1. 引言
1.1. 研究背景与意义
在材料科学与工程领域，非金属材料凭借重量轻、耐腐蚀等优势，成为航空航天、电子信息等行业的关键支撑，《非金属材料性能与检测》则是培养相关专业学生知识与能力的核心课程。
但随科技发展与产业升级，传统教学模式弊端凸显：内容与前沿科研、工程应用脱节，难以满足行业需求；教学以教师讲授为主，学生主动性不足，不利于创新思维与实操能力培养；评价侧重理论考核，忽视综合素养评估，严重影响教学质量与人才培养效果。
因此，课程改革迫在眉睫。改革可使内容贴合行业趋势、融入前沿成果，通过多样教学方法激发学生兴趣，构建科学评价体系，既提升学生就业竞争力、满足企业人才需求，又能推动材料学科发展，为产业升级提供人才支撑。
1.2. 国内外研究现状
国外材料类课程改革起步早、经验丰富：教学内容紧密对接纳米材料、智能材料等国际前沿与产业需求；广泛采用项目式学习、案例教学等方法，激发学生主动性；评价体系多元化，综合课堂表现、项目成果与实验技能，全面评估学生能力。
国内近年也积极推进改革：整合课程内容、打破学科界限，加强知识交叉融合；引入线上课程、虚拟仿真实验等信息化手段，丰富教学形式；强化实践教学，通过校企合作建实习基地。但国内改革仍存不足，如内容更新慢、实践投入有限、评价体系科学性待提升[1]。
国内外改革虽有成果，但存在差异与短板。未来需借鉴国外先进经验，结合国内实际，进一步优化内容、创新方法、完善评价体系，提升教学质量与人才培养水平。
1.3. 研究方法与创新点
本研究以OBE成果导向理念为主线，先定“复合型检测人才”出口目标，再反向设计知识–能力–思政三维指标，教学、考核均对标达成度。内容引入前沿仪器与产业案例，对应OBE“顶峰成果”可评可测；PBL问题导向贯穿，以“陶瓷脆性”等真实任务驱动课前自学、课堂研讨，学生在建模–辩论–汇报中完成知识建构与思维训练，契合PBL“以学为中心”。多元评价用30%过程表现 + 70%方向综述量化能力增长，为OBE提供细粒度证据。实践显示，学生复杂工程分析与科研综述得分显著提升，反向印证OBE“持续改进”闭环；同时证实PBL在研究生层面需配套高水平案例与即时反馈，补充了现有理论在高阶认知培养中的实施要点。
2. 课程建设现状分析
2.1. 课程定位与目标
《非金属材料性能与检测》是化学工程与技术、环境工程等专业的核心选修课，旨在为学生搭建系统的非金属材料知识框架，使其掌握高分子、无机非金属材料基础，熟悉材料性能及检测方法，为后续学习与科研打基础。
教学目标侧重实践应用，要求学生运用理论、技能与检测手段解决工程问题，如分析新型材料极端环境性能、用工具模拟材料特性；思政目标围绕“材料检测支撑制造强国”，强化科技报国使命与“数据即生命”理念，结合实际场景培养诚信与环保意识，最终培育复合型材料检测人才。
2.2. 课程内容体系
本课程内容覆盖高分子材料、无机非金属材料两大核心领域，以“种类–结构–性能–应用”为逻辑主线构建知识框架[2]。高分子材料模块聚焦聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯等典型材料的分子结构、聚合方法及应用场景；无机非金属材料模块则重点解析陶瓷、玻璃、水泥等的晶体结构、制备工艺与性能特征，如陶瓷的耐高温性、玻璃的化学稳定性等。
但原有内容体系存在明显短板：一是知识衔接不足，高分子与无机非金属材料模块缺乏结构、性能及应用的对比融合，导致学生难以构建系统知识框架；二是前沿性欠缺，未及时纳入纳米材料、智能材料等新兴领域成果与案例，与材料科技发展及产业需求脱节，无法支撑创新型人才培养目标。
2.3. 教学方法与手段
传统教学以线下课堂授课为主，教师系统讲解知识，能让学生掌握课程基本概念与原理，但在能力培养上有明显局限：一是学生主动性、参与度低，课堂互动少，如讲解材料检测方法时，纯理论使学生觉枯燥，难理解应用与操作要点，难激发兴趣与创新思维；二是难满足个性化需求，无法因学生进度、理解能力差异因材施教；三是缺实践教学支撑，学生课堂所学难在实操中巩固，导致实践与解决实际问题能力弱[3]。
2.4. 评价体系
