材料科學與工程專業(yè)課程中人文素質(zhì)教育與創(chuàng)新精神培養(yǎng)探討

1、材料科學與工程專業(yè)課程中人文素質(zhì)教育與創(chuàng)新精神培養(yǎng)探討原續(xù)波盛京胡繩蓀荊洪陽趙乃勤崔振鐸韓曼俞杜海燕【摘要】通過分析當代大學生的思想狀況及在課堂教學中的存在問題, 提出愛國主義、理想主義與責任心教育在專業(yè)課堂教學中具有的積極意義, 并對專業(yè)課堂教學中愛國主義和理想主義教育進行了探索。在課堂上將美學與自然科學知識相結(jié)合, 并貫徹以學生為主體的教學思想, 開闊了學生的學術視野, 使學生從更高與更深層次理解專業(yè)知識, 極大地調(diào)動了學生進行創(chuàng)造思維的積極性, 改革實踐?！娟P鍵詞】材料專業(yè)課程教學人文素質(zhì)愛國主義【作者簡介】原續(xù)波, , 目負責人; , ; 胡繩蓀, 天津大學材料科學與工程學院教授, ;

2、 , 天津大學材料科學與工程學院黨委書記、教授; 趙乃勤, 天津大, 天津大學材料科學與工程示范專業(yè)項目負責人; 崔振鐸, 天津大學材料科學與工程學院副院長、副教授; 韓曼俞, 天津大學材料科學與工程學院教學秘書; 杜海燕, 天津大學材料科學與工程學院副教授。材料是人類文明的里程碑, 是人類賴以生存和得以發(fā)展的重要物質(zhì)基礎。如果說在過去的幾千年乃至幾萬年里, 材料的使用、發(fā)現(xiàn)和發(fā)明, 使人類走出混沌蒙味的時代, 發(fā)展到現(xiàn)代的高度文明, 那么在科學技術高度發(fā)達、經(jīng)濟競爭日益激烈的今天, 材料的發(fā)展和應用水平已成為衡量一個國家國力強弱的標準, 并成為高新技術發(fā)展的先導和柱石。而新材料的發(fā)展, 依賴

3、于材料研究中的創(chuàng)新思維, 更依賴于具有創(chuàng)新精神的材料學人才。培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新思維的材料科學與工程人才, 是我們材料科學與工程專業(yè)教學改革中的重要研究內(nèi)容。應該看到, 創(chuàng)新思維和創(chuàng)新精神的培養(yǎng), 絕不是單純的專業(yè)知識教育問題。歷史的經(jīng)驗告訴我們, 人文與社會科學與自然科學重來就不是分割的, 達芬奇在創(chuàng)作“永恒的微笑”的同時, 又設計了直升飛機的藍圖, 愛因斯坦伴著小提琴的樂曲, 完成了相對論。人文與社會科學知識在科學研究中的作用是同樣巨大的。很多科學技術中的突破來自于人文知識的靈感, 這一方面的例子也是舉不勝舉。正因為創(chuàng)新精神是如此的重要, 人文素質(zhì)與創(chuàng)新精神的培養(yǎng)又是如此的密不可分, 我

4、們在國家與天津市教改項目、天津大學人文與素質(zhì)教育改革項目支持下, 在材料科學與工程專業(yè)課程中進行了人文素質(zhì)教育與創(chuàng)新精神培養(yǎng)的研究, 使學生站在一個更高的層次上, 看待學科發(fā)展與人文及社會科學的緊密聯(lián)系, 理解材料科學乃至整個科學體系中創(chuàng)新性思維對推動科技發(fā)展與人類進步的重要作用。從另一層次上講, 學生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新精神的培養(yǎng), 不應僅僅體現(xiàn)在從事的專業(yè)工作中, 而應是一種融合于思維深處的自然性的體現(xiàn), 只有實現(xiàn)這一目標, 才能真正使學生在以后的工作中有所創(chuàng)造, 有所創(chuàng)新, 而這就更加要求學生將科學創(chuàng)新與人文素質(zhì)融會貫通。應該說人文知識與人文素質(zhì)內(nèi)涵與外延均是十分廣泛的, 可以是藝術, 可以

