了提高学生分析问题和解决问题的能力,经常以日常生活中常用高分子材料制品进行案例教学,帮助学生认知高分子材料成型加工的整个过程,如日常用到的笔记本外壳、空调外壳、排水管、薄膜、泡沫塑料、汽车轮胎等,启发学生去思考,然后进行讨论,针对常用制品分析所用的原材料、成型方法和工艺,使学生在看得见、摸得着的实例中体会所学知识,这样的教学方法提升了学生学习效率和学习效果。在实际教学中,教师可给学生提供一些案例,如某个工厂某批次的注射件出现了应力开裂现象,试让学生讨论分析其中的原因,并提出解决方案。通过课堂讨论,学生从这一案例中可学到包括原材料、成型方法、成型工艺条件(温度、压力)、制品性能(应力开裂)在内的许多知识点,很好地将高分子材料基础理论与生产实际相结合,学生可以充分理解“高分子材料―成型加工―制品性能”这一课程的主题思想。
3.课程设计
作为大工程观教育理念的一部分,培养具有敏锐工程师意识的学生是工科教学的一个重要目标,高分子材料成型加工课程作为一门实践性很强的学科,可为学生将来走进企业站稳脚跟打下良好的基础,因此,在教学中引入项目教学的理念,让学生利用各种校内外的资源及自身的经验,通过完成给定的工作任务来获得知识与技能。本专业的课程设计是以高分子材料生产流程为主线,实现项目教学,以培养学生的创新能力。
设计内容可以典型的通用高分子材料(如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯等)的生产任务为依托建构、设计出一个高分子材料产品生产项目(包括厂址的选择、原料选择、配方设计、高分子材料加工方法、设备的选型以及生产成本的核算等)。它有效地解决了传统教学中理论与实践相脱离的弊端,使理论教学内容与实践教学内容通过课程设计紧密地结合在一起。在设计的过程中,学生通过互联网查找大量的资料、数据,通过到企业调查,掌握了许多第一手资料,在这个过程学生可以概括性地知道所学专业的主要工作内容及其在整个生产过程中所起的作用。
四 结束语
高分子材料成型加工是一门实践性很强的专业技术课程。结合该门课程自身的特点,通过采取加强课程间的联系,抓住课程主线教学、改革教学方法等措施,力图改变该课程课堂讲授效果不高、学生学习积极性普遍较低等现象。
在不断深化教学改革的过程中,要想使学生学有所得、融会贯通,首先应提高学生在高分子材料产品的设计、生产和研究等方面的综合应用能力,从而培养具有卓越工程师意识的高分子材料专业技术人才。
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基于土木工程专业人才培养方案对学员“知识、能力、素质”三个层次的培养要求,将土木工程材料课程知识体系相对应地划分为“教材知识、拓展知识、科学知识”三个层次。通过课前预习、课堂教学、实验教学、课程考核四个阶段的课程设计,分别采取不同的教学方法和考核方法,实现学员获得学习、实践和创新等方面能力和素质的目的。
关键词:
土木工程材料;知识分层;教学设计;教学实践;课程教学
知识是基础,是载体;能力是知识的综合体现;素质是知识与能力的升华。知识、能力、素质是进行创新的基础,只有将三者的教育与培养结合在一起,并贯穿于教育的全过程,才能培养出高水平的人才。高等教育应在传授知识的同时提高学生的综合能力,升华其素质,培养学生的创新精神和创新意识。布卢姆认为,只要在提供恰当的材料和进行教学的同时,给每个学生以适当的帮助和充分的时间,几乎所有的学生都能完成学习任务或达到规定的学习目标[1]。其实很多学生学习成绩不理想,学生智慧能力的欠缺并不是主导因素,未能提供适当的教学条件和合理的帮助才是造成学生学习成绩不理想的最大原因。因此,笔者在土木工程材料课程教学中采取知识分层的方法,将课程知识划分为不同层次,预定目标,并采取针对性措施,帮助学员实现获得“知识、能力、创新”不同层次知识的目的[2-4]。
一、土木工程材料课程知识分层的教学设计
