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摘要：新时代创新型国家的建设对大学生的创新能力提出了严峻的挑战，加强大学生创新能力的培养成为我国高等教育改革与发展迫切需要解决的核心问题之一。创新首先需要有扎实的专业基础知识作为支撑，专业基础课程无疑在培养学生创新能力过程中发挥着非常重要的作用。笔者作为材料类专业重要的专业基础课《材料科学基础》课程团队的一员，对“材料科学基础”教学过程中学生创新能力的培养进行了多年的探索和实践。本文从课程内容改革、教学方法改革以及实验教学改革三个角度进行论述，提出了在注重学生打牢理论基础、运用理论知识的同时，也能培养学生创新能力的策略，以期辐射到其他专业基础课程，对提升学生创新能力有所帮助。

关键词：专业基础课；创新能力；课程内容改革；教学方法改革；实验教学改革

实施创新驱动发展战略，科技创新是核心，创新型人才是关键。大学生作为国家未来的主人与先进科技的开拓者，具备创新能力是适应时代发展的必然要求。因此，大学作为培育科技创新人才的“沃土”，应将对大学生多元化创新能力的培育融入人才培养全过程，使学生成为适应国家需求的宝贵资源[1]。创新首先需要有扎实的专业基础知识作为支撑，而专业基础课程无疑在培养学生创新能力过程中发挥着非常重要的作用。

“材料科学基础”是一门材料类专业重要的专业基础课，它以材料的成分、结构、工艺和性能四要素为研究对象，主要包括晶体结构、晶体缺陷、固体中的扩散、材料的相变、固相反应、烧结以及相图等内容。该课程不仅为学生学习后继专业课程、从事材料设计及研发工作打下坚实的理论基础，而且对培养学生创新思维、科学的思维方法和创新能力具有重要的指导作用[2]。该课程的特点是课程内容涉及面较广且抽象枯燥，让人难以理解。另外概念性和理解性内容并重，导致知识点和难点较多[3]。对于授课教师而言，如何在有限的课时里使学生能最大限度的理解、掌握和运用所学的知识，已然已成为一个非常大的挑战。另外在专业基础课程授课中，如何在注重学生打牢理论基础知识、运用理论知识的同时，还能注重他们创新能力的培养，是每个负责任的教师应该认真考虑的问题。本文是西安建筑科技大学“材料科学基础”课程团队结合本团队多年来的探索，在对该课程在学生创新能力培养方面进行深入改革与实践后的总结。

一、课程内容改革

2015年1月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于进一步加强和改进新形势下高校宣传思想工作的意见》，在原有“三育人”（教书育人，管理育人，服务育人）的基础上，新增“科研育人”和“实践育人”，形成“五育人”格局。这也要求教师能及时跟踪学科发展前沿信息，把握学科发展动态，将高水平、丰富的科研成果不断转化为教学内容，使教学内容更加丰富多彩[4]。在“材料科学基础”课程的教学中，本教学团队一直坚持运用科研成果或进展来丰富教学内容，不仅可以促进理论教学内容的知识更新，还可以在一定程度上满足学生旺盛的求知欲和创新需要。比如在讲授固液界面润湿行为时，通过引入中科院化学所江雷院士团队的科研成果，向学生们介绍超疏水性的相关知识，说明微纳米结构和低表面能是创造超疏水的关键。另外教材上杨氏方程认为，判断界面亲疏水性的阈值为90o，即如果材料的润湿接触角大于此阈值，此种材料可以被改造为超疏水材料，反之接触角小于此阈值，则只能被改造为超亲水材料。然而，在江雷院士团队的研究中发现，接触角介于65o到90o之间的材料是可以被改造成超疏水材料的[5]。通过这类科研成果的引入，将新知识、新理论不断补充到教学内容中。

另外，学生不单单是课程内容被动的接受者，更是知识传递本身的生产者。基于此理念，本教学团队还引导学生主动参与课程内容的优化过程。如针对各种理论知识与原理如何利用或影响扩散、相变、烧结等行为有哪些因素等开放性知识内容，教师通过团队任务进行发布，团队在收集相关资料或结合自己参与的相关开放性实验项目进行延伸后，在课堂上进行成果展示。比如在讲授液固相变时，针对液固相变的应用发布团队任务，团队成员在展示中有以55o杯为例，讲述液固相变在生活中的应用，同时也有团队分享航空发动机单晶叶片的制备，突出液固相变在航空领域中的应用。这些内容的加入不仅扩宽了学生的知识面，同时提升他们的创新意识和创新思维能力。

二、教学方法改革

（一）溯源法教学，由源而生：“材料科学基础”课程中存在较多的抽象难懂的理论，如位错理论、凝固理论等，这些理论若采用单刀直入的方式讲授，学生不仅难以理解，还可能会失去对后续学习的兴趣和动力。因此，针对该类知识点，在教学中可采用溯源法，从源头上帮助学生理解理论的提出过程，探究理论的发展规律，深刻的理解该理论的涵义，让学生感受到理论的魅力，同时还能提高他们的批判性思维和创造性思维能力[6]。比如针对抽象的位错理论，这种肉眼看不见的缺陷到底是如何提出的？我们可以这样分析该理论的提出过程。如图1所示，通过宏观现象观察到拉伸台阶后，有学者提出了刚性的晶体滑移假设，再由于根据晶体滑移假设推导出的理论切变强度与实际切变强度值的巨大差异，使得刚性滑移假设被推翻，直到提出新的位错假设，可以解决强度差异的问题，但直到电子显微技术的发展，通过透射电镜观察到了晶体中的位错缺陷后，才使得位错假设成为了位错理论，这就是向学生介绍抽象位错理论的提出过程。再比如讲授固体扩散微观机制时，我们也是根据这一理论的提出过程，从古人利用扩散理论说起，接着权威的交换扩散机制无法解释柯肯达尔的实验现象，然后通过深挖柯肯达尔的科研经历，讲述柯肯达尔提出的空位扩散机制是如何从被众人所质疑，到最后被接受和肯定的过程，在此过程中还引导学生像柯肯达尔一样要有谨慎的科学态度和批判性思维。

