核心素养导向下“材料学基础”教学体系设计探讨

简发萍 李厚佳 王 朴 王 浩 杨 梅

（1.上海市高级技工学校，上海 200437；
2.上海工程技术大学高等职业技术学校，上海 200437）

立德树人是教育的根本任务，而学生核心素养的形成是落实立德树人根本任务关键举措之一[1]。《21世纪学生发展核心素养研究（修订版）》将核心素养界定为：学生在接受相应学段或相应专业的教育过程中，逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的关键能力和必备品格[2]。

材料科学是理论性和实践性都很强的综合体，教学内容多、涉及范围广。材料学作为新技术革命的基础和先导，该专业学生需具备不断更新知识、理论、技术的专业核心素养[3]。同时，材料科学基于其知识特点及专业特色，具有其自身的专业核心素养要求。作为中国教育改革的顶层设计和指南针，《中国学生发展核心素养》自2016年发布以来，已成为人才培养和教学改革的指挥棒[4，5]。

本文以核心素养为导向，在“材料学基础”教学中，基于材料学专业核心素养构建课程体系，基于中国学生发展核心素养凝练教学内容，对“材料学基础”进行整体教学设计，有效促进学生终身发展。

1.1 材料学专业核心素养概述

材料千差万别，但任何材料都脱离不了材料科学与工程四要素。材料的研究及应用，即材料学职业能力，离不开四个要素，即材料的成分与结构、制备与加工、材料性能、材料使用性能（材料应用）。只有控制材料的结构，才能得到人们追求的材料性能；
加工是控制材料内部结构的基础和必要手段，是赋予材料外部结构所必需的工艺方法；
性能是人类直接追求的第一目标，材料也以其不同的性能满足人们各种各样的需求；
使用性能（表现）是材料在应用过程中的评价、结果或行为，是材料给予人类的反馈，促使人类对材料进行改进。

材料的性能是人类追求的终极目标，学生应具备服务社会的责任担当。材料的性能由内部结构和外部特征共同决定，学生应具备宏观测试与微观探究的意识。探索材料奇妙的微观世界、进行材料宏观性能测试、控制材料制备过程，能从微观层面理解材料的成分、结构与性质的关系。

材料科学发展迅猛、更新换代迅速，材料专业学生从业后将面临日新月异的新技术发展和新材料开发，需具备强烈的刻苦钻研精神和科研精神，具有严谨求实的科学态度。

材料科学的发展不能一蹴而就，学生应具备敬畏科学、尊重事实和数据、尊重他人研究成果、反对迷信权威的精神。

1.2 中国学生发展核心素养

中国学生发展核心素养包括三个维度六种素养十八个要点，三个维度为文化基础、自主发展、社会参与；
六种素养包括人文底蕴，科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新；
十八个要点依次为人文积淀、人文情怀、审美情趣、理性思维、批判质疑、勇于探究、乐学善学、勤于反思、信息意识、珍爱生命、健全人格、自我管理、社会责任、国家认同、国际理解、劳动意识、问题解决、技术应用。

以材料学科宏观测试与微观探究、过程控制结构、人类追求的性能目标的专业核心素养为纵向体系，以金属材料、无机非金属材料、高分子材料、新型材料为横向体系，从整体课程格局系统融合专业核心素养，构建课程体系。

基于中国核心素养的三个维度，从以下三个方面凝练教学内容。

3.1 以材料对人类文明的推动作用树立专业自信心助力自主发展

人类社会时代的划分以材料为依据分为石器时代、青铜器时代、钢铁时代、新材料时代，足见材料对人类发展的决定性作用。同时，材料是工业进步的先导。第一次工业革命的蒸汽时代，得益于制钢工业的发展；
第二次工业革命的电气时代，得益于优良导电材料的开发；
第三次工业革命的信息时代，单晶硅材料起到核心促进作用；
第四次工业革命的绿色工业时代，以新材料的开发和应用为基础。通过向学生展示上述内容，建立笃定的专业热爱、树立专业自信心。正确理解学习的价值，能自主学习，具有终身学习的意识和能力。

以各文明的材料事件激发学习热情。向学生介绍近代中国的故步自封，错过第一次工业革命和第二次工业革命的发展；
改革开放的伟大政策，让未来无限可能。通过闭关锁国和改革开放的对比，使学生认识到开放包容才能取得发展、团结合作才能获得进步。通过对庞大的阿兹特克帝国被几百名西班牙殖民者征服案例的介绍，让学生认识到材料的先进一定程度上意味着实力的强大，落后一定会挨打，激发学生学习动力，使学生保持积极的学习态度和浓厚的学习兴趣。

3.2 以我国劳动人民的材料智慧建立民族自豪感 强化社会参与

中华文化博大精深，通过介绍最早的青铜器出现于何处；
齐国工匠写成《考工记》；
河北省易县燕下都出土的剑和戟经过淬火；
中国是世界上最早利用铁的国家之一；
古代没有水泥，明城墙为何如此结实[8]等案例，让学生体会我国古代灿烂文明和劳动人民的智慧，建立民族自豪感和爱国主义情怀。

