省精品教材《材料科學研究方法》的教學實踐

摘要：《材料科學研究方法》教材的編寫具有創新的思路和體系，在教學實踐過程中采取了穿插大量實例、布置自由作業題——習作小論文等多種方法，取得了良好的效果。課程的教學對材料類專業學生的MSE素質教育和創新人才的培養起到了很好的促進作用。今后，應不斷地完善教學內容和改進教學方法，以收到更好的效果。

關鍵詞：精品教材；教學實踐；創新能力；素質教育

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1004—003X(2006)02—0075—03

創新是一個國家發展的靈魂和源泉。大學教育從培養計劃、課程體系到課程內容都注重學生能力的培養，能力培養中最重要的是學習能力、思維能力和動手能力的培養。目前，學科發展已大大超越了傳統專業的內涵和范圍，系統化和整體性是對現代人才培養的新要求，但各專業的課程設置還基本停留在原體系上，知識面窄，創新意識缺乏。左鐵鏞院士、李恒德院士等科學家都呼吁要實施MSE(Materials Science and Engineering，簡稱MSE)素質教育，MSE大學科一體化素質教育是高校發展的必然趨勢，這種改革思路應體現在各專業的培養計劃中。為此，我們在材料類專業教學實踐中進行了實施。

一、課程教學的目的與特點

材料科學與研究方法課程是作為材料類各專業的專業基礎教學知識平臺之一而設置的課程。材料科學和工程學科與專業的關系見圖1。根據學科專業的內涵和發展趨勢構思和編寫的新教材在立意、思路和體系上具有很好的創新性。

(一)立意新穎，目的明確

交叉融合是科技發展的特征，寬知識、厚基礎是人才培養的重點，創新思維和能力則是MSE素質教育的關鍵。該課程為材料類各專業的基礎教學平臺知識課程。通過教學，主要是培養學生一種材料研究創新思維的主動意識，材料研究創新活動的科學方法，材料研究創新成果的分析能力。

(二)思路清晰，創新性強

通過該課程的學習，學生可以對材料大學科的內在規律有一個宏觀的認識，并形成科學辨證的概念，了解材料研究開發工作基本的方法、過程、分析思路；掌握各類材料的共同特點與共同效應；樹立材料的成分一結構一制備一性質一功能和環境間的系統工程概念。教材和教學過程都力圖凸顯材料科學研究和發展的思想、核心、主線。

(三)體系合理，科學性好

該課程具有前沿性、綜合性和系統性的特點。前沿性表現在書中所述內容和例子基本上是最新的研究成果，涉及一定的專業知識，學生一方面能從中領悟其創新思維、研究思路，另一方面能了解更多的新知識、新成果和新動向；綜合性表現在課程內容涉及各類材料，學習時能更深入地理解材料科學的共性和特點，擴大知識面；系統性表現在教材內容體系雖然是新的，但較確切地反映了材料科學研究與發展過程的自然科學本質、研究方法與研究思路的共同特點。

二、課程教學內容的設計與安排

(一)精選課堂講授內容

因為課程學時有所限制，教材的內容不一定全部講授，在所講授的內容中也可有所側重。教師在講授過程中，部分內容可布置學生自學。從課程的目的和性質來看，重點是材料科學共性、材料研究基本方法、材料結構設計與系統分析、材料使用與環境評價方法、材料設計方法和材料發展重點與趨勢等內容。如該教材第9章選題與總結可不講，材料失效分析方法可簡單介紹。

教師應圍繞材料科學研究和發展的“思想”、核心和主線設計講課內容。材料的成分—結構—制備—性質—功能和環境間的系統工程是主線，材料的組織結構及其演化是學科核心，辨證與創新是材料學科的“思想”。教學目的是讓學生能初步理解材料科學與工程學科的內涵和本質，具備一定的材料科學與工程的素質。

教材每章結束時都安排了小結，比較精煉地用幾句話概括講課內容的要點和啟示。課程結束時，設計了課程的總結：回顧了課程的主要體系及重點、開設課程的主要目的，強調了材料科學與工程學科的內涵和特點，簡要地列出了材料研究的各種方法及其應用，再次揭示了材料科學與工程的主線、核心和“思想”，最后歸納了材料發展的趨勢和特點。

(二)補充大量實例

為了使課堂教學更豐富生動，學生能進一步理解材料學科的內涵與特點，結合教材和課程內容，教材還增加了大量典型例子和最新的材料研究成果。實例來源于最新的期刊、報道、科技部信息和CCTV網絡資料等，如突破好幾年一等獎空缺的獲得2004年國家科技發明一等獎的兩項材料類項目，仿生材料學方面所取得的最新研究成果，環境污染和資源(包括能源)危機所帶來的材料開發研究的新觀念、新思維和新成果，材料研究方法成果和創新思維實例等。整個教學內容共收集了160個左右的例子，200余幅圖片，根據內容穿插在有關章節中進行介紹，并且可以隨時更換為更新、更好、更合適的例子。