（二）案例教学，落到实处：“材料科学基础”课程的基本概念、基本理论及原理较多，如何将所学基本知识应用到实际的生产和生活中，是学习本课程的一大重要目标。而案例教学法就可以很好的使理论知识落到实处。本团队在梳理课程重难点的基础上，制作了课程案例库，有助于提高学生的知识运用能力并提高教学质量知识。例如将相变知识与形状记忆合金相结合，点缺陷与颜色各异的宝石相结合，这些案例的加入让漂浮的理论知识落到实处。案例教学除了将理论与实践相结合，还能引入思政元素，潜移默化中立德树人。比如将匀晶相图的学习中，分凝现象是一个很好理解的知识点，但当与制备高纯度的硅单晶材料所使用的区域熔融技术相结合时，学生会觉得理解这一技术的原理较有难度。其实这也与区域熔融技术的发明者Pfann的感受一致。在1967年他发表的文章中写了这样一段话：“自从我1952年发表了第一篇区域熔融文章至今，15年里我一直被问到一个问题，为什么这么简单的一个想法却在数十年的时间里都没有被发现呢？”[7]确实虽然匀晶相图中的分凝现象很好理解，但实现它的工程应用就不那么容易了。这一案例分析也鼓励同学们既要学好理论知识，打好基础，也要发散思维，努力实践。

3.启发式教学，激发创新思维：老师的作用不仅仅是给学生提供标准答案，而是要引导学生深入思考和探索未知问题。通过启发式教学方式对学生进行引导和启发，增强师生之间、学生之间的互动，让教学从“我教你学”变为“我带你学”，同时激发出学生的创新思维[8]。比如针对晶体结构缺陷的内容，启发学生从晶体缺陷带来的优点和缺点两个方面来讨论，体验缺陷之美。再比如柯肯达尔效应在冶金学中是要努力消除的现象，但在纳米材料领域，柯肯达尔效应又焕发出新生，从而启发学生针对柯肯达尔效应从利弊两方面进行讨论。以上的讨论主题，小组内学生们均需要通过查阅文献资料来准备内容、通过共同讨论得出结果。在此过程中，即可培养学生的辩证思维和激发他们的创新思维。

三、实验教学改革

“材料科学基础”实验对理论课程起着“纽带”作用，是帮助学生深入探索理论知识和培养创新能力的重要途径。然而在缩减毕业学分背景下，课程课时量不断压缩，理论教学与实践教学的比重通常难以平衡。为此，课程团队还可充分发挥开放性实验项目功能，将与课程重难点相关的实验项目纳入当学期的开放性实验体系中，并由课程团队成员共同指导。图2给出了我们在开课当学期开出的六项开放性实验项目，分别针对于课程中的六个教学知识点。与课内实验环节不同，开放性实验项目均来自于授课教师的科研项目，通过科研项目转化为教学资源，不断丰富教学资源，拓展教学的广度。另外，学生参与开放性实验项目还能获得相应的课外素质教育学分，因此该创新举措的操作性强，学生参与积极性高；同时学生参与开放性实验，也会迸发出新的想法与思路，有助于学生创新思维和创新能力的培养得到强化，并促进师生的双向互动，实现教学相长。

四、结语

我校“材料科学基础”课程团队经过近十年的努力，在教学内容、教学方法、实验教学等方面进行了探索与实践，从教学效果来看初步达到了在帮助学生打牢理论基础知识、运用理论知识的同时，还能提升他们创新能力的目的。同时，根据每学期学生对教师的教学评价体系，课程团队所有老师经过筛选甄别讨论后，还会将一些方法进行改进或引入新的方法，以此来做到持续改进，真正不断提高教学质量。

参考文献：

[1]史丽涛.产教融合视域下大学生创新创业能力培养的路径探索[J].课程教育研究，2019（47）：2.

[2]黄本生.关于学生创新意识与创新能力培养的几点思考——《材料科学基础》

教学体会[J].科技创新导报，2018，15（1）：2.

[3]张庆丰.增强材料科学基础授课效果的几点体会[J].科技信息，2009（22）：2.

[4]李姿娟.“大思政”格局下高校工会引领教师队伍立德树人的长效机制研究[J].中文科技期刊数据库（全文版）教育科学，2022（10）：4.

[5]Yulong Li， Shaofan He， Zhe Xu， et. al.. Investigation on the intrinsic wetting thresholds of liquids by measuring the interaction forces of self-assembled monolayers[J]. Nano Research，2022（15）：4344-4349.

[6]刘茂军.研究性教学模式一例——溯源法模式[J].沈阳师范大学学报：自然科学版，2005，23（4）：4.

[7]William G. Pfann. Zone refining[J]. Scientific American，1967：62-75.

[8]严建华，崔素萍，王为，等.《无机材料课程基础》动力学教学的启发式教学初探[J].教育教学论坛，2013（35）：3.

基金项目：陕西高等教育教学改革重点攻关项目“工程教育专业认证背景下大学生创新能力培养与评价—以功能材料专业为例”（21BG025）。

作者简介：

汤云（1988-），女，湖北仙桃人。西安建筑科技大学材料科学与工程学院副教授，博士，硕士生导师，研究方向：发光材料，电磁屏蔽材料。