教学创新特色

针对课堂教学与工程实践“耦合性”不足、学生的工程应用“体验性”不足、课程对工程前沿思维“引导性”不足的三个教学痛点问题，采用工程问题驱动教学内容重构、工程应用拓展“虚拟+实物”多维度体验、工程前沿引导教学延伸，形成了基于“工程问题导向式”的“高温热结构复合材料”课程创新与实践模式。

课程简介

课程名称：《高温热结构复合材料》

学生人数：43人

课程性质：专业必修课

课程目标

知识目标

1.掌握高温热结构复合材料的增强体与基体类型、界面结构、性能特点、微观组织特征、制备工艺方法、应用领域。

2.理解高温热结构复合材料的高温服役防氧化机理、损伤破坏机理和力学性能强韧化机理。

3.了解高温热结构复合材料的发展历史和研究现状，了解高温热结构复合材料的研究新进展。

能力目标

1.具备将“高温材料”与“中国传统文化”进行知识关联的能力，能够将复合材料繁琐的制备流程和枯燥的公式演变为一个个有血有肉有情怀的“中国传统文化故事”，能够将材料学概念与中国诗词相融合，学生能够丰富思想内涵、提升思想厚度。

2.具备分析和评价高温复合材料复杂工程问题解决方案合理性的能力。学生分析和贯通“飞机刹车盘”、“固体火箭发动机”、“高超声速飞行器”等工程专题，分析专题中融合的不同角度的工程问题解决方案，从而具备结合高温材料的基础知识评价工程问题解决方案合理性的能力。

3.具备“高温复合材料”与“生活故事、生活现象”相融合的能力。学生具备将晦涩难懂的材料微观结构、界面结合、织构类型等转化为接地气的表达形式的能力，学生能够在学习过程体会到材料微结构的神奇之处和学科乐趣。

素质目标

1.学生能够在“高温复合材料发展史”领悟到“中华民族精神”，将复合材料发展历史中碎片化的知识点进行整合，在学习高温复合材料发展史中理解了中华民族精神。

2.学生能够在“高温复合材料工程样件”领悟到“哲学思想”。学生在工程样件设计-制备-应用的整个阶段领悟到哲学思想。

3.学生能够体会高温材料的微观形貌之美、界面优化之美、结构设计之美。学生具备发现材料之美、体会材料之美的审美素养。

教学创新要解决的问题

高温复合材料课程理论教学与工程实践的“耦合性”不足

高温复合材料主要应用在高超声速飞行器、航天飞机、导弹、火箭弹、卫星等领域。该工程应用距离学生的日常生活体验有较大的距离，使得学生难以理解高温复合材料用到哪、怎么用。

高温复合材料课程教学中学生的“参与性”不足

高温复合材料课程涉及的“前驱体高温裂解”“化学气相渗透”“液相浸渍碳化”等工艺中均涉及度以上的高温，在日常生活中“看不见、摸不着”，学生难以建立直观感受，因而难以参与到课堂环节之中。

高温复合材料课程对学生工程前沿思维“引导性”不足

高温复合材料由于其“复合”的特性，涉及的材料种类繁多、结构复杂，应用广泛。此外，在材料“复合”的过程中大多采用“高温复合”，使得学生对高温复合材料的工程前沿“想不通、理不清、看不透”。

教学创新的方法和实践

本课程创新从“工程问题导向式高温复合材料新教学模式的构建”“高温复合材料课程学生的多维度参与性设计”“高温材料国家科技奖的历程——理论——创新——应用四层次引导学生前沿思维”三个方面构建课程的教学创新与实践，致力于解决高温热结构复合材料课程教学中面临的三个痛点教学问题，从而实现高温复合材料课程的高阶性、创新性、挑战度的有效提升，培养学生具备解决复杂工程问题的能力。

“工程问题导向式”高温复合材料新教学模式的构建

工程问题导向式复合材料学的教学模式，设定了“工程问题课堂理论教学”“工程问题专题讨论”“前沿工程问题分析”“工程样件进课堂”四个教学模块。

针对每个教学模块，设计了与之对应的教学方法。模块一采用“思考-分组-分享式”教学方法，提升学生自我学习、团队协作、分享表达、思维联想复合材料的能力。模块二采用“问题导向式”教学方法，主要针对复合材料的多种工程实际应用问题。模块三采用“科研成果启发式”教学方法，将复合材料的国家科技奖的科研成果引入课堂，发挥科研成果的驱动作用。模块四采用“多维参与式”教学方法，让学生直观感受到高温复合材料样件。

借助“工程问题导向式”的四个模块引导学生构建“高温材料直观感受-材料工程前沿思维-工程应用实践创新”三维体系，从“寓乐于教”“寓道于教”“寓新于教”三个层次引导此体系构建。

高温复合材料国家科技奖的“历程-理论-创新-应用”四层次引导学生前沿思维

将与高温热结构复合材料的制备、工艺、性能、应用相关的国家自然科学二等奖、国家技术发明二等奖的科研成果引入课程教学内容中。

国家科技奖的成果分为四个层次支撑课堂教学。首先，从“国家科技奖的研究历程”提炼出科学精神；其次，从“国家科技奖的理论成果”总结出复合材料的前沿知识和理论；再次，从“国家科技奖的创新贡献”归纳出创新精神；最后，将“国家科技奖的工程样件”带入到课堂之中，引导学生了解高温复合材料的最新工程应用成果，同时将学术研究过程中所体现的科学精神贯穿在整个课堂教学过程中。