由于教學過程中有大量的實例和圖片，同時為了給學生傳遞更多的課程內容信息，教材組還編制了與課堂教學內容相關的電子文件，采用多媒體形式上課。

(三)安排學科專業自由作業題——習作小論文

在課程講授過程中，布置學生查閱文獻資料，寫作小論文，要求是：查閱最新的文獻資料，如期刊上的論文、新出版的書籍、網上信息資料等；結合本專業或材料類專業與材料有關的內容；根據查閱的資料整理寫作小論文，字數在1000字左右，不能完全照抄；注明文獻資料來源。1000字左右是為了讓學生查閱一定數量的文獻資料，保證一定的工作量。一周后交給教師，教師認真評閱，并在課堂上進行評講，表揚做得好的同學，也指出查閱文獻和寫作過程中存在的問題，其成績作為平時成績的主要部分。

安排習作小論文的目的是讓學生熟悉查閱文獻資料的方法，訓練學生初步整理資料并寫作科技小論文的能力，培養學生創新思維的主動性和學習專業的興趣。

(四)改革考查形式，布置自由發揮題

將最后的考查作業分為兩部分：富有創新思維的自由發揮題和當堂布置當堂完成的基本概念題。自由發揮題提前1周布置，由學生進行細心觀察，展開自由思維，并查閱有關資料來完成，鼓勵同學互相討論、啟發。自由發揮題題目是在兩題中任選一題，如：(1)什么叫仿生學?你認為自然界中的什么現象，人們可以進行材料結構或功能的仿生研究?舉一例，并說明自己的設想及思路。(2)你認為在我們的社會生產和日常生活中，有哪些與材料相關的產品或事物可值得研究開發或改進的?舉一例，并說出你的設想與思路。自由發揮題為考查作業成績的25％。

在自由發揮題的實施過程中，雖然學生對問題的設想、思考和解答很可能是缺少科學根據和原理的，甚至有些還是異想天開的，但可以借此激發學生的創新思維，培養學生觀察思考與分析問題的能力。學生對此類作業的積極性很高。有些同學對自由發揮題非常認真，根據自己的設想，檢索了許多文獻資料，并且按照小論文的形式寫作，而不是簡單的回答問題。如金屬專業的一位學生寫作了4000字左右的《表面復合材料的設計》論文，根據生活中觀察到的各類摩擦問題和樹木形態等展開創新思維，涉及多方面的知識，圖文并茂地論述了自己的設想和思路。其他學生還從太陽能建筑、海水的淡水化、螢火蟲的冷光原理、花生植物的固氮機理等方面出發，闡述得都比較好。這說明同學們都有創新思維的積極性，也具有一定的創新能力。

三、教學效果與改進措施

作為材料類各專業的知識平臺課程，課程內容中介紹的材料科學與工程學科專業的基本知識、基本概念、基本方法和基本思路，使學生能更好地理解學科的內涵和特點，增強了學生對材料科學的學習興趣和對專業的熱愛。而課程中列舉的大量創新典型例子和最新成果，擴大了學生的知識面，激發了學生的創新思維。學生反映熱烈，教學效果良好。學生普遍反映，課程內容非常豐富，知識面廣，許多實例給人留下了深刻的印象。課程的體系內容使同學們對材料學科有了一個比較整體的了解和把握。

從學生寫作的小論文中可以看出，通過該課程的教學，學生們對材料類專業產生了很大的興趣，一些同學在小論文后面以幾句話表達了對該專業的熱愛。如“所以，作為祖國未來的材料人，我們應該多學知識、多探索、勤研究，使中國真正走向自主富強。”與此同時，從作業中也反映了同學們的認真態度，有些同學不但檢索了國內的文獻，而且還檢索了國外的期刊雜志；甚至有同學在自由作業題中就展開了創新思維，提出了自己想法。與教師下面要布置的自由發揮題不謀而合，如某學生在第一次寫作小論文中就展開思維，設想研究流淚樹的原理并將其應用在耐溫材料上，同時，還設想從事磁懸浮汽車的研究。

在征求同學們對課程教學的建議和意見時，許多同學都希望在課堂教學過程中能發表意見和共同討論，即加強“課堂教學的互動性”。因此，今后改進教學的主要措施是在大部分章節內容中設計一些問題或進行1-2次課堂討論，如材料與資源環境問題、材料結構仿生與優化設計、創新思維與新材料開發等。這樣可以更好地調動同學們的學習積極性、進一步增強教學效果。