现有评价体系中，平时成绩(含出勤率、研讨参与度、教学反馈)占30%，课程论文成绩占70%。虽能一定程度反映学生学习态度与课堂表现，但存在明显问题：一是平时成绩指标单一，未考量自主学习、团队协作等能力，如出勤率高但相关能力弱的学生难被客观评价；二是论文评价侧重学术规范与理论，对实践、创新能力考量不足，易导致学生堆砌理论；三是评价主体单一，以教师为主，缺乏学生自评互评，影响结果客观性与公正性。
3. 教学内容改革与实践
3.1. 优化知识结构
课程内容改革首要任务是整合高分子、陶瓷、复合碳材料知识，打破板块孤立局面，以“结构–性能–应用”关系为主线重构教学内容。
讲解高分子材料时，从分子结构切入，分析其对力学、热性能的决定作用及应用体现，如聚乙烯线性结构带来的柔韧性使其广泛用于塑料制品；解析陶瓷材料晶体结构与性能关联，如氧化铝陶瓷的键结构赋予其优异性能，应用于电子基板等领域；阐述复合碳材料微观结构影响，如碳纤维复合材料因特性用于航空航天、体育器材。通过此模式强化学生对三者关系的理解，助其构建系统知识体系。
3.2. 引入前沿案例
为提升教学内容吸引力与实用性，课堂引入多类前沿案例：讲解新型非金属材料应用，如纳米材料作生物医药药物载体提高靶向性与疗效，智能材料(形状记忆合金)用于航空航天制造机翼部件实现自适应变形；同时邀请参与科研项目的学生分享成果，如参与新型高分子材料研究的学生介绍项目背景、实验过程、问题解决及成果[4]。此举激发学生兴趣，助其了解科研流程，通过案例分析讨论，引导学生结合知识与实际，提升解决实际问题的能力。
3.3. 结合大型设备教学
依托校内分析平台与课题组大型设备开展教学：课堂详解XRD、TEM等设备原理，如以图文形式讲解XRD的X射线衍射原理及物相分析逻辑；安排实验室实操，由教师现场指导样品制备、参数设置等环节，纠正错误并答疑，助学生掌握操作技能。
同时结合高水平论文实例，剖析设备数据获取与分析过程，如某新型陶瓷材料论文中，XRD、TEM、TG分别用于晶体结构、微观形貌、热稳定性分析，让学生学会将设备应用于材料检测，提升科研素养，为后续科研奠基。
4. 教学方法改革与实践
4.1. 线下线上融合教学
本课程采用“线下为主、线上为辅”的融合模式，拓展教学时空。线下课堂依托面对面交流，教师通过板书、实物展示、案例分析攻克重难点，如讲解高分子材料合成原理时，绘制反应方程式直观呈现化学键变化，助学生构建知识框架[5]。线上借助学堂在线、中国大学MOOC等平台，提供教学视频、电子教材、在线测试等资源，满足学生个性化学习需求，学生可按需巩固知识、检测学习效果；线上资源还能实时更新科研成果与行业动态，如分享新型无机非金属材料前沿资料。二者融合拓宽学习渠道，提升学生学习主动性。
4.2. 课堂互动与研讨
课堂互动与专题研讨作为培养学生综合能力的重要环节，通过精心设计的问题引导与小组协作激发学习热情。在互动环节中，教师提出“为什么陶瓷材料具有高硬度与高脆性并存的特征”等启发性问题，引导学生从晶体结构、化学键类型等角度展开讨论，既深化了对知识点的理解，又锻炼了逻辑思维与表达能力。
其中研讨环节设计如下：
环节1：破冰(5分钟)
教师抛出“玻璃珠为何一敲即碎？”展示高速破碎视频，引发兴趣。
环节2：主问题链(15分钟)
1) 陶瓷晶体结构有何特点？→学2分钟草图，然后投屏对比；
2) 共价/离子键如何影响位错运动？→小组(4人)用磁贴模型演示滑移受阻，选1人板书结论；
3) 高硬度与高脆性为何并存？→正反方3分钟辩论，教师以“键方向性–裂纹扩展”思维导图收束。
环节3：升华(5分钟)
学生列举航天防热瓦、手机陶瓷背板案例，总结“增韧”思路；教师点评并布置延伸，检索氧化锆相变增韧文献，下节用5分钟时间闪电式汇报。
4.3. 思政融入教学
本课程围绕“材料检测支撑制造强国”核心定位，将思政元素融入专业教学以落实立德树人。讲解材料检测技术时，结合我国制造业发展历程与航空航天领域技术突破，阐述检测技术对产业升级的作用，激发学生科技报国热情。
实验教学中，要求学生严守规程、如实记录数据，通过数据造假案例警示，培养“数据即生命”的职业理念与严谨态度。讲解环境材料检测时，强调技术对环保与可持续发展的意义，引导学生建立“检测守护绿水青山”理念，强化社会责任感，实现知识传授与价值引领统一。
5. 评价体系改革与实践
5.1. 多元化评价指标
