“材料物理化學”緒論課的教學設計

摘要：在“材料物理化學”緒論課的教學過程中，結合實例，采用啟發式教學，圍繞“什么是材料物理化學、為什么要學習這門課程、本課程學習什么內容、怎樣學好該課程”等進行教學設計，激發了學生學習的興趣與信心，取得了滿意的教學效果。

關鍵詞：材料物理化學；緒論課；教學設計

作者簡介：胡宗智（1966-），男，湖北咸寧人，三峽大學機械與材料學院，副教授；趙君（1980-），男，山東泰安人，三峽大學機械與材料學院，副教授。（湖北#8194;宜昌#8194;443002）

中圖分類號：G642.44#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻標識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2012）01-0058-02

“材料物理化學”課程在材料類專業工程技術人員的整體知識結構及能力結構的培養方面具有極其重要的作用，同時也是學好后續專業課程如“材料科學基礎”、“材料合成與制備”、“功能材料”、“腐蝕與防護”等課程的基礎。國家自然科學基金委員會在自然科學學科發展戰略調研報告物理化學卷中指出：“實踐表明，凡是具有較好物理化學素養的大學本科畢業生，適應能力強，‘后勁’足。由于有較好的理論基礎，他們容易觸類旁通、自學深造，能較快適應工作的變動，開辟新的研究陣地，從而有可能站在國際科技發展的前沿。”[1]

緒論是全書的靈魂。通過緒論的學習，使學生了解課程的學習內容、明確學習方向、掌握學習方法。“材料物理化學”是三峽大學（以下簡稱“我校”）金屬材料工程專業和材料成型及控制工程專業的主干學位課程，通過調研國內外材料專業課程的設置情況，并結合我校專業特點及培養方向，將原針對材料專業開設的“物理化學”課程更名為“材料物理化學”，并選用由邵光杰主編的適合材料類專業的物理化學作為教材。該課程是材料學科的核心專業基礎課程，對培養學生的物理化學基礎知識、分析與解決問題、創新能力起到關鍵作用。但是該課程概念多、抽象、內容龐雜、公式多且應用條件嚴格，加上課程改革，理論課時數減少，學生在學習“材料物理化學”課程的過程中，普遍感到難學、難記、不易理解和掌握。如何激發學生學習該課程的興趣，提高課程的教學質量，緒論課在整個課程教學中有著舉足輕重的地位。筆者結合多年來的教學實踐，就如何講好“材料物理化學”緒論課談幾點心得。

一、開門見山，明確課程研究對象、特點及地位

教學之初，首先讓學生了解什么是材料物理化學？許多初次接觸該課程的學生并不清楚，在緒論課中教師要開門見山介紹材料物理化學的概念，它的英文是“materials physical chemistry”，而非“materials physics and chemistry”，使學生對材料物理化學的概念有一個正確的認識，它不是物理加化學，而是化學一級學科下的一門二級學科。在教學過程中，列舉幾個簡單的化學現象與物理現象緊密聯系的實例，如炭燃燒發生化學反應同時伴隨著放出熱量等物理現象；光照使照相底片感光等。并利用動畫設計吸引學生注意力，突出課程的地位。課程導入的環節，從簡單通俗易懂的例子出發，講述課程的研究對象，最后總結指出“材料物理化學”是一門由經驗科學發展為理論體系的邊緣科學，具有理論性強、抽象等特點。開門見山的講授方法使學生對“為什么要學這門課程”有了深刻印象。

二、介紹學科發展史及最新前沿成果，捕捉學生注意力，激發學生求知欲

介紹物理化學發展史及前沿成果，有助于學生了解本學科的發展，使學生感覺到材料物理化學是有血有肉的有機體，而不是只有生僻公式的怪物，這對培養學生的學習興趣非常有利。在緒論課中向學生講述諾貝爾獎的獲獎情況：自1901年至今的150多位獲得諾貝爾化學獎的科學家中，60%以上是物理化學家或者是從事物理化學領域的研究工作。而國內自從唐敖慶院士奠定了中國理論化學的基石以來，學生們熟悉的著名科學家盧嘉錫、唐有祺、田昭武、李遠哲等都是物理化學家，理論化學界的院士已有十多位。[2]這些實例和數字都是激發學生學好“材料物理化學”課程的有力手段。當代科學技術如飛秒激光技術、納米材料、單分子膜、LB膜、自組裝膜、鋰離子電池、太陽能電池等的研究都與物理化學息息相關。其中，2010年諾貝爾化學獎得主開展了在鈀催化交叉偶聯反應方面的研究，廣泛應用于電子工業和先進材料等領域。

實踐表明，在緒論課教學過程中，適當介紹學科發展史和前沿發展動態，不但可開闊學生的視野，豐富教學內容，同時可在教學過程中形成一種探索、創新的學術氣氛，激發學生的求知欲，培養學生的創新精神。

三、強調學好課程的必要性，激發學習動機

明確的學習目的及必須學好課程的壓力，會大大增強學習的主動性及自覺性。“材料物理化學”是重要的專業基礎課，無論從本科學習的現階段、還是畢業與就業的需要來看，都有必要用心學好。

首先，它是畢業及就業之需。學校規定作為學位課平均成績不得低于70分，如果成績不理想，直接影響到能否拿到學位及能否順利畢業，進而影響到就業。

其次，是考研深造之需。國內很多材料類專業招收碩士及博士研究生明確將該課程列為必考或選考課程。

最后，學好該課程，也是將來工作之需。將來有部分學生將從事新材料的研發或熱處理工藝等方面的工作，將會用到許多材料物理化學的基礎知識，如相圖、表面處理等。

通過從以上三個層面的分析，促使學生意識到學習該課程的必要性，樹立“學好”該課程的決心。

四、精心設疑，導入課程的教學內容

在“材料物理化學”緒論課教學中，教師平時多積累一些本課程在生產生活中的應用及發展的事例，通過精心設疑、誘發學生積極思考，順利導入課程教學內容。比如：

（1）在一個封閉房間里打開電冰箱的門，讓冰箱工作足夠長的時間，房子會變的涼爽嗎？

（2）石墨和金剛石同為碳的同素異構體，為何不用廉價易得的石墨大量制備珍貴又昂貴的金剛石?