土木工程材料课程主要介绍各类建筑材料的成分、生产过程、技术性能、质量检验以及应用等基本知识。材料种类繁多,内容繁杂,各章自成体系,而且概念多、术语杂;经验性的东西多,逻辑推理性内容少;文字叙述多,公式计算少。学员在学习过程中感觉对知识的理解并不难,难的是抓不住重点,感觉要记忆的东西太多,不能将繁杂的内容梳理出条理清晰的层次,以致学生感到学习难度较大,学习效率不高。 依据土木工程材料课程知识来源及其特点,将该课程教学内容划分为:教材知识、拓展知识、科学知识三个层次[5]。(1)教材知识:即人才培养方案和课程标准要求掌握的内容,包括水泥、混凝土、钢材、防水等材料的化学成分、生产工艺、技术性能、质量检验以及材料的基本性能试验等;(2)拓展知识:指教员对课本知识的分析和拓展,主要内容是教员在科研、工程等实践过程中积累的经验和知识,以及课本以外的专业知识等[6];(3)科学知识:与土木工程有关联的一切材料知识与实践,重点介绍材料科学发展的最前沿知识,及其在防护工程中的应用,如泡沫铝、纳米二氧化钛、石墨烯、相变材料、形状记忆材料等新材料的功能开发和应用研究,主要作用是激发学员的创造力。针对不同层次的知识,引导学生采用不同的学习方法和不同类型的评价方法,实现不同层次的教学目标[7]。通过任务—问题,引发学员的学习兴趣,实现学员获得“知识、能力、创新”三位一体课程知识的目的,培养学员的创新意识和创新能力。
二、土木工程材料课程知识分层的教学实践
为了深入贯彻理工大学精英教育理念,充分发挥教员的主导作用,引导学员全面成长,更好地对学员因材施教,拓宽学员视野,培养学员的实践能力和科研创新能力,从2009年开始,笔者尝试在土木工程材料课程教学过程中实施“本科生导师制”。实践中将导师制与课堂教学内容形成良好的衔接、互补,并对课程的知识体系进行梳理,逐步形成了“知识分层”的教学思想,在探索实践中,收到了较好的效果。
(一)课前预习以教材和学习指导书为载体,引导学员进行有针对性的课前自学,时间以10分钟至30分钟为限。课前自学能使学员对概念性知识有初步认识,对不能理解的知识点或各类疑问带到课堂上反馈给教员。本过程以让学员了解和掌握教材知识为目标。
(二)课堂教学教员对学员的预习情况进行检查,获得学员不能理解的知识点或各类疑问,在课堂上有针对性地讲解必须掌握的重点、难点,确保学员能够掌握人才培养方案要求掌握的知识。本过程以让学员了解和掌握教材知识为目标。在此基础上,教员对课本知识进行拓展,介绍真实的工程案例或事故,重点是军事工程。本过程以让学员了解和掌握拓展知识为目标。主要包括如下三方面内容:(1)大型工程涉及的材料:包括国内外各类典型工程及本地区的重点工程,如青藏铁路、水立方、鸟巢、苏通大桥、杭州湾大桥、永兴岛建设等工程中涉及的各类材料,体现理论知识与工程应用的紧密联系。(2)工程事故:包括各类媒体介绍的工程事故及环境污染实例,如重庆彩虹桥垮塌事件、家庭装修带来的“装修病”等,以此作为切入点介绍材料性能对工程结构质量和使用性能影响的重要性。(3)特种材料及技术:如“耐高温—高寒混凝土”“耐海水混凝土”“泵送混凝土”“混凝土结构抢修加固材料”“再生混凝土”“材料无损检测技术应用”等,并在此基础上引导学员针对工程实践特点,根据基础理论知识进行材料创新设计。
(三)实验教学实验教学作为大学本科教学的重要组成部分,是培养学生实践能力和综合素质的重要教学环节。相对于理论教学,实验教学更具直观性,更能培养学生发现问题、解决问题和分析问题的能力,在提高大学生综合素质和创新能力方面发挥着重要作用[8-9]。1.基本实验按照《全国高等学校土木工程专业本科教育评估标准》对土木工程材料课程实验教学的要求,完成六个验证性实验。本过程以让学员了解和掌握教材知识为目标。2.自主实验即开放式“三性”试验,实行自主选题、自行设计、自主操作。采取“本科生导师制”[10],引导学生组成兴趣小组或科研团队自行选择试验内容,合理利用实验室已有设备制定试验方案,并得出实验结论。遵循“引导—自学—辅导—实践”四个环节,激发学生自主进行研究性学习的热情,把综合理论知识和技术融入到研究过程中,培养学生合作研究能力、技术创新能力,增强学生的综合素质,充分开发学生的潜力,为培养优秀学员创造条件。本过程以让学员了解科学知识为目标。在自主实验的基础上,教员根据学员的选题提供研究思路,以国防工程新材料研制俱乐部为平台,带领学员进行各类实践活动,如面向学生的科研立项、开展学科竞赛、参与教员的科研项目等。主要成果形式可以分为三大类:论文类、发明类、竞赛类。(1)论文类,包括科普类论文和学术类论文。从材料角度对大型工程进行材料设计,或从工程事故分析报告等角度撰写论文,要求正式发表,包括会议论文。