“材料科學基礎”課程教學改革的探索與實踐

田春艷，姜 海

（合肥學院機械工程系，安徽合肥230022）

材料成型及控制工程本科專業，是教育部1998年進行高等院校專業調整時新設立的一個專業，其范圍涵蓋原來的部分機械專業和部分材料專業，成為名副其實的寬口徑專業。基于材料成型及控制工程專業所具有的“機械特征與材料色彩”的特殊性,以材料為加工對象的特點，決定了材料科學是該專業領域的基礎知識。材料科學基礎是材料成型與控制工程專業的基礎課程之一，內容涉及材料的晶體結構、缺陷、金屬和合金的凝固、擴散、熱處理原理及工藝、金屬材料等知識。學生在學習過程中，普遍反映內容多、抽象、難理解、抓不住重點等，學習起來困難。筆者近幾年來，一直從事該門課程的教學工作，針對這些現象與問題，在教學中進行了較深入細致的思考與探討，進行了一系列教學改革，取得了較好的教學效果。

1 優化課程設置，精選主要內容

本課程是學校材料成型及控制工程專業的專業基礎課程之一，在滿足學校應用型工科專業人才培養目標的基本要求前提下，本著加強理論基礎、融通共性知識和拓寬知識面的原則，精選課程內容，調整課程體系結構。

（1）重點內容。材料科學基礎是研究材料組成、結構、材料性能與使用效能以及它們之間的關系，重點內容包括：晶體結構、位錯、晶界、相及相組成、組織特點、合金元素的作用及熱處理等，內容多，難理解。在課堂講授時，盡可能將講授的知識與日常生活中常見的物品、器件、零件等實例相結合，加強講授內容的針對性，密切理論與實際的結合。

（2）引進相關的前沿新知識，擴充學生知識面。在注重相關基礎理論知識講解介紹的同時，不斷緊跟學科發展，在教學內容上適當引進相關的新材料、新工藝等方面的前沿知識，擴充學生的知識面。如在講授晶粒概念時，引入納米的概念，介紹納米晶的由來、特點、物理性能、力學性能等知識，讓學生了解國內外相關領域的發展研究狀況。

（3）注重教學知識的前后聯系。將學生以前學到的相關知識，和將來專業課中的部分內容融合，提高學生分析問題和解決問題的能力。如介紹鋼的滲碳工藝時（第十章），將其溫度和時間的選擇與原子的擴散能力（第七章）聯系起來，這樣使學生既復習了前面的知識，又提高了應用所學知識分析問題和解決問題的能力。

2 改進方法和手段，培養興趣，提高教學效果

《材料科學基礎》作為重要的專業基礎課，對后續專業課的學習及學生知識體系的構筑具有非常重要的作用。但這門課程內容多，理論性強，學生普遍反映“難理解、難記憶、難應用”，因此除了授課時要突出重點、講清難點以外，還要注重講課的方式，采用有效的教學方法和手段,提高教學效果。

（1）樹立以學生為教學工作主體的指導思想。在教學中摒棄以往滿堂灌和只偏重課堂講授的做法，注重啟發式、討論式等教學方法的應用；特別是在講解新概念、新理論時，常采取設問、啟發的方式來引出；在講授一些重點、難點內容時，采取循序漸進、深入淺出、實例講解的方法，引導學生學習，充分調動學生學習的積極性、主動性。

（2）在課堂講授中加強與學生的雙向交流。隨時留意學生的表情和動作，掌握學生的領悟程度，及時調整授課的方式和節奏，合理控制知識難度，從而最大限度地使學生接受講授的內容。此外，還須留出充足的時間，進行課堂總結，使學生能對本堂課的內容一目了然，便于復習和記憶。

（3）改變傳統的考核方式。采用“平時+期中+期末”的考核模式，通過完成思考題、大作業、撰寫讀書報告、進行期中測驗、實踐項目考核等環節，增強了學生的求知欲望，加大了學生平時的學習力度，提高了學生自主學習的能力，將末端控制改變為對學生學習過程的控制。

