浅谈建设材料学科新型课程体系的探索与实践

　　1998年国家教育部颁布新的高等学校本科专业招生目录以来,全国高等学校各专业的课程设置调整基本结束,包括无机非金属材料等专业的知识涵盖面大大拓宽,对修订过的无机非金属材料专业培养计划,部分高等学校多次进行了修订,目前实施该专业新培养计划的大部分高校招收的第一届学生未到毕业时间。
　　培养人才、科学研究、创新知识是高校的三大社会职能,这些社会职能都是通过学科这个基本单元实现的,学科建设贯穿着知识的生产、传播和应用的全过程。因此,学科是高校赖以生存和发展的根基,学科的数量和水平关系着高校的办学水平,关系着高校知识创新能力、科学研究水平和人才培养质量,学科建设是高等学校的基础建设工作,学科建设是高校发展的基本推动力。显然,在学科建设中,学科的人才培养计划和课程设置处于基础性地位,可以体现加强基础和拓宽专业的教育理念。2003年9月16日在西安召开了第三届全国无机非金属材料年会,该会议由教育部高等学校材料科学与工程教学指导委员会无机非金属材料工程专业教学指导分委员会发起,52所高等学校的代表到会对无机非金属材料类本科专业学科建设的相关问题进行了讨论,引起国内有关高校的广泛关注。本文主要结合国内高校和吉林建筑工程学院的经验,对材料科学与工程专业(一级学科)的无机非金属材料专业方向或无机非金属材料专业(二级学科)的课程设置和课程建设的改革策略进行探讨。
　　一、我国无机非金属材料专业课程设置的现状
　　当前在全国60余所开设无机非金属材料专业的高校中,国内高等学校对该专业办学实力一般分为三个层次。第一层次为具有较大影响的重点综合性大学,设置了包括无机非金属材料专业培养方向(二级学科)的材料科学与工程专业(一级学科);第二层次为非原国家教委、原其它部属的非重点高校;第三层次为原各省属高等学校。第二和第三层次的高校设置二级学科无机非金属材料专业,其中第二层次的部分高校设立一级学科材料科学与工程专业。我国新的无机非金属材料专业的课程设置、教学计划、教学大纲等,总体上的一致之处是压缩了原来专业所包含的各种学科发展方向的有关专业知识的教学内容,因而拓宽了各高校的该专业涵盖的学科方向,它们都具有各自的特色,但目前还没有形成统一模式。目前国内该专业新的课程体系大致可划分为必修课(含通识教育基础课、学科基础课)、专业选修课、学科选修课、公共选修课、实践教学环节等五大模块,根据国内22所相关高校的不完全统计,对本专业的总学时,原则上不宜超过2500学时。
　　在占全国60余所开设无机非金属材料专业的总数近三分之一的高校范围内来看,对于学科发展方向和开设特色专业课程,大致可划分为以下几种模式:
　　1.传统类型
　　对传统的硅酸盐工程专业进行改造,涵盖了陶瓷、水泥、玻璃、耐火材料的学科发展方向,每一个学科方向(原老专业)提炼出约2门课程,再开设一些共性课程,实际上是几种传统的硅酸盐工程专业的累积。以济南大学和河南科技大学为例,主要专业课程(含必修和选修课)包括:粉体工程与设备、无机材料工厂工艺设计、材料科技进展、硅酸盐材料物理化学、陶瓷材料学、陶瓷工艺学、耐火材料与工艺、硅酸盐材料与工艺、电工技术与电子设备等。设立这种类型的专业应注意两个问题:第一,传统的硅酸盐材料矿石原料消耗量较大且为第二大高耗能行业,行业增长速度在20世纪80年代末达到高峰,此后逐年减少。因此,含有这类学科发展方向的高校数量不宜过多。第二,实践环节教学以新型生产工艺和设备为重点内容,能够与国家的产业政策相适应。
　　2.普通类型
　　除保留一般的材料成型加工课程外,其课程设置偏向用量较大的土木工程材料类(含水利、交通、地下矿井材料),这类高校对上述传统的硅酸盐材料较为熟悉,但重点向新型建筑材料、高性能混凝土材料、新型墙体材料、建筑功能材料、复合材料等方向倾斜。虽然这类高校的数量较多,学科发展方向仍有较大的空间。典型代表为武汉理工大学和同济大学,普通的学科基础课主要包括:专业导论、材料科学基础、计算机在材料科学中的应用、材料研究与测试方法、材料工程基础、热工设备、粉体工程、材料专业实验等。其专业限选课有:建筑功能材料、建筑结构材料、胶凝材料学、特种混凝土、新型玻陶材料、玻璃现代加工原理、废渣综合利用、新型和特种水泥、新型墙体材料、燃料燃烧及污染防治等。