如论文《‘美国911事件’中钢材对火灾产生、蔓延的影响》《建筑环境污染事件中材料的决定因素》等;也可以根据国家战略或国防战略选题,如《设计南海、西南高寒地区所需要的特种建筑材料》等。(2)发明类:以土木工程建设、国防工程建设或军事需求进行选题,包括材料发明、材料结构设计等,通过试验进行发明创造,并申请发明专利或实用新型专利。(3)竞赛类:以材料的创造发明或论文形式,参加校内外各类学科竞赛。如每年一次的理工大学“卓越杯”科技创新大赛,每两年举办一届的“全国大学生混凝土设计比赛”“中国大学生新材料创新设计大赛”“‘挑战杯’全国大学生课外学术科技作品竞赛”等,甚至可以参加相关学科的竞赛,如“全国大学生混凝土结构大赛”等。
(四)课程考核课程考核包括教学不同阶段的全过程评价,既考核结果,也考核过程。一是考核学员对教材知识的掌握情况,占总成绩的70%,具体包括预习单、作业本、实验报告、考试成绩等。二是考核学员对拓展知识的了解、掌握情况,占总成绩的20%,主要包括课堂表现、创新选题等。三是考核学员对科学知识的了解、掌握情况,占总成绩的10%,是课程成绩评定为优的重要依据。主要以课外创新作品的呈现程度来进行评价,如撰写论文5分,如果了(或有录用通知)就10分;发明创造有作品的5分,申请了专利的10分;正式参加了比赛的5分,已经获奖的10分。
三、土木工程材料课程知识分层教学成效
在“土木工程材料知识分层”教学设计和实践的过程中,先后获得学院“建筑材料课程教学改革研究”“本科精英教育的探索———课外实践导师制”“基于建筑材料课程的学员自主学习能力的培养研究”等教学科研项目的支持,获得一些教学改革成果。在课程考核方面,近几年学生通过率都达到100%。优秀率从5%左右提高到10%以上。在撰写论文方面,学员团队在教员的指导下撰写了《泡沫铝的特性及其在防护工程中的应用探讨》《室内电磁辐射污染分析与评估》《基于金属热工艺“四火”原理实现铸强兵之“剑”》等多篇学术论文。在创造发明方面,在教员的指导下,学员自主开展“寒区单兵多用途自热包”“一种高强陶粒混凝土的研制”“K-15快速高强抢修加固材料”等材料研究,并申请了专利。在参加竞赛方面,学员连续四年组队参加理工大学“‘卓越杯’科技创新竞赛”“第三届全国大学生混凝土大赛”,多人次获奖;参与“本科生导师制”课外创新学习的学员,有多名被保送或考取研究生。
四、结语
在理工大学实行“一导五法”教学改革的大环境下,教员和学员参与教学改革的热情空前高涨,学员各类课外科技创新活动得到了校院多级政策支持,“本科生导师制”也在各学院深入推进。今后应将全国或兄弟院校的更多有价值的学科竞赛引入学校,并将参赛的组织模式固定下来。此外应进一步加大学员课外科技创新活动成效与学分、评优、保研等评价体系的联系,为学员的成长创造更加广阔的平台。
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[关键词]工程意识;高分子材料专业;综合实验
我国的高等工程教育培养造就了大批工程科技人才,有力地支撑了我国工业体系的形成与发展。但与其它工业发达国家相比,我国高等工程教育虽然规模位居世界第一,但总体质量并不高。突出的问题就是高等工程教育培养出的人才工程性缺失和实践能力薄弱。针对高等工程教育存在的的问题,2010年6月,中国工程院、教育部启动“卓越工程师教育培养计划”,旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才,使我国培养的卓越工程师后备人才满足我国工业化和现代化建设的需求,使我国跻身工程教育强国之列。
一、目前高分子材料专业综合实验存在的问题
长期以来,我校高分子材料专业综合实验仅仅是停留在使学生巩固并加深对专业基本理论及概念的理解,对高分子材料性能检测,以及高分子材料成型加工设备的操作等层面。存在的最大问题就是实验内容陈旧、滞后,实验教学形式僵化。验证性的实验内容较多,与工程实际密切结合的实验内容太少。这种传统的高分子材料专业实验教学体系不利于学生工程观念的建立,不利于后续阶段的顶岗实习、毕业设计、及进入工作岗位后迅速完成从学生到合格的工程技术人员的转变。
二、加强高分子材料专业综合实验工程性的指导思想与原则