为全面评价学生学习情况，课程改革评价指标：平时成绩除课堂出勤率(反映学习态度、保障学习参与)，新增课堂研讨参与度与教学反馈。
研讨参与度考查学生发言积极性、观点创新性及团队协作能力；教学反馈通过问卷、互动收集学生意见，用于调整教学策略。多元化指标可全面评估学生表现，激励其参与课堂，提升学习效果。
5.2. 课程论文要求
课程结束后，学生需撰写4000字以上、与自身研究方向一致的材料类综合评述，以提升科研与综合素质。撰写中，学生需广泛查阅文献(如纳米复合材料研究需查制备、性能及应用文献)，培养文献检索与分析能力，通过归纳总结深化课题理解，锻炼批判性思维与逻辑能力。同时，需运用专业知识阐述内容、提出见解，提升文字与学术写作能力。教师会全程指导选题、框架搭建等，助学生完成论文，为后续科研奠基。
5.3. 评价结果应用
评价结果具有重要应用价值：对教师而言，可据此发现教学问题(如重难点把握不准、方法不灵活)，针对性调整内容与方法，例如学生论文普遍误解某知识点时，后续教学可加强讲解并增加案例分析；对学生而言，能获得个性化建议，明确优劣势与努力方向，如研讨表现好但论文弱的学生可参加写作培训，平时好但期末差的学生可调整学习方法。通过有效应用评价结果，实现教学相长，提升教学质量与学习效果。
6. 改革成效与反思
6.1. 学生学习效果提升
改革前后相对比，学生的知识掌握与应用能力得到了显著提升。首先在知识掌握方面，课程总成绩平均分平均提高8分，优秀率(85分及以上)从20%升到35%，受益于教学内容优化，并整合多类材料知识、强化结构–性能–应用关系讲解，助力了学生深化理解。
其次在应用能力上，课程论文表现的十分突出，改革前多为满篇理论，改革后学生已经能够结合实际案例分析课题并提出解决方案。如研究新型高分子材料生物医药应用时，学生能够分析材料稳定性、生物相容性，并提出改进措施，知识应用能力得到了显著增强。
6.2. 教学质量改进
从师生反馈看，改革显著促进教学质量提升。教师反馈课堂互动中，学生主动提问发言次数增50%，氛围更活跃，归因于互动、研讨课等教学方法激发学习兴趣。
学生反馈对课程理解更深、学习体验更佳，课程满意度从70%升至90%，认可前沿案例、大型设备教学带来的实践与创新能力提升，也肯定思政融入增强了社会责任感与家国情怀。
6.3. 存在问题与改进措施
课程改革虽有成效，但仍存问题：一是部分学生难适应新教学方法与评价体系，自主学习及科研能力不足，需加强学习指导，开设学习方法讲座与科研训练课，组织科研实践、提供一对一指导并制定个性化计划；二是教学资源整合利用不充分，部分大型设备使用率低，需深化与校内平台及课题组合作，优化设备配置管理，建设备预约系统，同时加强线上资源建设更新，引入前沿成果。未来将持续关注行业动态与学生需求，优化教学，完善评价，提升教学质量。
7. 结论与展望
7.1. 研究总结
本研究针对研究生《非金属材料性能与检测》课程开展改革实践：教学内容上，整合高分子、陶瓷、复合碳材料知识，以“结构–性能–应用”为核心，引入前沿案例并结合校内大型设备教学，提升内容实用性与先进性；教学方法上，采用线下线上融合模式，开展课堂互动研讨，融入思政元素，实现知识传授与价值引领统一，培养学生多方面能力；评价体系上，构建含出勤率、研讨参与度等的多元化指标，明确课程论文要求，助力学生提升科研与专业素养。改革成效显著，学生学习效果大幅提升(成绩、论文质量进步明显)，教学质量改善，学生学习积极性与课程满意度显著提高。
7.2. 未来展望
未来，《非金属材料性能与检测》课程将深化改革：教学内容上，加强与新兴领域交叉融合，纳入AI材料性能预测、量子材料检测等前沿知识，拓宽学生视野；教学方法上，探索VR/AR技术打造沉浸式教学环境，加强国际合作，引入先进理念与联合教学项目，培养学生国际视野；评价体系上，完善多元化机制，引入第三方评价，利用大数据动态监测学习过程，提供个性化指导。持续推进改革，提升教学质量，为培养新时代高素质复合型材料检测人才提供保障。
基金项目
项目等级：辽宁科技大学研究生教育改革与创新项目 研究生精品课程建设项目。
项目名称：非金属材料性能与检测。
项目编号：2024YJSCX22。
NOTES
*第一作者。
#通讯作者。