　　3.特种材料类型
　　一级学科材料科学与工程专业的无机非金属材料方向设立可供选择的1 3个专业模块课程,在保留上述普通类型的大部分学科基础课和适量的专业限选课的同时,在专业选修课内介绍一些特种材料、新型复合材料的知识,能够留出较多的时间给学生开设一些与社会发展、科技发展、学科发展结合紧密的选修课程,开阔学生视野,为学生求职和选择以后的研究方向打下良好的基础,以无机非金属材料为主要学科发展方向、一级学科为平台,落实培养宽基础、高素质、有创新精神和实践能力的高水平人才的教育理念。以天津大学、太原重型机械学院、武汉化工学院、西安建筑科技大学为例,主要的特种材料的选修课包括:生命科学基础、环境问题与可持续发展、生物医用材料、环境材料、低维与纳米材料、快凝与定向凝固材料、电子信息材料、工程结构陶瓷、特种陶瓷、薄膜材料、纳米材料、非金属矿物岩石材料学、电子陶瓷与器件、人工晶体、磁性材料、半导体材料、光学材料、电热材料等。
　　4.特色课程类型
　　在保留上述普通类型及传统类型的部分学科基础课和适量的专业限选课的情况下,其它专业课程设置偏向复合材料(含无机非金属材料与高分子材料复合或无机非金属材料与金属材料复合),同时在专业选修课内设立含有材料的新型加工技术及设备的特色课程。以西北工业大学和中南大学为例,含有材料的新型加工技术及设备的特色选修课程有:表面工程技术、计算机辅助测控技术、涂层原理及性能、特种陶瓷工艺学、复合材料原理及工艺、非平衡材料、电子信息材料、环境与材料、硅酸盐工厂设计及CAD技术等。这种类型的高校数量较少,但学科发展方向存在着较大的空间。
　　二、建立无机非金属材料专业新型课程体系的实践
　　1995年开始在吉林建筑工程学院设置了无机非金属材料工程专业,当年招收第一届学生30名。回顾近十年的学科发展历程,建设该专业新型课程体系大致经历了三个阶段,即对原专业的培养计划进行了三次修改。第一阶段,按照宽口径、厚基础、淡化专业的人才培养思想,使修改的培养计划与国内高校相同学科发展趋势相适应,将必修的专业课改为专业限选课,同时专业限选课又分为无机非金属材料和高分子材料二个专业方向,为设立无机非金属材料、高分子材料两个二级学科奠定了基础,并且弱化专业核心(主干)课程中传统类型的硅酸盐制品、普通混凝土等课程。第二阶段,发现了修改的培养计划中存在明显的缺陷,例如培养人才的定位不明确,专业限选课缺乏自己的特色,课程教学的可操作性较差。因此,对上述的专业培养计划,于2003年6月再次进行了修订,较好地解决了这些问题,明确了省属高等学校的本科人才培养方向为面向实际工作的应用型人才的教育理念。第三阶段,以即将面临国家教育部专家组对省属高校本科教学水平评估为契机,于2004年6月将无机非金属材料专业和高分子材料专业的专业基础课基本上打通,这二个专业相互选修对方的专业限选课,力争再用3年左右的时间设立包括复合材料专业的、涵盖3个二级学科的一级学科材料科学与工程专业。
　　吉林建筑工程学院于2004年6月第三次修订的无机非金属材料专业的课程体系由公共基础必修课、人文素质限选课、专业基础必修课、专业限选课、专业任选课、实践环节等6个模块组成,各个模块的教学学时统计。
　　公共基础必修课由政治、法律、体育、外语、数理化基础、画法几何及工程制图、计算机基础及高级语言等19门课程组成。要求在其中任选一个限选系列课程。
　　该专业基础平台课程共设11门课,主要包括力学基础、机械制图、有机化学及试验、物理化学及试验、计算机应用基础、材料研究方法与测试技术、材料学概论、无机非金属材料物理化学、无机非金属材料学等。专业限选课平台共设6门课,包括无机非金属材料机械与设备、建筑功能材料、混凝土结构与性能、土木工程概论、热工基础与设备、专业英语。以上共计17门课程就成为材料学科教学体系改革及课程建设的重点。专业任选课由建筑节能技术、高分子材料、粉体工程、电工学、复合材料、材料生产工艺、混凝土外加剂、装饰材料、仪表与控制等9门课程组成,并且要求专业任选课不应少于12.5学分。