5、是歷史, 也可以是哲學、地理等等。對于高等院校專業(yè)人才來說, 人材料科學與工程專業(yè)課程中人文素質(zhì)教育與創(chuàng)新精神培養(yǎng)探討文素質(zhì)教育的重點在何處? 通過對當代大學生的精神現(xiàn)狀分析我們認為, 當代大學生的人文素質(zhì)教育應該劃分為兩個重要方面, 即愛國主義與敬業(yè)精神的教育和強烈的求知欲與創(chuàng)新精神教育。前者是后者的基礎, 而后者應是前者的必然結(jié)果。愛國主義與敬業(yè)精神在學生行為中應體現(xiàn)為責任感, 即學生應具有歷史責任感和社會責任感, 這是促使學生奮發(fā)進取的源動力, 有了這種動力, 學生才可以無畏地去求知, 去求索。因此我們認為大學教育與教學工作中人文素質(zhì)教學的首要任務或工作突破口應是以愛國主義和敬業(yè)精神為基

6、礎的責任心教育, 及在此基礎上的創(chuàng)新教育。我們以材料現(xiàn)代研究方法專業(yè)課為典型, 綜合進行了愛國主義與理想主義教育、美學與材料科學方面的人文素質(zhì)教育, 并對課堂教學方法及考試方式進行改革, 著重于體現(xiàn)以學生為中心的引導性教學, 并啟發(fā)學生的創(chuàng)新性思維。一、專業(yè)課課堂教學中愛國主義與理想主義教育的滲透, , , 也直接關系到教學質(zhì)量與教學效果?，F(xiàn)在很多專業(yè)課程中學生存在一些問題, 如缺課、睡覺、說話、打手機等。表面上看是簡單的課堂紀律問題, 實際上這是學生對學習的態(tài)度問題, 即責任心問題。如一些學生家庭條件好, 認為專業(yè)學習對他們沒有用處, 反正畢業(yè)后有路子可走, 也不想從事相關專業(yè)的工作, 學不

7、學無所謂。這些學生中有的缺乏理想, 有的對社會、對家庭缺乏責任心。分析上述原因, 我們不難了解, 出現(xiàn)上述現(xiàn)象主要有兩方面的原因:一是教學模式, 以教師為中心的教學模式難以調(diào)動學生課堂學習的積極性; 二是理想與責任心問題, 沒有理想就沒有學習的目標, 沒有責任心就沒有學習的動力。這兩種因素中后者對課堂教學更具影響, 因此理想主義教育是現(xiàn)代教育中的重要問題。當然, 社會主義的理想教育要堅持社會主義方向, 而非西方的個人理想主義或拜金主義, 因此我們認為, 理想主義教育必須與愛國主義教育相結(jié)合, 只有樹立立志為國、為理想而求索的信念, 才能充分調(diào)動學生為祖國繁榮、為追求理想而上下求索、創(chuàng)新奮進的精

8、神, 才能使學生在心中樹立起責任感。有了這種責任感, 學生才能認真地投入到課堂教學中?，F(xiàn)在的學生完全在改革開放后的年代中長大, 大多是獨生子女, 家庭條件較為優(yōu)越, 接觸的新思想較多, 思維活躍。但很多學生有自我主義傾向, 難以溝通思想, 有的甚至具有嚴重的逆反心理。簡單的思想理論教育, 特別是課堂上的思想理論教育很難被他們接受。在這種情況下, 如何在專業(yè)課課堂上進行愛國主義與理想主義教育, 并且促進學生的課堂學習, 對我們教育工作者來說是一個值得研究的課題。面對這些問題, 我們展開了學習和調(diào)研工作, 并利用各種機會探討課堂上進行相關教育的內(nèi)容、方法與方式等問題。經(jīng)過多方面的學習與多次研討,

9、我們認為我國是一個擁有幾千年文明史的泱泱大國, 中國的科學技術, 包括材料及其制造技術, , 也是, 我國曾有過屈辱、圖, 甚至影像資料, 制作了多媒體課件。課件從材料學角度出發(fā), 以青銅器、鐵器、陶瓷三個主要方面, 講解了我國材料科學與技術的發(fā)展及其當時在世界上的地位。如我國早在公元前3000多年就有了青銅器的起源; 產(chǎn)于公元前500年的越王勾踐劍表面含有鉻成份, 在地下埋藏兩千多年出土后依然閃著寒光, 而這種鉻鹽氧化處理方法, 只是近代才出現(xiàn)的先進工藝, 德國在1937年, 美國在1950年先后發(fā)明并申請了專利;2500年前, 我國古代工匠就以失蠟法制造出造型精美、巧奪天工的蟠螭紋銅禁、蓮

