新时代科教融汇背景下材料科学基础课程教学改革探索

摘  要：信息化时代高等教育将迎来前所未有的变革和发展，材料科学基础是工科院校非常具有代表性的专业基础理论课程，新时代科教融汇理念为该类课程教学的时代内涵和发展路径提供指引。该文分析材料科学基础教学现状及当代大学生的特点，以激发学生主动学习的兴趣和动力，使学生理解知识点的同时并转化为自身能力，让学生建立专业自豪感，形成正确的人生观、世界观、价值观为初衷，从教学内容重构、教学目标与教学方法设计、考核评价机制建立、思政元素引入及教学团队建设等几方面提出教学改革措施，促进实现该类课程的高质量教学。

关键词：科教融汇;材料科学基础;教学改革;教学内容重构;专业基础课

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2025）04-0055-05

Abstract： In the era of information technology， higher education is set to experience unprecedented transformation and development. Fundamentals of Materials Science is a highly representative foundational theoretical course in engineering schools. The integration of science and education in the new era provides direction for the contemporary significance and developmental trajectory of teaching such courses. This paper analyzes the status quo of teaching in Fundamentals of Materials Science and the characteristics of contemporary undergraduates. The aim is to stimulate students' interest and motivation for active learning， ensure their understanding of key concepts， and facilitate the conversion of knowledge into practical skills. Additionally， the paper seeks to instill a sense of professional pride and help students develop correct worldviews and values. To achieve high-quality teaching in this course， this paper proposes several educational reform measures. These include restructuring course content， designing teaching objectives and methods， establishing an assessment and evaluation system， integrating ideological and political elements， and developing teaching teams.

Keywords： integration of science and education; Fundamentals of Materials Science; teaching reform; teaching content reconstruction; professional basic course

当今人类社会进入信息化时代，互联网成为潜力无穷的信息索取和信息交换中心，知识边界变得越来越模糊，这对大学和高等教育而言，既有机遇又有挑战。正如两种观点，其中比尔·雷丁斯在《废墟中的大学》中认为“大学现已是一个衰败的机构，它不可避免地卷入到消费主义的大潮之中，被迫成为该王国的一个属官”[1];而杰勒德·德兰迪在《知识社会中的大学》中却说“大学更可能成为一个充满冲突的场所，知识模式的重组意味着大学的革新而不是终结”[2]。

党的二十大报告再次强调了深入实施科教兴国战略，并且明确教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑[3]，这赋予了高等教育新的历史使命和关键地位，同时也突出了高等教育和科技的高度关联性。新时代背景下，科教融汇理念，即高等教育与科技创新更好结合，为促进高等教育教学改革提供了指引[4];高等教育的发展与变革，包含知识生产模式、人才培养模式、教育教学模式的变革，因此，大学中的每一个单元，包括机构设置、学科课程、教师团队等，都需要内化各自的时代内涵与发展路径。

材料科学与工程是众多工科院校的一门本科专业[5]，主要培养高级工程技术人才，学科研究内容涵盖金属材料、无机非金属材料、高分子材料等多种材料领域的基础知识和材料制备、加工成型的基本技能，探索材料的成分、组织结构、制备工艺与材料性能和应用之间相互关系。本文将以材料科学与工程专业的主要理论基础课程材料科学基础为例，以有效培养德才兼备的能够胜任社会新需求的高质量高级工程人才为目标，探索新时代科教融汇背景下材料科学基础课程教学改革的举措，以及此类学科基础课程的时代内涵和发展路径。

一  材料科学基础课程学情及现状分析

（一）  当代大学生特点与学情分析

材料科学基础是材料学科专业基础必修课，授课学期通常是第4学期。学生完成了基础课程的学习，刚刚经过专业分流，尚未系统学习专业课程。学生具备数理基础：学生经过高等数学、大学物理、理论力学的训练，对使用数学知识解决实际问题有一定数理力基础，有基本的力学知识积累。学生具有一定的生活积累和通用经验：了解外力会引起材料变形和失效、温度降低会使水结冰、高温下橡胶或者塑料类制件会变软、一滴墨水滴入水中会改变水的颜色，等等;但是，对于大多数现象还没有建立起微观的认识。学生的潜在需求：对于如何把宏观现象与理论知识及微观认识建立起联系具有潜在需求。存在的问题：基础知识强、逻辑思维弱、理论与实践相脱节。

当代大学生从思维认知到价值观念、心理特点再到学习态度、学习方式都有科技信息化时代的鲜明特点。第一，当代大学生受网络文化的影响，思想多元化的同时政治观念不成熟;第二，由于物质生活的丰富使当代大学生成长过程中很少经历坎坷和磨练，虽然对事物的认识有独立地主见和自信心，但自我为中心现象明显;第三，大学之前的“鸡娃”培养模式，造就当代大学生功利主义较为严重;第四，由于社会阅历不足，导致当代大学生缺乏对问题的辩证思考能力[6]。以上特点，综合起来表现为，当代大学生没有长远的目标容易迷失自己，社会价值和使命感淡薄;这使得当代大学生的学习态度消极、情绪化严重、注意力难以集中、意志薄弱[7-8]。

