探讨材料科学基础实践环节中的项目教学设计与应用

　　对高等学校材料类相关专业的学生来说，《材料科学基础》是最主要的专业技术基础课。该课程以金属材料、陶瓷材料、高分子材料及复合材料为对象，主要研究材料的成分、结构、性能和应用之间的关系及其变化规律，为后继材料性能测试和材料加工等有关课程的学习奠定必要的材料学基础。它是学生在学完基础课程(包括高等数学、大学物理、普通化学等)后，进入专业课程(如材料力学性能、材料物理性能、钢的热处理原理及工艺等)学习前必须学习的一门课程。它教会学生如何分析、解决实际问题，建立基本的工程思维方式，从而使其初步具备合理选择材料和使用材料、正确选择加工方法及安排制订加工工艺路线的能力。
　　《材料科学基础》课的实践环节配合课堂理论知识讲授，主要作用是帮助学生巩固和加深理解课堂上学到的知识，培养学生初步具备金属材料试样制备、组织观察与分析等实际工作的能力。实验主要是以金相分析方法为手段，对金属与合金的成分、组织、性能间的内在联系进行研究。目前，该环节采用传统实践教学方式获得的教学效果不够理想，学生反映实验课随便听听看看，学了没什么用，学习积极性低。分析上述问题产生的原因包括：低年级学生理论知识相对薄弱，对材料学基本研究方法不熟悉，上实验课时虽然也能跟着做，但无法深入理解，似懂非懂;实验课安排较零散，前一次课上掌握的方法间隔一段时间后容易忘记;每次分散的实验课之间相互衔接不畅，难以实现递进的学习效果;传统考核方式主要考察学生的实验报告，无法反映学生真实学习状态，更不能获知学生实际操作技能水平，起不到激励学习的作用。
　　在《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010 - 2020 年)》中强调，高校教育要以提高自主创新能力为核心，鼓励深入开展应用型研究和跨学科交叉综合研究，培养学生的实践能力。项目化教学起源于德国，在我国近年大学课程改革中已经有人做了很多的探索，但主要集中在职业教育领域。对高校《材料科学基础》课的实践环节进行项目化设计，有利于提高学生学习的针对性和实用性，同时，项目的主题与生产实际密切结合，可以提高学生学习自主性，提高专业课兴趣，让学生自己研究和确定实验方法，有利于培养学生的创新能力，实现学以致用的目标。
　　一 明确教学目标，结合工程实际设计实践教学项目
　　项目教学法是通过项目的形式进行教学，是基于理论指导实践的行动导向教学模式。其主要特点是在教学中将课程培养目标分解成若干具体可实施的教学任务，教师仅起到指导作用，将教学任务交由学生自己处理，通过完成项目来完成教学任务、培养学生系统实践能力、实现课程目标。因此，教学项目的设计需要综合考虑教学目标、工程实际、可实施性和系统性。《材料科学基础》实践环节，主要目标是培养学生初步具备金相试样制备、组织观察与分析等实际工作的能力，同时，对于学有余力的同学提供进一步的训练机会。该课程共设计三个教学项目，三个项目密切联系工程实际，覆盖所有教学目标，对于学生掌握知识的要求逐渐加深，学生需要应用的实验方法逐渐递进.