10、鶴方壺等精美禮器, 比歐洲要早1000多年; 我國商代就有了鐵器的使用, 戰(zhàn)國初或稍早就發(fā)明了鑄鐵技術, 比外國早1000多年, 東漢時期已有高56米, 容積達40多立方米的大型高爐, 并發(fā)明了機械史上有重大意義的水排, 十一世紀后期宋治平年間鋼鐵產(chǎn)量達二萬噸, 十五世紀初明永樂年間增至四萬至五萬多噸, 而英國1740年生鐵產(chǎn)量約為兩萬噸?？墒堑搅私? 由于清政府的腐敗, 我國的材料及其加工落后了, 曾經(jīng)擁有世界最輝煌的材料歷史的中國淪為西方帝國主義的殖民地。這些生動的事例讓學生了解我國材料領域古代的先進及為我國帶來的繁榮, 近代材料研究的落后使我國陷入殖民地的痛苦, 激發(fā)了學生為祖國材料事

11、業(yè)而發(fā)奮學習的決心。應用這一課件進行的課堂教學取得了良好的教學高等工程教育研究2005年增刊效果。在理想教育中, 我們遵循從個人理想出發(fā), 面向社會理想的方針, 著重講解個人理想對個人發(fā)展的重要性, 個人理想與社會理想的關系等, 其核心內(nèi)容是使學生認真對待現(xiàn)時的每一門課、每一次課堂學習, 從提高自身素質(zhì)的大方向出發(fā), 認真對待大學的生活與學習。我們以兩個簡單的故事啟發(fā)了學生關于理想的思考, 一個是“財商寓言”, 一個是“因為我在這個位置上”。“財商寓言”講的是哈佛學生畢業(yè)后開始“穿越玉米地”,27%的人沒有目標,60%的人目標模糊,10%的人有清晰但比較短期的目標,3%的人有清晰而長遠的目標,

12、25年后,3%的人成為社會各界的成功人士, 而沒入或修復材料, 到八十年代, 隨著分子生物學與細胞生物學的發(fā)展, 人們開始采用可生物降解材料, 特別是具有生物活性的可生物降解材料, 以及由此引起的組織工程, 為人類的健康產(chǎn)生積極的作用。與此相類似的是環(huán)境材料, 由對環(huán)境肆意破壞的非降解材料到保護環(huán)境的降解材料。這些均說明材料科學與人文與社會科學有著密切的聯(lián)系, 材料科學與工程工作者應充分注意材料與人文的這種關系, 只有這樣才能制備出有利于社會發(fā)展的新材料。 大自然的美永遠是引起人們無限遐想的源泉, 材料與自然美學成為我們在課堂創(chuàng)新精神與創(chuàng)新思維教育的主題, 并引起學生的極大興趣。如海邊美麗的海

13、螺殼, 河底誘人的珍珠, 其無機成份含量占99%以上, 有機成分只占1%以下, 由于有機成分的模板指導作用, , , , 。納米材, 這一小小的感悟之所以給世界帶來了巨大的變化, 就在于其創(chuàng)新性。自然界對納米材料構思的貢獻絕不僅限于此, 如荷花是我國人民非常喜愛的潔白之花, 在我國古代早就對其有“出淤泥而不染”的贊稱, 而我國科學家正是借荷花表面石蠟微晶結(jié)構的構思, 研究出了既不親水又不親油的“布料”, 此外還有納米潔凈陶瓷等。以上這些事例既使學生們感受到了材料科學與工程對社會發(fā)展的意義及自已在此方面從事相關工作應具有的責任, 更使學生了解到材料科學的發(fā)展不僅僅需要材料科學的專業(yè)知識, 更需要

14、人文與美學方面知識的交叉與融合。通過一個小討論, 同學們甚至將生物體材料美學三者的關系總結(jié)為下面的一個關系圖(圖1 。同學們認為, 材料的破壞往往是一個非平衡過程, 而打破平衡的破壞點常常起始于不平衡缺陷, 如果材料不存在缺陷或不平衡缺陷, 則材料將具有良好的性能; 生物體能在幾千萬年的地質(zhì)、大有目標的人卻過得很不如意, 并不斷抱怨他人、社會沒有給他們機會, 而他們的差別僅僅在于25年前有沒有奮斗目標。這一故事雖然只是一個寓言, 但在生活中卻不乏映證, 它使學生了解到理想對個人前途的重要性?！耙驗槲以谶@個位置上”則, 原因就在于“因為我在這個位置上”, 也就是敬業(yè)精神。通過這一故事我們告訴學生

