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高校作为高等教育的主阵地,担负着培养具有创新意识和创造能力人才的重要任务。材料科学与工程学科发展非常迅速,与人类社会的发展进步息息相关,其发展水平成为一个国家综合实力的重要标志之一。同时,材料学科的内涵越来越丰富,面对新世纪的经济发展需求,如何培养适应社会发展需要的具有创新能力的材料类专业高素质人才,也是很多高等院校亟待解决的问题。借鉴国内外各高校的经验,结合本校的实际情况,笔者在教学方面针对材料类大学生创新能力的培养进行了研究和探索。
一、课程体系的优化
1.实现理论课与实践环节的有机结合。理论教学是全面实施以培养创新精神和实践能力为核心的素质教育的主阵地。我们充分发挥理论课堂主渠道作用,把创新教育的有关内容渗透到专业课堂的教学过程中去。同时,实践教学环节也与之紧密、有机地结合在一起,二者相辅相成。
实践环节主要包括社会实践、实验体系工程实践和综合训练等。材料类专业学生可以通过物理实验、化学实验、电工电子实验、材料分析测试技术实验,对科学技术原理进行验证和体会,也可以通过材料性能及制备实验,对工程技术问题进行综合实践,为科学发现和技术创新提供训练。恩格斯说:“人的智力是按照人如何学会改造自然而发展的。”能力是人在改造客观世界的实践中形成和发展的,所以实践对创新能力的发展起到了至关重要的作用。
2.构建切实可行的工程教育体系。对于材料类专业学生,可以通过计算机辅助设计和机械零件课程设计,使其基本技能得到训练和强化;通过金工实习和认识实习,使其对工程系统和要素有所实践和了解;通过专业综合训练和毕业设计(论文),使其获取知识、运用知识的能力得到全面锻炼和提高。此外,还要加强校内外实验、实习基地建设,构建切实可行的工程教育体系。
3.增设选修课,拓宽专业知识面。加强大学生基础教育外延拓展及构建合理的课程体系非常重要,高校应该增加选修课比重,允许学生跨校、跨系、跨学科选修课程,使学生依托一个专业,着眼于综合性较强的跨学科训练。这不仅可以优化学生的知识结构,为在某个专业深造做好准备,同时有利于发展学生的特殊兴趣,使之能学有所长,以提高创新的积极性。
对于材料类专业学生,可以在公共基础课中开设“经济管理类”“文史哲与艺术类”等两类课程;在学科基础课中开设“材料与环境”;在专业课中开设“纳米材料与纳米技术”“材料科学发展史”。这样可以使学生根据其兴趣面,自主选择相关课程,通过这些课程反映材料及其相关领域的最新发展状况,从而达到拓宽专业知识面的目的。
4.改革重点课程的课堂教学。材料类专业的主干课程有:材料科学基础、材料概论、材料研究与测试方法、固体物理、材料化学、材料物理等。重点对“材料科学基础”“材料概论”“金属热处理原理”等主干课程的课程内容进行大幅度优化与整合。课程建设应以学生为中心,以学生自主学习和知识创新能力培养为主线,设置知识模块和例题、习题。在教学手段上,主干课程全部实现多媒体教学。在教学方法中,双语教学、互动式、研究式的教学方法应得以使用与推广,变被动学习、传统学习为主动学习、创新学习,使学生的外语水平、创新能力得到显著提高。
二、理论教学体系的改革创新
掌握深厚扎实的文化知识和专业理论知识是进行创新的基础和前提。教师在课堂教学中既要有目的、有意识地培养学生的创新能力,又要切实抓好专业理论知识的教学,努力扩展学生的知识面,拓宽学生的视野,为培养其创新能力打下坚实基础。对于材料类专业学生,在课程设置中,强调材料科学的共性基础,注重材料的制备、材料的表征、材料的性能、材料应用的基本理论、基本方法和基本实验基础,重视实践能力和创新能力的培养,密切跟踪材料科学与工程的发展趋势。把材料学科基础知识作为重要的理论教学内容,课程设置从学科式课程向整合式课程转变,专业课程从中心地位向载体地位转变,课程内容从以学科发展为中心向以培养学生为中心转变,同时对参与学科科技活动、开展科学研究给予大力的支持,使学生的创新能力得以提升。
三、实验与工程实践体系的改革创新
1.改革实验教学内容。实验教学应尽可能地发挥学生的主观能动性,有意识地培养他们独立自主地展开科研活动的能力和素质。对于材料类专业学生,结合新型的系列化、模块化的专业实验教学体系,在现有实验教学内容的基础上增设与专业课程相关的实验内容,开设综合性、设计性、创造性实验,主要在材料的组成、制备、性能和结构四个方面对学生进行系统训练。此外,选拔部分三年级本科生开展“创新杯”活动,提前进入实验室,参与教师的科研课题,培养学生的创新思维、实践能力和团队协作精神,为毕业论文的顺利进行提供有力保证。