学生的学习活动

学生学习的主要活动是课前线上学习（6学时）、课堂授课（22学时）、工程专题设计与讨论（6学时）、课程工程应用场景体验（4学时）、课后高温实验（2学时）。

课程的考核方式

本课程总成绩=课堂表现×10%+工程专题设计×20%+开放式作业×20%+期末考试成绩×50%。其中分项的考核方式如下:

课堂表现

主要考核学生参与课堂的程度、课堂基础知识点的理解程度、课堂知识点之间的逻辑关系。学生需要参与雨课堂问答，绘制课堂小节的思维导图，参加课堂互动，参加对课堂工程样件实物的观察和测量，参与对课堂形象化资源和可视资源的讨论。

工程专题设计

主要考核学生获取整理信息的能力、知识融会贯通的能力、团队合作的能力。学生需要依据高温材料的制备工艺、性能特点、损伤机理、抗氧化原理设计其工程应用，学生之间以小组的形式协同完成，在课堂上展示工程专题结果，回答老师的提问，最后通过教师评价和学生互评确定工程专题设计成绩。

开放式作业

主要考核学生对知识点的拓展能力，学生需要依据课堂讲述的高温材料基础知识点，联想知识点与生活现象之间的关系，描述材料知识点和中国传统文化之间的连接，探索材料知识点背后隐藏的思维启示。

期末考试

主要考核学生对所有章节知识点理解和灵活运用的能力、分析问题和解决问题的能力，考试形式为闭卷笔试，考试内容与课程目标紧密对应。

教学创新的效果

基于“工程问题导向式”高温热结构复合材料课程创新的效果体现在：学生丰富的课堂参与形式、学生基于课程新模式手绘的思维导图、学生课程群的评价、学生所获的大学生创新项目、学生对教学模式的手写感悟、学生在教务系统的教学评价、学校教学督导的评价。

学生丰富的课堂参与形式

在本教学模式下，学生可以参与课堂工程问题设计和讨论、工程样件观察和检测、工程案例讨论、工程前沿思考、工程方案设计等课堂活动。学生在课堂上无玩手机的现象，学生全神贯注于课堂的流程和课堂活动的环节，从学生的表情可以看出学生体会到了学习的乐趣。

学生基于课程新模式手绘的思维导图

在“工程问题导向式”的教学模式下，学生在学习完各个章节的基本知识后，能够手绘的课程内容思维导图，自主进行知识串接，梳理出本章节的知识结构和逻辑联系，将所学到的知识转换为思维导图形式，增加了学生的知识总结和概括能力。

学生课程群的评价

学生所获的大学生创新项目

基于本课程学习，更多的学生对高温热结构复合材料产生了兴趣，希望在课堂结束继续学习高温材料相关的知识和科研实践，参加了与高温热结构材料相关的大学生创新创业项目，进一步拓展和实践课堂学习的知识。

学生对教学模式的手写感悟

学生在学习完本课程之后，进行课程内容的复合和课程学习过程的总结，在梳理本课程的学习体会时，带领同学们回顾本课程学习的整个过程，思考学习过程中难忘的经历和重要的知识点以及学习过程中知识层面、能力层面和素养层面的收获。

学生在教务系统的教学评价

学生在教务系统中的留言评价普遍认为，“课堂气氛活跃”“课堂生动形象”“课程的内容丰富、涉及的内容广泛”“与同学之间时常互动”“重点突出，讲课条理清晰”。

学校教学督导的评价

学校教学督导的评价认为，本课程的条理性强，特别是工程实例和案例分析紧密结合了“工程问题导向”，授课方式新颖，能够激发同学们的学习兴趣，课堂气氛轻松愉快，受到了同学们的喜爱。

教学创新实践的普适性

基于“工程问题导向式”新教学模式适用于同一课程的其他教师，也适用于材料科学领域的其他课程，在理工类的学科课程中也有借鉴价值。

针对同一课程的其他教师，教学资源具有一致性，其他教师可以直接使用本模式建立的工程专题教学资源、线上线下的视频资源、工程样件实物资源、课程思政资源。

针对材料科学领域的其他课程，其他课程的教师可以依据本教学模式，突出材料的其他特性。

针对其他学科领域，本模式提出的“工程问题导向”，为其他领域的课程提供了向导，其他领域的课程可以沿用本模式的“工程”中心。

综合分析，本教学新模式对于同一课程的其他教师、材料科学领域的其他课程、理工类的学科课程具有推广和借鉴的价值。

本教学模式提出的基于“工程问题导向式”的新的教学模式和育人效果得到了媒体报道和院校推广，本人在中央电视台新闻联播节目中介绍教学育人体会。基于此教学新模式，本人的教学能力也得到了显著的提升，荣获“第三届全国高校无机非金属材料青年教师讲课比赛特等奖”(全国共2名)、“陕西省高校课堂教学创新大赛一等奖”。