15、, 要想取得成功, 不僅要有理想, 更要認真地做好每一件事情, 即使有時是自己不喜歡做的事情。通過以上兩方面的教育, 學生們感受到了自己身上的責任, 上課熱情提高了, 聽課認真了, 基本杜絕了缺課現(xiàn)象。我們的愛國主義與理想主義課堂教育取得了滿意的課堂效果。二、人文與社會科學知識引入課堂教學中, 開闊了學生的學術視野, 使學生從更高與更深層次理解專業(yè)知識, 極大地調(diào)動了學生創(chuàng)造性思維的積極性人類對材料的需要源于人類發(fā)展的需求, 這就不可避免地導致材料科學與技術從其產(chǎn)生之日起就與人文與社會科學交織在一起, 并對人類社會發(fā)展起著積極的或消極的作用。例如人類對材料的生產(chǎn)與利用就經(jīng)歷了與自然的抗爭到與自

16、然的和諧的過程。以生物醫(yī)用材料為例, 第一次世界大戰(zhàn)期間人們選用的修復材料是鐵絲、馬鬃、棉花等, 常引起患者的敗血癥等惡性疾病, 到第二次世界大戰(zhàn)人們開始從生物學角度探討材料的生物相容性, 聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、硅橡膠等成為植材料科學與工程專業(yè)課程中人文素質(zhì)教育與創(chuàng)新精神培養(yǎng)探討氣等環(huán)境改變中存在下來, 它們必須尋求從結(jié)構到生理活動與自然的平衡; 平衡是美學設計中的一個重要方面。所以, 材料學生物學美學在知識領域是互通的, 因該加強多種知識的學習, 使這些知識在以后的學習與工作中融合應用, 只有這樣才能有更多的創(chuàng)新。同學們在課堂上相互討論, 甚至爭論, 對材料學的認識上升到一個更高的高度, 對

17、自身的不足也有了更深的認識, 而他們的思維也表現(xiàn)出了異常的活躍, 又提出了一些與材料仿生學相關的自然界生物結(jié)構, 如海參、蠶絲、竹子、魚鱗等。三、課堂教學以學生為“中心”, 充分發(fā)揮學生的主觀能動性, 從創(chuàng)造性思維培養(yǎng)的角度引導學生自主學習材料現(xiàn)代研究方法在材料科學與工程專業(yè)培養(yǎng)方案改革中屬于學科基礎必修課。按其內(nèi)容, 可大體分為思維方法和研究手段兩個方面。一般的教學內(nèi)容主要以研究手段為主, 如紅外光譜、核磁共振、電子顯微鏡等, 會發(fā)現(xiàn), 一方面, , 淺顯的工作, 性工作, 另一方面, , 有的人應用這種研究手段, 而有的人則選擇另一些研究方法, 這主要在于不同的人具有不同的思維方法, 而材

18、料科學中創(chuàng)新性知識產(chǎn)生更依賴于創(chuàng)新性思維的應用。因此我們認為, 課堂內(nèi)容以研究手段為主題, 然而課堂教學則應以思維方法為主要內(nèi)容。要充分調(diào)動學生的思維, 發(fā)揮學生的主觀能動性, 讓學生自己推導, 求得問題的答案。要做到這一點, 就要求我們打破以往以教師講解為中心, 學生被動聽課做筆記的做法, 將課堂教學的中心轉(zhuǎn)移到以學生理解為中心, 教師引導為輔助的方式上來。在此思想指導下, 我們一改以往的課堂教學方式, 要求學生可以不做或少做課堂筆記, 以自主推導為主, 著重于自主解決問題。如紅外光譜的解析, 教師在講解了聚乙烯、聚苯乙烯紅外光譜的解譜方法之后, 讓學生分成幾組, 通過紅外光譜基團頻率對照表