　　三、关于专业课程建设改革的探讨
　　课程建设是主要的教学基本建设之一,是反映本学科教学水平的主要标志,也是当前高等教育提出的新要求。因此在新时期教学对象发生变化的情况下,按照较先进、合理的新型课程体系组织课堂教学的效果,主要取决于专业课程建设改革。
　　1.双语教学
　　笔者认为开展双语教学可采用多种形式:1)双语授课(外语板书,以中文授课为主);2)全外语授课(用中文做作业、考试和答疑);3)全外语教学(全外语授课,用外语做作业、考试和答疑)。这里需要注意的是全外语授课和全外语教学是有区别的。
　　提倡双语教学,全面地用英语讲课,帮助学生掌握一些在英语教学中不常接触到的术语和单词,使学生有机会阅读一些和专业有关的英文教材,掌握有关的全新的理论体系和新的思维方式,从更高层次上提高学生的专业素质,更早地了解本学科前沿发展现状,毕业后,更容易掌握外文资料和文献,对学生继续深造起到了积极作用。
　　武汉理工大学的无机非金属材料专业在学科基础课(必修课)中,材料概论(第2学期)、材料专业英语(第5学期)二门课采用双语教学。在材料概论课程教学中,采用参考了国外原文参考书的自编教材。材料专业英语阅读教程为公开出版的自编教材,该教材还涉及了科技英语的词汇特点、语法特点和修辞特点,及《化学文摘》、《工程索引》的著录格式、检索方法等实用知识。通过这些课程的双语教学,培养学生用英文查找、阅读专业文献的能力,并且能用英语撰写专业性文章,为今后学习和工作打下良好基础。双语教学对于教师来说毕竟是一个新的教学方式,还需要一段时间摸索经验。
　　2.专业课程教材建设
　　目前,根据1998年教育部颁布本科最新专业目录编写的材料科学与工程系列教材、21世纪材料科学与工程高等教育改革试用教材、材料科学与工程学科公共专业课系列共建教材(每套共79本),已经由哈尔滨工业大学出版社、北京工业大学出版社、武汉理工大学出版社出版发行,为一级学科专业基础课的教学做出了贡献。各高校都具有自己的办学特色,主要体现在专业选修课(含限选课和任选课)方面,但通常缺乏这部分的系列教材,使用自编讲义是解决教材短缺的一种方法。但部分自编校内讲义在一定程度上存在转抄内容过多的情况,特别是有些材料工艺学教材严重落后于国内先进的材料生产工艺及设备,对课程设计、毕业设计等实践环节的教学影响较大;但编写校内讲义也有其积极的一面,部分讲义有较高的参考价值,迫切需要进一步提高和完善,便于高校之间的交流和推广。
　　立体化教材建设是促进教学改革目标实现的重要手段,即以传统纸质教材为基础,立足于现代教育理念和现代信息网络技术平台,以学科课程为中心,多媒体、多形态、多层次的教学资源和包括多种教学服务内容的结构配套的教学出版物的集合。立体化专业课教材既要具有反映新的科技成果和电子化、智能化的特点,又要遵循理工科教材编写的基本规律,充分利用计算机技术、多媒体技术、网络技术等现代信息技术手段,编写出多样化、多层次的高质量教材,包括VB编写专业程序、三维动画制作、录像光盘、投影胶片、计算机辅助教学CAI课件(ComputerAidedInstruction)等,这些内容已成为衡量国内各高校某个学科总体教育发展的水平、一个高校的教学水平的重要标志。
　　3.考试方式改革
　　国内一些高校已经对考试方式改革进行了有益的探索。例如,河海大学为遏制学生在考场中夹带小纸条作弊的不良学风,教务处将统一印制的特制A4空白纸在考试前发给学生,每人一张,规定所有内容必须自己手写,不得复印,可以带入考场,这种考试方式改革还会对命题内容带来影响,即减少单纯记忆的内容,向考查学生的综合能力的方向转变。武汉理工大学在专业选修课的教学中增加了几种新的期末考试方式:1)采用撰写论文方式进行考核。2)采用闭卷、开卷相结合的方式。其中闭卷占30%,开卷(或小论文)占70%。3)采用考试结合小论文形式。考试采用开卷方式,占考核成绩的70%,论文占考核成绩的30%。4)采用考核学生绘图能力及介绍设计方案的能力。其中闭卷考试占50%,绘制工程图占30%,介绍设计方案占20%。为保证新的考试方式能达到预期效果,即使开卷考试也必须严格执行相应的考试规则。