通过介绍党和国家领导人对新材料发展十分重视，使学生坚定中国共产党的领导和对新时代社会主义制度的拥护。建立国家认同感，为中华民族的伟大复兴不懈奋斗的责任担当和社会建设信念。

3.3 以材料科学家典型事迹建立科研精神夯实文化基础

通过介绍著名晶体学家奠基人之一郭可信院士的典型事迹，建立科研强国的意识。通过介绍金展鹏院士研究相图的历程，建立刻苦钻研的精神。通过介绍师昌绪先生用材料铸就强国梦——做祖国需要的材料，使学生意识到所掌握的能力来源于一个强大的祖国，而所研究的一切，都是为了一个更强大的祖国。通过前人在很早就已经能够制作精美的器件，但长期笼罩着神秘的色彩，未能认识其内在规律的介绍，建立科学进行学习和研究的意识，反对迷信；
明白科学成果的来之不易，敬畏科学，尊重他人成果，树立科学精神，为文化学习奠定基础。

基于中国学生发展核心素养要点，结合课程知识点，凝练了20项教学案例。按照知识点—案例—教学目标—核心素养要点对应关系，依次如下。

（1）材料的地位与作用—中国自主研发的隐形战机、磁悬浮列车—建立民族自豪感—国家认同；
（2）材料是人类文明进步的里程碑—时代的划分—建立专业热爱—乐学善学；
（3）材料是人类文明进步的里程碑—中国青铜时代商周—感悟中华灿烂文明—国家认同；
（4）材料是人类文明进步的里程碑—最早的青铜器出现于何处？—感悟中国人民的智慧—国家认同；
（5）材料是工业进步的先导—四次工业革命中起推动作用的材料—改革开放的伟大政策，开放、包容、互惠、共享—国际理解；
（6）材料的内涵—马克思名言“自然界为劳动提供原料，劳动把材料变成财富”—通过自身努力，劳动创造美好生活—劳动意识、社会责任；
（7）材料科学的形成—中国古代炼剑的故事—体会中华文化的博大精深—国家认同；
（8）材料科学的形成—前人很早就能制作精美器件，但长期笼罩着神秘的色彩—建立科学进行学习和研究的意识，反对迷信—勇于探究、理性思维；
（9）材料的力学性能测试—庞大的阿兹特克帝国被几百名西班牙殖民者征服—材料的先进在一定程度上意味着实力的强大，落后一定会挨打—乐学善学；
（10）材料的基本性能—泰坦尼克号沉没之谜—材料性能分析的重要性—珍爱生命、乐学善学；
（11）金属的晶体结构分析—中科院院士蒋民华的绝唱：晶体赋及他的“晶体人生”—晶体与中国优秀传统文化，像晶体一样纯洁透明、表里如一—人文积淀、勤于反思、国家认同；
（12）材料微观世界决定宏观性能—齐国工匠写成《考工记》—建立民族自豪感—国家认同；
（13）钢的热处理—河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，显微组织中存在马氏体—建立文化自信和家国情怀—国家认同；
（14）晶体缺陷—著名晶体学家奠基人郭可信院士的典型事迹—建立科研强国的意识，潜心刻苦钻研不计名利的科研精神—勇于探究、社会责任；
（15）合金的二元相图分析—相图界的“霍金”金展鹏院士留学期间勤于钻研—建立刻苦钻研的精神—勤于反思、勇于探究；
（16）金属的结晶过程控制—师昌绪用材料铸就强国梦———做祖国需要的材料—你们所掌握的能力来源于一个强大的祖国，而你们所研究的一切，都是为了一个更强大的祖国—国家认同、社会责任、勇于探究；
（17）金属的塑性变形加工—分析50项“最伟大的材料事件”—感悟中国古代人民在材料制备工艺方面具备人类领先水平—国家认同、乐学善学；
（18）识记常用金属材料—中国是世界上最早利用铁的国家之一—建立文化自信—国家认同；
（19）识记常用非金属材料—古代没有水泥，明城墙为何如此结实，屹立600年之久？—感悟古人的智慧—国家认同；
（20）识记常用新型材料—习近平总书记《关于〈中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议＞的说明》—党和国家领导人对新材料发展十分重视—国家认同、社会责任。

在核心素养视域下，基于宏观测试与微观探究、过程控制结构、人类追求的性能目标的材料学专业核心素养，对《材料学基础》进行整体课程体系设计；
基于中国学生发展核心素养的三大维度，从助力自主发展、强化社会参与、夯实文化基础三个方面凝练教学内容，建立了与中国学生发展核心素养十八个要点相结合的二十项教学案例。帮助学生树立专业自信心、建立民族自豪感、建立科研精神，激发学习热情、提升四个自信，为相关课程的教学设计研究提供参考和借鉴。