　　二 项目教学的教学模式
　　项目化实践教学过程中，教学项目的运行采用教师为主导，学生为主体的方式，明确学生是项目执行主体，学生的具体学习流程模拟企业员工工作流程。学生组成项目团队，团队中各成员之间有明确分工。学生需要完成的主要任务包括：项目启动前接受培训，团队接收任务，查阅资料，确定实验方案，实验检测并出具检测报告。教师需要做的是项目启动前进行培训，实验案确定时进行一定审核，随时提供指导，审阅报告并考评。
　　下面以项目三某产品双头螺栓热处理为例介绍项目教学的具体教学模式。
　　(1)提出项目任务，将班级同学每5 名分成一组组成项目团队，由教师介绍实验室安全操作规程，双头螺栓的材料、应用环境和热处理要求。各个团队对接下来的项目任务有一个总体的明确和把握。
　　(2)项目资料查阅，各个团队回去进行资料查阅，包括工艺书籍、热处理手册，相关文献，检验标准的学习等。团队讨论确定实验方案，并交由教师做初步审核，审核实验方案时以指导方向为主，不直接传授方法。
　　(3)项目任务实施，各个团队分别按照各自的项目方案进行实验操作，主要包括热处理淬、回火操作和热处理后组织和硬度检测，所有设备的使用由学生根据操作规程自学。
　　(4)总结和评价，各项目团队得出实验结论，依据检验标准出具检验报告，由教师根据实验操作情况，报告结果等进行考核评价。
　　三 考核评价方式及教学效果
　　传统实践环节的考核方式以参考学生的实验报告为主，往往造成学生之间互相参考以求得最佳数据，无法得知学生对技能的真实掌握情况。项目教学对于学生的考核评价方式分为平时过程性评价与实验结论评价两部分。为使分数能真实反映学生对专业技能的掌握情况，平时过程性评价占比百分之六十，考察内容包括学生考勤，实验准备，实验操作，资料整合，设备使用，方案制定情况等等，对学生的考评时宜多采用提问的方式了解学生知识掌握程度。而通常情况下，小组内部任务分配并不平均，往往是学习积极的同学承担了更多的工作，进行平时过程性评价的目的不仅仅对各组之间的学习状态进行考核，还要在组内形成差异。对于积极认真承担工作多的同学，在分数上要有所体现。实验结论评价考察内容包括实验结论是否与理论相符，零件热处理质量，检验报告是否正规等等。对实验结论的考核占总成绩的百分之四十。
　　项目教学方式给学生创造了宽松多元的学习环境，其学习效果不只是知识量的积累，更重要的是职业能力的提高。
　　(1)项目化的实践教学提高学生专业技术水平。学生在完成项目的过程中，将金相分析方法融入了对材料性能的检测过程中，将设备的使用操作融入到对项目目标的实现过程中，学生学习目标明确，对专业技术掌握水平高。
　　(2)培养学生专业实践能力。所有的教学项目与生产实践密切结合，学生在完成项目的同时，实现了理论与实践的结合，迅速构建自己的知识结构，并转化成实践能力。
　　(3)培养学生创新思维。项目运行过程就是学生通过实践，不断反思、学习、总结的过程。学生在实践过程中必然遇到瓶颈，即需要对问题进行分析，讨论，寻找解决方案并进行评估，重新实践的过程，也就是创新过程。
　　(4)培养学生合作精神。项目分小组实施，小组内，小组间，师生间的不断协作与交流无时无刻不体现了合作精神。学生可以充分感受到好的方法往往来源于团体，而非个人，小组内互帮互助，分工协作，充分信任。
　　四 项目教学遇到的问题与解决方案
　　项目教学在培养学生实践创新能力取得显著成效的同时也遇到一定的问题，有效的解决这些问题才能获得更好的教学效果，推进项目教学的稳定发展。其中一些比较突出的问题和解决方案包括：
　　(1)实验设备不足问题。目前的实验室建设是安照传统实验课使用频率设计的，进行项目化教学时，可能会出现班级或小组之间的需求重叠，对实验室容量提出了非常高的要求。为解决这一问题，现已对部分实验室进行改造升级，增加设备数量，提高实验室容量。同时完善设备使用记录，评估设备利用率，在排课时不同班级的相同项目之间尽量错开。
　　(2)校企合作问题。为保证教学项目对生产实际的真实反映，开展项目教学必须加强与企业信息、资源的共享，学校努力帮助企业解决真实的技术困惑并提供综合素质高的人才，学生必要时可以利用企业的设备、原料。寻找双方真实需求点，实现优势互补，双方共赢才能和谐发展。
　　(3)教师能力问题。项目教学过程中，教师不单单是讲授知识，更要对项目运行过程进行指导和引导，面对可能出现的各种情况，就要求教师本身必须对专业技术的实践环节非常了解。
　　(4)学生管理问题。教学项目的实施很少由一个学生单独完成，几乎都要组成小组，小组内部常会有一些同学积极性不高;另外，实施项目教学时学生相对比较自由，需要在不同的实验室之间穿梭，对学生的管理难度加大，教师需要花费更大的精力，探索更科学的管理方法。