2.改革实验教学方法。鼓励学生进行小制作、小实验、小发明、小创造活动。改变传统的老师演示,学生练习的教学方法。鼓励学生自己精心设计出与课程相关的实验题目、实验步骤、实验工艺,分析实验现象,总结实验结果。多给学生动手操作的机会,推动学生创新能力的提高。
3.重视实验室的建设。建设实验室的标准应具有先进性、实用性和基础性,从而达到基础性和专业性的统一,形成专业基础实验与专业实验的衔接。所有实验室及其设备对全校师生开放,实验设备不仅要满足实验教学的需要,还要面向科研的需要和学生的科技创新能力的培养。这些设备的服务内容主要有学生创新课题、自选科研课题、本科学生毕业论文实验、教师科研实验以及对外分析测试及实验。探索新专业实验室的管理运作模式,对实验人员进行优化组合,对实验耗材进行科学控制,即对该专业整个实验教学体系进行整体优化,在专业实验教学中强化学生的创新能力培养,并实现实验室本身的高效良性运作。
4.加强校内外实践教学基地的建设,进一步完善材料类专业学生的工程教育环境。在抓好本校实习、实训中心建设基础上,加强同哈尔滨焊接研究所、哈尔滨电机有限责任公司、哈尔滨锅炉厂、哈尔滨汽轮机厂、哈尔滨量具刃具厂等企业的校企合作,把他们作为长期的校外实习基地,为学生的工程实践训练提供良好条件。
四、教学内容的改革创新
根据行业对材料类人才需求的变化,结合学科发展规律,将教学、人才创新培养模式与社会、经济发展的需求相结合,将最新的工程、技术进展和需求引入教学课堂,强化学生面向社会的能力。大力充实基础知识,更新基础理论课教学内容,不断拓宽学生视野,增加学科前沿知识,精简传统知识,减少基础理论课教学的重复内容;重视实验技能训练,改进实验课教学内容,重点体现内容的先进性、综合性、实用性,在学时上采取压缩、合并性质实验,增加合成制备实验;淡化专业方向,拓宽专业口径,加强本学科课程教学。另外,有针对性的开展各层次的知识讲座,例如:定期举办“材料科学进展”讲座或专题报告,介绍材料科学的最新动态。建立素质教育基地,为学生创新能力培养创造条件。鼓励学生较早地介入专业实验室、介入教师的科研活动、接触学科的前沿课题、激励学生的学习积极性和创新意识。
五、教学方法、教学手段的改革创新
1.采取灵活多样的教学方法。在课堂教学中,突出重点、精讲多练,将基本知识体系讲深讲透,并积极启发思维,增加讨论。积极实行启发式、引导式、问题式、讨论式的教学方式,激发学生独立思考和创新意识,切实提高教学质量;科学地安排课内外学时比例,给学生更多的自主学习和独立思考的空间。通过安排部分内容自学、阅读一些必要的参考书、撰写小论文等形式,开阔学生的视野,引导学生提出问题,独立思考、探索未知。
2.运用先进的教学手段。教学手段单一是制约高校大学生创新能力培养成效的重要因素。先进的教学技术是培养学生创新能力的有效途径。改革教学手段,采用现代教育技术是实现教学目标、提高教学质量的有效途径之一,也是教学体系现代化的重要标志之一。在教学活动中,应用和发展计算机辅助教学(CAI)技术,是提高教学效率,推动教学活动个性化法发展,实现开放性教学的需要。现代的可视化和多媒体技术对材料科学的研究和教学提供了直观的手段,教师根据本专业的专业特色,通过收集素材进行多媒体课件制作,这已在材料类专业的教学中使用和推广。
六、建立一支具有创新教育能力的师资队伍
学生创新能力的培养与教师创新能力的高低密切相关,所以提高教师创新教育的能力有助于学生创新能力的发挥。首先,学校应为教师创造良好的工作环境,鼓励和帮助教师创造性地进行教学。强化教师在创新教育上的积极表现,加强对教师创新教育理论的培训。定期组织教师到各兄弟院校参观学习,与其进行经验交流,或邀请专家莅临指导,使教师开阔视野、拓宽思路。其次,对教师的创新教育进行一定的激励,对其创新成果予以一定的物质和精神奖励,为创新教育营造良好的氛围。再次,学校还应根据实际情况实施创新人才引进机制,向社会公开招聘勇于创新的优秀人才。
七、结束语