当代大学生处于知识经济时代，知识更新速度快、倍增周期短;此外，迅猛发展的多媒体和网络，为大学生提供了新的知识获取途径[9]。这带来了如下影响：大学生对课堂教学的需求不那么迫切，而且部分大学生不再认同传统教学当中教师充当“控制者”，内心希望拥有更多的自主学习空间;但是，大学生网络自主学习计划性不强，执行力度不高，导致学习效果较差，所获取的知识缺乏系统性和理论基础深度不足。

（二）  材料科学基础课程特点与教学现状

材料科学基础是本科生入学以来接触的第一门高难度专业课，是后续所有专业课的基础，是学生建立专业印象的起点。课程内容既横向地融合了金属材料、陶瓷材料和高分子材料的基础理论，又纵向地运用了本专业学生已学过的材料热力学/动力学、物理、化学、数学等基础知识，并要连接后续有关材料测试、加工和应用等课程，是基础课与专业课之间的桥梁[10]。该课程新概念、新原理、新规律较多，知识点庞杂繁复且抽象，内容相对枯燥缺乏趣味性，同时对学生的基础知识储备要求较高[11]。总之，该门课程特点鲜明，可概括为地位重、难度大、要求高。

据调研，目前材料科学基础课程教学主要存在以下问题。第一，任课教师教学方式单一，教学效果不理想[12]。虽然现在教师都采用多媒体教学手段，引入信息技术教学，但是授课过程仍然是以教师讲授为主体，缺乏对学生的充分引导和互动，给学生自由探索和积极思考的时间不足。第二，课程教学目标设计不合理[13]。教学目标的设置是教师有目的教学、学生有目的学习、教学与学习效果有依据评价的基础;但目前教学目标设置存在不明确问题，缺乏对能力目标的清晰界定，一些常见的课程目标用语，如“掌握”“理解”“明确”等，仅仅是强调相关知识的掌握，并没有强调对知识点的运用能力，使教学目标模棱两可、不可量化。第三，理论与实际脱节，与实验教学缺乏关联性[14]。目前教学主要侧重知识点传授，不注重理论联系实际，使课程与生产生活现象脱节;此外，课程实验教学也与理论教学缺乏连贯性和相关性，一些材料认知类、物理/力学性能测试类实验项目没有突出与理论内容的相关性，甚至有时因学时因素，不设置课内实验教学，而是并入材料实验学课程当中。第四，考核评价方式对教学效果的促进作用不足。该门课程的成绩评定通常分为平时成绩和期末笔试成绩两部分，而且平时成绩主要以学生出勤率来衡量，占比30%。这造成两点问题：一是没有授课效果的阶段性反馈，教师不能实时掌握学生对知识点的掌握情况，从而及时调整教学;二是给学生平时懒散、期末突击的心理和现象提供了可能。第五，思政融入欠缺。该课程是材料学科本科生接触的第一门专业课，对于学生建立良好的专业印象具有举足轻重的地位。因此，该门课程的教学目标不单单是相关知识的传授和能力的培养，更是培养学生科学素养、建立专业自豪感和正确情感价值观的有效途径，这与思政理论课目标吻合。除此之外，教学过程中恰当地融入思政元素，也能够提高授课内容的趣味性[10]。第六，学生学习积极性不高，严重影响教学质量[13]。学生学习积极性欠缺是目前大学生普遍存在的现象，这与教学内容、教学方式方法相关，还与当代大学生心理特点、社会环境和生活环境有关。

针对材料科学基础教学现状及当代大学生的特点，以学生为主体，如何让学生觉得这门课不枯燥，如何激发学生主动学习的兴趣和动力，如何让学生理解知识点并转化为自身能力，如何让学生觉得材料专业很有用很重要，从而建立专业自豪感，是教学改革中的重中之重。

二  材料科学基础课程教学改革举措

（一）  重构教学内容

教学改革首先应该进行教学内容梳理与教材重构。材料科学基础课程内容涵盖原子结构与键合、晶体结构、晶体缺陷、扩散、材料的变形和再结晶、相图及合金凝固与制备、材料的亚稳态与功能特性等内容。首先，教材的选用非常关键，不同版本教材侧重点不同[15]，比如清华大学版本教材侧重材料科学基础理论，武汉理工大学版本教材偏重无机非金属材料，上海交通大学版本教材偏重金属材料及应用，西安交通大学版本教材偏重金属加工;所以要根据专业细分方向选用适合的教材，结合各家所长。其次，教材内容与其他专业课程之间有教学内容重叠和相似部分。因此，教学内容应该以教材为基础，统筹其他课程，进行梳理、删减和扩展，注意课程之间的衔接性和各自不同的侧重点，构建学科关键概念网络框架;同时，对每次教学内容的知识点进行逻辑关系梳理，明确彼此之间的逻辑脉络。以晶体缺陷中位错这一节为例，逻辑关系梳理如图1所示。