“卓越工程师教育培养计划”具有三个特点:一是企业深度参与培养过程,二是学校按通用标准和行业标准培养工程人才,三是强化培养学生的工程能力和创新能力。我们认为高分子材料专业综合实验应该是在专业实践层面上安排的,能够与生产实际紧密结合,能够体现工程与教学相互联系、相互促进关系的一门实验课。通过实验培养学生建立初步的工程能力。在这门实验课中要创造出一种让学生真正感受到工程实践的氛围,促使学生从知识积累向工程能力生成的转化。
三、高分子材料专业综合实验改革的具体实施
(一)调整高分子材料专业综合实验开设时间
我校高分子材料专业综合实验原开设时间放在第3学年的第6个学期。通过几轮教学发现,在学生专业学习还没完全到位的情况下,学生并不完全具备很好完成实验的能力,严重影响专业实践能力的取得。因而将设置时间调整到第4学年第7个学期,时间从3周延长到4周。从实践结果来看,这一调整是合理的。
(二)企业参与高分子材料专业综合实验教学计划的制定
以往的实验教学计划完全由任课教师自行制订,由于教师的工程能力不足等原因,制订的实验教学计划脱离生产实际,即所谓的“理论性、研究性过强”。在新的实验教学计划修订时,我们积极争取企业具有丰富实践经验的生产技术人员参与进来,共同制定人才的培养目标,培养方案,共同制定实验教学大纲、实验教学计划。
(三)高分子材料专业实验内容的确定
1.原有实验内容优化。全面更新实验内容。只保留小部分经典的实验内容,这些经典实验可以训练学生系统地掌握原料的准备、材料的合成、性能测定与表征方法等。增加具有工程背景的实验,选择贴近实际的社会需求,符合高分子材料的变化潮流,适应企业对人才需求的内容。
2.教师科研课题转化。将部分教师完成的或在研的科研项目中的部分内容拿到专业实验中来,分解为学生有能力可以完成的实验项目。
3.到有合作关系单位完成部分实验。生产单位可以为人才培养提供先进的工程实践条件。此种实验方式最显著的特点是实验方案的应用性和工程性。更能激发学生动手实验的兴趣,发挥了学生自主实验和学习的主观能动性。
(四)实验教学方式的改革
1.题目自选与指定结合。由过去的分配到人改变为由学生在给定题目中自行挑选感兴趣的题目,使实验教学从传统的“以教师为主”的模式转变为“学生为主体、教师为主导”的模式,充分发挥学生的积极性和创造性。
2.改变实验指导方法,强化学生自主实践能力的培养。强调实验指导教师的“导师”作用,使学生成为实验的主动参与者、探索者。鼓励学生独立思考,引导而不是替代学生解决实验过程中出现的问题。
3.实验以课题组形式进行。每三名同学组成一个课题组,并选举一名组长。每课题组配备一名指导教师或生产单位的技术人员,为课题组提供技术上的指导和方向上的把握。通过具体的研究课题,培养学生团结协作的精神。
4.计算机辅助教学。引入新的教学手段,即利用高分子材料与工程设备素材库,对实验中涉及到和未涉及的工艺进行计算机模拟仿真实验,扩大实验范围。
(五)专业综合实验的考评方式改革
实验模拟本科毕业论文方式进行。结合实验内容给学生下达任务书,学生做出开题报告、开题答辩,以论文的形式完成实验报告,最后采用类似毕业论文答辩的方式总结实验。在同等的实验时间、实验条件下,增加了实验信息量,增强了团队意识,强化了工程理念。
四、专业综合实验改革取得的成效
(一) 直接促进了毕业教学环节的顺利进行
专业综合实验过后,就是毕业环节的教学工作。专业综合实验的过程就是一个微缩的毕业论文过程。有了专业综合实验的基础,很多同学在短时间内就适应了毕业论文过程。毕业答辩也充分体现了这个环节所起的作用。
(二) 促进了教师队伍工程能力的提高
从事高等工程教育的教师多数是从学校直接到学校,他们没有企业工程实践的经历,因而在实践教学中缺少工程思维、工程方法和工程文化的传授。专业综合实验内容及教学方式的改革以及企业专家的参与,极大促进了实验指导教师工程能力的提升。
五、结语
通过新的高分子材料专业综合实验教学体系的构建,从根本上改变了实验教学内容陈旧、滞后与生产实际脱节严重的现状。新的实验教学体系不仅加深了学生对整个高分子材料体系的理解,更重要的是培养了学生在实验中以工程意识去发现问题、分析问题和解决问题的能力。
基金项目:黑龙江工程学院教改项目:基于“卓越工程师教育培养计划”专业综合实验教学改革与实践(项目编号: JG2012042)
参考文献:
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