（3）為什么在下雪的路面上撒下食鹽易于清除積雪？

（4）防雨衣、防水材料的制作原理是什么？它們為何有防水的性能？

（5）化學鍍層以其優異的性能應用于工業生產的許多領域，化學鍍液的穩定性對鍍層的性能有著直接的影響，化學鍍工業中如何利用活化能的大小判斷鍍液穩定性? [3]

（6）冶金過程中，煉鐵渣及煉鋼渣選擇什么樣的組成可以有較低的熔點，以節約能源、有效地降低生產成本？[4]

（7）插在深水中的鐵管，上部和下部哪個部位生銹最嚴重？

合理設疑，并提示學生這些問題分別對應教材中的第一章熱力學第一定律、第二章熱力學第二定律、第三章溶液、第四章表面現象、第五章化學動力學基礎、第六章相平衡、第七章電化學基礎等章節，這七章就是這門課程將要學習的內容，這些問題將在后續本課程相關內容的學習中得到解答，給學生留下懸念。運用實際事例設疑，不但使學生感到“材料物理化學”的問題無處不在，不會感到它太抽象，而且會引起他們濃厚的興趣，同時通過這種引導，使學生對教材內容先有一個整體的了解，便于抓住重點，解決“本課程學什么內容的問題”。

五、引導學生運用科學方法學習，消除學生畏難思想，樹立學好課程的信心

“材料物理化學”公式多、抽象，是學生學習過程中普遍感到困難較大的一門課程。學生對其畏懼感如不能及時消除，進而會產生厭學情緒，導致學無所獲，嚴重地影響到后續專業課程的學習。為了消除學生的畏難思想，樹立學生的學習信心，教給學生科學正確的學習方法很有必要。

1.講述往屆學生的成功事例，樹立信心

針對我校金屬材料工程、材料成型及控制工程專業考研率較高的情況，列舉往屆本專業的學生本課程以高分考入國內知名高校及研究院所的成功例子，說明“材料物理化學”課程并不難學，關鍵是學習態度和學習方法。

2.介紹具體學習方法與要求，提高學習效率

授人以魚，不如授人以漁。傳授正確的學習方法，有助于提高學生學習效率，起到事半功倍的學習效果。

（1）抓住理論學習四個環節：預習、聽講、復習、總結。

要求學生做好課前預習，對不懂的問題在上課時給予特別的關注，課后要及時有效地對相關知識進行回顧和復習，并按照自己的方法對所學知識進行總結，找出規律。為避免學生走彎路，提醒學生在課程的理論學習過程中要牢牢把握以下幾點學習方法：

1）注意邏輯推理的思維方法，反復體會感性認識和理性認識的相互關系。

2）抓住重點，掌握公式的應用條件，在理解的基礎上加以記憶。

3）做好課后練習，學會解題方法。很多東西只有通過解題才能學到，不會解題，就不可能掌握課程知識點。

4）合理利用參考書。目前與課程相關的參考書比比皆是，參差不齊。好的參考資料，能啟迪人的智慧，加深對基本概念的理解。在緒論課中務必向學生推薦課程的教材及主要參考書。

（2）重視實驗課。

“材料物理化學”是一門以實驗為基礎的學科，實驗是對理論知識的驗證和應用。學生認真對待實驗課，作好實驗報告，可以提高學生分析問題、解決問題的能力及動手能力，并加深對課程知識點的理解。如二元金屬相圖的繪制及分析實驗，可加深對步冷曲線、相圖等知識點的理解與掌握。

（3）積極參與教師的科研活動，提升對課程知識點的升華掌握。

用圖片介紹本學院幾個與材料物理化學有關的課題組及其研究成果，如鋰電池課題組、納米材料及光催化課題組、表面技術課題組、太陽能電池課題組等。生動的畫面吸引了學生的興趣，通過參加科研活動，不僅能開闊學生的視野，而且能培養學生的科學素質及創新能力。

總之，我們通過介紹以上方法，堅定學生的信心，激發學好“材料物理化學”課程的激情，使學生愿意學，主動學，明白該怎樣學。

六、結語

良好的開端是成功的一半。通過對“材料物理化學”緒論課的精心設計，拉近了師生間的距離，使學生明確了學好該課程的重大意義，激發了學生學習的興趣與求知欲，樹立了學生學好該課程的信心，為課程的深入學習起到了奠基石的作用，取得了良好的教學效果。

參考文獻：

[1]肖利，劉建華，唐嫻敏，等.冶金、材料類專業物理化學課程教學改革與實踐[J].湖南工業大學學報，2011，25(3):93-95．

[2]饒含兵，王顯祥，趙穎，等.在物理化學教學中培養學生科研創新思維能力[J].廣州化工，2010，38(12):294-295．

[3]伊廷鋒，金紅，朱彥榮，等.工科專業物理化學教學提高學生學習興趣的幾點嘗試[J].化工高等教育，2010，(2):72．

[4]梁英教.物理化學[M].北京:冶金工業出版社，2007．

（責任編輯：孫晴）