19、與頻率基團對照表解析聚酰胺、纖維素等聚合物的紅外譜圖, 并派出代表上講臺講解, 別人可提出疑問, 老師也可向同學提出問題, 整個課堂教學過程學生既跟著老師的引導性思維, 又發(fā)表自己的見解, 不需要記筆記, 當堂掌握了教學內(nèi)容。在課堂教學中, 我們還鼓勵學生突破課堂介紹內(nèi)容的束縛, 以自己所學的知識進行相關內(nèi)容的分析。如嵌段共聚物各段長度的分析, 課堂主要以核磁共振為手段, 有的同學就提出應用透射電子顯微鏡的方法, 當時還未講授透射電子顯微鏡的相關內(nèi)容, 學生們提出這種想法, 完全是他們自己積極思維與分析的結(jié)果。通過問卷調(diào)查評估課堂教學效果顯示, 學生們普遍認同這種教學模式, 認為這樣的教學模式

20、下他們可以在輕松的環(huán)境下自由發(fā)揮自己的思維, 通過與老師提出的最終結(jié)果的比較, 體會自己的優(yōu)勢, 發(fā)現(xiàn)自己的不足。同學們還說, 這種教學模式不僅僅是從老師那兒獲取知識, 更多的是從同學那兒獲取知識, 從自己的思維中學習新知識, 這就對自己提出了更高的要求, 不僅要有扎實的基礎, , 而創(chuàng)新思維應該成。, , 課堂教學方式材料科學中研究方法的多樣性以及材料研究中思維方法與研究手段的多重性決定了“材料研究方法”這門課不能讓學生拘泥于教學內(nèi)容之中, 相應的, 其考試方式也不能只是簡單地出一張卷子幾道題, 讓學生套用教師課堂解題方式來回答問題, 這不僅不能正確反映學生對這門課程的掌握情況, 而且只能讓

21、學生養(yǎng)成死讀書、讀死書的習慣, 不利于他們創(chuàng)新精神與創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。因此我們進行了課程考試模式改革的探索。一開始我們采用了寫論文的方式, 教師給學生提出幾個課題, 讓學生去查閱相關的資料, 從研究方法角度寫出一篇小論文。這種方法在一定程度上促動了學生自主性思維, 但我們發(fā)現(xiàn)這種方法存在的問題也不少, 一是擴招后學生數(shù)量急劇上升, 大量的論文不僅使教師難以應付, 要認真解決每一個問題, 閱卷周期過長, 且難以及時與學生溝通; 二是一些學生從文獻上直接搬抄, 從理論上講是沒有大的錯誤的, 但學生并沒有真正理解。答辯是研究生考核中常用的方式, 答辯過程中教師提問, 學生回答, 不僅具有良好的即時互動

22、, 同時可以了解學生的綜合學術水平。我們將此方法借鑒到我們的考試中, 取得了良好的效果。考試中我們將一個大課題分成若干個子課題, 學生分成若干小組, 每個小組負責一個子課題, 小組高等工程教育研究2005年增刊中的每一個人負責子課題中的一個問題, 這樣學生又有分工, 又有結(jié)合, 既有某一個問題的研究的側(cè)重, 又要兼顧整體的適用性, 既發(fā)揮個人的主觀能動性, 又鍛煉他們的合作精神。如我們把“尼龍/聚丙烯合金體系的研究”這一大課題分成三個小摞的書, 又把以前的分析化學、高物(高分子物理 拿出來看, 總是找不到好的辦法, 后來大家分工, 一人弄一點, 我負責分子量測定, 每天看分子量, 終于選出一個

23、覺得不錯的。要想讓老師問不倒, 那就得自已搞透, 什么原理、儀器、公式啊, 一點一點弄, 我感覺以前從沒有這么仔細地研究過這些。這可比閉卷殘酷多了, 不過, 就象老師說的, 開闊思路, 受益匪淺, 學了不少東西, 還得到了鍛煉, 讓老師受益, 也讓我們更加有信心。答辯前的郁悶一掃而光, 我開始贊賞老師的做法。我們已經(jīng)沒有機會再來幾次了, 因為馬上就要畢業(yè), 老師可以讓其它年級也試試, 估計會受歡迎”。“老師們精彩的講授, 使我們對這些原本枯燥的研究方法產(chǎn)生了興趣, 逐漸把學習當成樂趣, 有了學習的動力和激情, 我們以最喜愛的形式得到了最有效的內(nèi)容, , , 首先, 我們可以接, 知道如何分解課題,