“π型”教学培育新工科人才

2021.12.16

　　近日，扬州大学机械工程学院刘澄教授带领学生团队公布了一项重磅成果，国内首个2600MPa级以上多相纳米结构碟簧，其综合性能已达到并超过高端碟簧的国际标准，目前该碟簧组构件正在我国重要的仪器设备上进行中试验证。

　　“我为学生们感到自豪，他们已经是名副其实的‘π型’人才了，未来还将有更多的可能性。”刘澄说。

　　π是一个无限不循环小数，永无止尽，充满着无限的可能性，近10年来，刘澄带领的教学团队借鉴π的特性，一直致力于培养具有扎实专业技能和良好的“延展性”的一流新工科人才。

　　融合教学拓展学生视野

　　何谓“π型”人才？刘澄认为，“π型”人才应具有全方位知识、专业技能和国际视野这三方面素质。

　　在人们的印象中，传统教学更加注重理论的学习，但是其自主思考和实践能力的培养还有待提高，与“π型”人才仍存在差距。2014年，刘澄和两位志同道合的教师李大玉、高吉成，创建了“π”教学团队。

　　该团队围绕“3.14”提出创新性教学理念，坚持“3”个黄金法则，即综合教学、融合教学和团队合作。对团队教师有“1”个要求：对教学有持久的真挚热爱。融合“4”个特点，注重培养学生的辩证思维、“站在巨人的肩膀上”教学、实用性与理论性并存、激发学生对知识的渴望和探求。最重要的是，该团队教师每次教学实践活动都要多一“点”进步。

　　为提炼出最适合学生的教学模式和内容，在教育教学实验室里，几位教师集体备课、深夜研讨、互相提问。团队同上一堂课，他们采用的“无缝教学”模式很好地诠释了团队合作的重要性和优势。尽管每位教授讲课风格不尽相同，但他们教授的思路却是“殊途同归”。如果学生们对一位教授的教学风格厌倦了，可以“随机切换”成另一位教授接着授课，所讲解的内容能够完美衔接。以团队的形式轮流授课，他们之间的默契赢得了许多学生的一致好评。

　　“在此之前，团队授课这种形式是我从未体验过的。这种教学方式十分新颖，不拘泥于一位教授的授课风格，容易提起大家的学习兴趣。”材料专业学生徐梦娇说，“上课时大家都全神贯注地听讲，生怕错过了某个知识点，教室的前排座位更是‘手慢无’。”

　　要培养“π型”人才，教授自己要先“π”起来，几年来，团队教授精研教学艺术，走访国内外著名高校，深入到他们的课堂充电提升，先后发表《在车辆专业教学中的作用探讨》《课程教学改革实践与研究》等教改论文12篇，连续2年获期刊优秀论文一等奖。

　　“小组协作”培养思辨素养

　　“为了培养学生，我们采用‘5D’教学法，即听、读、写、练、辩。”刘澄说，不少学生最缺的就是练与辩这两项技能。经过不断实践，教师鼓励学生用自己的双手去践行课本上的知识，让知识活起来、练起来。同时，采用小组合作学习的方式来提升学生的思辨和辩论能力。

　　探索之初，刘澄直接照搬了国外的教学方法，学生们一时接受不了，无法积极反馈，效果不尽如人意。于是，刘澄改变了思路，结合学生特点，从大家日常生活中可以感知的材料例子讲起，将学生带入到问题中，逐渐增加提问环节使其深入思考，完成对重要知识点推进和疏导的全过程运转。

　　课堂上的互动有所增加，但是并无法保证每位同学都参与思考。团队推出了责任小组制，课堂上提出一个问题由小组讨论，讨论时组内互相监督，每个人必须参与，讨论结束后小组再轮流阐述自己的想法，还要做好随时补充应答其他组挑战的准备。

　　常用的纸夹子该采用什么材料？有一次，刘澄在课堂上提问。A小组说采用不锈钢，B小组立即反驳说不锈钢贵，应采用高强钢。A组坚持己见，认为不锈钢虽然贵但性能优良，性价比很高。刘澄不做评判，而是把专业公式列出来，让学生们自己运算来求证答案。“学生听课，常常只有‘听’，缺乏独立思考和辩论环节，我要打破这种模式。”刘澄说。

　　此外，刘澄还创建了国际创新材料模拟峰会，让学生在了解材料科技发展的基础上，模拟各国经济代表团，通过对世界经济发展现状的分析、辩论和讨论，关注全球材料发展的未来，以此拓宽学生们的国际视野。

　　2021届材料专业学生蒋一鸣原先对所学专业毫无兴趣，大一时几度想转至数学学院学习。但刘澄的教学方法改变了他，从课堂上一言不发到积极发言，从对专业知识一窍不通到成为班上的“科研小能手”……刘澄的课堂让他重拾了对材料的热情，他对热处理工艺的研究产生了极大的兴趣。经过师生的共同努力，蒋一鸣最终保研至中国科技大学金属研究所。

　　任教10年来，刘澄指导的6位研究生，在读期间人均发表科技论文7篇，其中1位在德国完成了博士学位，2位在世界500强企业就职。她指导的26名本科生共有10人保送或考取研究生，4人主持国家级大学生科创项目研究，6人申请或授权了发明ZL。

　　参加大赛提升专业技能

　　除了课堂授课，刘澄还带领学生进行创新创业实践。2020年8月，刘澄指导的学生团队斩获了第六届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛省一等奖和国赛三等奖。10月，指导学生斩获第六届中国大学生材料热处理创新创业大赛一等奖。2021年，指导学生继续在第七届中国大学生材料热处理创新创业大赛中获二等奖，江苏省冶金实践创新大赛二等奖、三等奖；团队青年教师指导学生在第十届全国大学生金相技能大赛上斩获一、二等奖。

　　其中，刘澄带领学生团队研制出的碟簧可以将军事坦克的实战效果和精度得到很大程度的提高，最新制备的产品正等待着在军用坦克上正式试验。针对成本和环境污染问题，该团队采用工业电炉来完成所有的工艺加热过程，打破传统加热盐浴方式，实现了绿色、环保、高效的可持续发展工业的目标。

　　“‘π’是无限不循环小数，我们希望育人理念不仅是停留在‘3.14’，教学方法不仅局限于‘5D’。只有像活水一样，不断探索、发展更多的授课模式、更新的教学育人理念，才能让更多的教授和学生在我们的教学中有所收获。”刘澄说。

中国科学报

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