（4）制作課件，采取多媒體教學和板書講授相結合的方式進行教學。針對不同的講授內容，將多媒體教學和其他方式相結合，如在講授晶體結構、晶體缺陷、鐵碳相圖時，常將實物模型與多媒體教學結合，增強了學生形象思維的能力，提高了課堂的教學質量和學習效果。

3 改革實驗教學內容與方法，提高學生職業技能

《材料科學基礎》是典型的以基礎理論與工程實踐緊密結合為特征的課程，材料科學基礎實驗是培養學生動手能力、實踐能力以及運用基礎理論解決實際問題能力的重要補充。學校開設的《材料科學基礎》課程計劃學時為64學時，其中實驗為8學時，主要開設了鐵碳合金的平衡組織觀察、鋼的熱處理和硬度試驗、鋼熱處理后的顯微組織觀察和其他材料的顯微組織觀察等實驗項目。以上實驗多為驗證性實驗，實驗教學的內容僅僅是對理論知識的驗證。這種實驗形式使學生潛在的自學能力得不到充分的發揮，不利學生創新精神的培養。為此,我們對《材料科學基礎》課程實驗進行了改革，增加了設計研究型實驗，并加大了實驗成績在綜合成績評定中的比例，刺激學生重視實驗，促進學生實驗能力的提高。

3.1 精選實驗內容，培養學生綜合能力

為充分反映材料的組成與結構、加工與性能之間的關系，將相關實驗組合在一起，以增加實驗效果。如將“鋼的熱處理和硬度試驗、鋼熱處理后顯微組織”組合在一起，可使學生既能了解碳鋼的熱處理工藝及硬度計的操作，也能了解碳鋼的熱處理工藝-組織-性能三者之間的關系。

為培養鍛煉學生的綜合能力以及創新思想的發展，增加了設計研究性實驗。這類實驗沒有具體的指導書，只有實驗目的、要求和必要的提示，要求學生自己完成實驗的設計和結果的分析，并給出詳細的研究報告。如給定一個齒輪零件的具體使用條件，由學生進行實驗設計，其內容應包括材料的選擇、制定熱處理工藝、熱處理前后性能的測試以及選用實驗設備等，這樣可以使學生較為系統地掌握有關專業知識，并培養了學生科學研究的思路和能力。

3.2 完善實驗教學文件，開放實驗室，改革實驗的考核方法

為了加強對實驗的指導，讓學生明確實驗的目的、內容和具體操作規程，我們根據專業培養目標和《材料科學基礎》課程教學大綱的要求，結合實踐教學改革的內容和需要，編寫了“材料科學基礎實驗教學大綱”、“材料科學基礎實驗指導書”等實踐教學文件，從而使該課程的實驗教學環節有章可循，確保了各實驗項目的順利完成。

對學生開放實驗室，以利于設計研究性實驗的完成。實驗室開放后，由學生自己根據感興趣的問題制定實驗題目、方案、操作步驟等，自己分析實驗結果。這樣既能使學生學會查閱資料，提高分析和解決實際工程問題的能力，也給學生提供了一個動手、動腦、獨立思考的機會，同時也提高了實驗教學的效果。

改革實驗課考核方式，將每個實驗分成實際操作、實驗紀律及表現、實驗報告三部分進行評分，實驗總成績等于各個實驗成績的算術平均值；將實驗課成績計算在課程總成績之內，實驗成績占課程總成績的20%。這樣加強了實驗教學的過程控制，并提高了學生的實驗積極性和主動性。

4 結束語

材料科學基礎課程的本科教學及其改革，是一項復雜的工程，依據科學技術的發展，不斷改進教學內容，改革教學方法和手段，加強實踐性教學環節建設，才能達到提高教學質量、培養出具有扎實理論基礎、較強的實踐能力和一定的科研能力的學生的目的。

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