由于培养模式要反映当代科学、社会、经济和文化的发展,要与时俱进地不断进行动态调整,所以大学生创新能力的培养也是一个不断探索的过程。随着时代的发展,创新能力的培养会被赋予新的内涵。大学生创新是国家创新体系重要的组成部分,高校应抓住发展机遇,确立现代的办学理念和办学特色,积极探索出适合未来社会发展需求的创造型人才的培养模式,从而培养出更多的具有创新能力的高素质人才,为国家的兴旺发达和社会的发展进步做出更大贡献。
一、课程体系的优化
1.实现理论课与实践环节的有机结合。理论教学是全面实施以培养创新精神和实践能力为核心的素质教育的主阵地。我们充分发挥理论课堂主渠道作用,把创新教育的有关内容渗透到专业课堂的教学过程中去。同时,实践教学环节也与之紧密、有机地结合在一起,二者相辅相成。
实践环节主要包括社会实践、实验体系工程实践和综合训练等。材料类专业学生可以通过物理实验、化学实验、电工电子实验、材料分析测试技术实验,对科学技术原理进行验证和体会,也可以通过材料性能及制备实验,对工程技术问题进行综合实践,为科学发现和技术创新提供训练。恩格斯说:“人的智力是按照人如何学会改造自然而发展的。”能力是人在改造客观世界的实践中形成和发展的,所以实践对创新能力的发展起到了至关重要的作用。
2.构建切实可行的工程教育体系。对于材料类专业学生,可以通过计算机辅助设计和机械零件课程设计,使其基本技能得到训练和强化;通过金工实习和认识实习,使其对工程系统和要素有所实践和了解;通过专业综合训练和毕业设计(论文),使其获取知识、运用知识的能力得到全面锻炼和提高。此外,还要加强校内外实验、实习基地建设,构建切实可行的工程教育体系。
3.增设选修课,拓宽专业知识面。加强大学生基础教育外延拓展及构建合理的课程体系非常重要,高校应该增加选修课比重,允许学生跨校、跨系、跨学科选修课程,使学生依托一个专业,着眼于综合性较强的跨学科训练。这不仅可以优化学生的知识结构,为在某个专业深造做好准备,同时有利于发展学生的特殊兴趣,使之能学有所长,以提高创新的积极性。
对于材料类专业学生,可以在公共基础课中开设“经济管理类”“文史哲与艺术类”等两类课程;在学科基础课中开设“材料与环境”;在专业课中开设“纳米材料与纳米技术”“材料科学发展史”。这样可以使学生根据其兴趣面,自主选择相关课程,通过这些课程反映材料及其相关领域的最新发展状况,从而达到拓宽专业知识面的目的。
4.改革重点课程的课堂教学。材料类专业的主干课程有:材料科学基础、材料概论、材料研究与测试方法、固体物理、材料化学、材料物理等。重点对“材料科学基础”“材料概论”“金属热处理原理”等主干课程的课程内容进行大幅度优化与整合。课程建设应以学生为中心,以学生自主学习和知识创新能力培养为主线,设置知识模块和例题、习题。在教学手段上,主干课程全部实现多媒体教学。在教学方法中,双语教学、互动式、研究式的教学方法应得以使用与推广,变被动学习、传统学习为主动学习、创新学习,使学生的外语水平、创新能力得到显著提高。
二、理论教学体系的改革创新
掌握深厚扎实的文化知识和专业理论知识是进行创新的基础和前提。教师在课堂教学中既要有目的、有意识地培养学生的创新能力,又要切实抓好专业理论知识的教学,努力扩展学生的知识面,拓宽学生的视野,为培养其创新能力打下坚实基础。对于材料类专业学生,在课程设置中,强调材料科学的共性基础,注重材料的制备、材料的表征、材料的性能、材料应用的基本理论、基本方法和基本实验基础,重视实践能力和创新能力的培养,密切跟踪材料科学与工程的发展趋势。把材料学科基础知识作为重要的理论教学内容,课程设置从学科式课程向整合式课程转变,专业课程从中心地位向载体地位转变,课程内容从以学科发展为中心向以培养学生为中心转变,同时对参与学科科技活动、开展科学研究给予大力的支持,使学生的创新能力得以提升。
三、实验与工程实践体系的改革创新
1.改革实验教学内容。实验教学应尽可能地发挥学生的主观能动性,有意识地培养他们独立自主地展开科研活动的能力和素质。对于材料类专业学生,结合新型的系列化、模块化的专业实验教学体系,在现有实验教学内容的基础上增设与专业课程相关的实验内容,开设综合性、设计性、创造性实验,主要在材料的组成、制备、性能和结构四个方面对学生进行系统训练。此外,选拔部分三年级本科生开展“创新杯”活动,提前进入实验室,参与教师的科研课题,培养学生的创新思维、实践能力和团队协作精神,为毕业论文的顺利进行提供有力保证。
2.改革实验教学方法。鼓励学生进行小制作、小实验、小发明、小创造活动。改变传统的老师演示,学生练习的教学方法。鼓励学生自己精心设计出与课程相关的实验题目、实验步骤、实验工艺,分析实验现象,总结实验结果。多给学生动手操作的机会,推动学生创新能力的提高。
3.重视实验室的建设。建设实验室的标准应具有先进性、实用性和基础性,从而达到基础性和专业性的统一,形成专业基础实验与专业实验的衔接。所有实验室及其设备对全校师生开放,实验设备不仅要满足实验教学的需要,还要面向科研的需要和学生的科技创新能力的培养。这些设备的服务内容主要有学生创新课题、自选科研课题、本科学生毕业论文实验、教师科研实验以及对外分析测试及实验。探索新专业实验室的管理运作模式,对实验人员进行优化组合,对实验耗材进行科学控制,即对该专业整个实验教学体系进行整体优化,在专业实验教学中强化学生的创新能力培养,并实现实验室本身的高效良性运作。
4.加强校内外实践教学基地的建设,进一步完善材料类专业学生的工程教育环境。在抓好本校实习、实训中心建设基础上,加强同哈尔滨焊接研究所、哈尔滨电机有限责任公司、哈尔滨锅炉厂、哈尔滨汽轮机厂、哈尔滨量具刃具厂等企业的校企合作,把他们作为长期的校外实习基地,为学生的工程实践训练提供良好条件。
四、教学内容的改革创新
根据行业对材料类人才需求的变化,结合学科发展规律,将教学、人才创新培养模式与社会、经济发展的需求相结合,将最新的工程、技术进展和需求引入教学课堂,强化学生面向社会的能力。大力充实基础知识,更新基础理论课教学内容,不断拓宽学生视野,增加学科前沿知识,精简传统知识,减少基础理论课教学的重复内容;重视实验技能训练,改进实验课教学内容,重点体现内容的先进性、综合性、实用性,在学时上采取压缩、合并性质实验,增加合成制备实验;淡化专业方向,拓宽专业口径,加强本学科课程教学。另外,有针对性的开展各层次的知识讲座,例如:定期举办“材料科学进展”讲座或专题报告,介绍材料科学的最新动态。建立素质教育基地,为学生创新能力培养创造条件。鼓励学生较早地介入专业实验室、介入教师的科研活动、接触学科的前沿课题、激励学生的学习积极性和创新意识。
五、教学方法、教学手段的改革创新
1.采取灵活多样的教学方法。在课堂教学中,突出重点、精讲多练,将基本知识体系讲深讲透,并积极启发思维,增加讨论。积极实行启发式、引导式、问题式、讨论式的教学方式,激发学生独立思考和创新意识,切实提高教学质量;科学地安排课内外学时比例,给学生更多的自主学习和独立思考的空间。通过安排部分内容自学、阅读一些必要的参考书、撰写小论文等形式,开阔学生的视野,引导学生提出问题,独立思考、探索未知。
2.运用先进的教学手段。教学手段单一是制约高校大学生创新能力培养成效的重要因素。先进的教学技术是培养学生创新能力的有效途径。改革教学手段,采用现代教育技术是实现教学目标、提高教学质量的有效途径之一,也是教学体系现代化的重要标志之一。在教学活动中,应用和发展计算机辅助教学(CAI)技术,是提高教学效率,推动教学活动个性化法发展,实现开放性教学的需要。现代的可视化和多媒体技术对材料科学的研究和教学提供了直观的手段,教师根据本专业的专业特色,通过收集素材进行多媒体课件制作,这已在材料类专业的教学中使用和推广。
六、建立一支具有创新教育能力的师资队伍
学生创新能力的培养与教师创新能力的高低密切相关,所以提高教师创新教育的能力有助于学生创新能力的发挥。首先,学校应为教师创造良好的工作环境,鼓励和帮助教师创造性地进行教学。强化教师在创新教育上的积极表现,加强对教师创新教育理论的培训。定期组织教师到各兄弟院校参观学习,与其进行经验交流,或邀请专家莅临指导,使教师开阔视野、拓宽思路。其次,对教师的创新教育进行一定的激励,对其创新成果予以一定的物质和精神奖励,为创新教育营造良好的氛围。再次,学校还应根据实际情况实施创新人才引进机制,向社会公开招聘勇于创新的优秀人才。
七、结束语
由于培养模式要反映当代科学、社会、经济和文化的发展,要与时俱进地不断进行动态调整,所以大学生创新能力的培养也是一个不断探索的过程。随着时代的发展,创新能力的培养会被赋予新的内涵。大学生创新是国家创新体系重要的组成部分,高校应抓住发展机遇,确立现代的办学理念和办学特色,积极探索出适合未来社会发展需求的创造型人才的培养模式,从而培养出更多的具有创新能力的高素质人才,为国家的兴旺发达和社会的发展进步做出更大贡献。