材料物理化學(xué)課堂教學(xué)模式探索

摘要：材料物理化學(xué)是工科材料類專業(yè)非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程理論性強(qiáng)、概念繁多、內(nèi)容抽象，學(xué)習(xí)難度大。從激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、理論聯(lián)系實(shí)際、教學(xué)與實(shí)驗(yàn)和科研互動(dòng)、改革課堂教學(xué)方法等四方面對(duì)材料物理化學(xué)課程的課堂教學(xué)進(jìn)行了一些探索，借此提高材料物理化學(xué)課程的課堂教學(xué)效果，以推動(dòng)材料類人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升。

關(guān)鍵詞：材料物理化學(xué)；課堂教學(xué)；模式

作者簡(jiǎn)介：馮利邦（1971-），男，甘肅慶陽(yáng)人，蘭州交通大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，副教授；劉艷花（1982-），女，甘肅榆中人，蘭州交通大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，講師。（甘肅 蘭州 730070）

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）03-0105-02

材料物理化學(xué)是以物理原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)為基礎(chǔ)，研究材料化學(xué)體系的性質(zhì)和行為，發(fā)現(xiàn)并建立材料化學(xué)體系中特殊規(guī)律的一門課程。它綜合了基礎(chǔ)化學(xué)、高等數(shù)學(xué)、普通物理和部分材料化學(xué)課程的基礎(chǔ)知識(shí)，是學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)，是工科材料類專業(yè)非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。然而，由于材料物理化學(xué)課程本身理論性強(qiáng)、概念繁多、內(nèi)容抽象，加之隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，課程內(nèi)容在深度和廣度上不斷增加，而相對(duì)于化學(xué)化工類專業(yè)，材料類專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的課時(shí)又少，這使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中普遍出現(xiàn)思想負(fù)擔(dān)重、畏難心理明顯、學(xué)習(xí)興趣不高等現(xiàn)象。因此，如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對(duì)抽象概念的理解和深?yuàn)W內(nèi)容的掌握，改善學(xué)生學(xué)習(xí)材料物理化學(xué)課程的學(xué)習(xí)效果便成為當(dāng)前該課程授課教師必須要進(jìn)行思考和探索的重要課題。本文從以下四方面對(duì)工科材料物理化學(xué)課程的課堂教學(xué)進(jìn)行了一些探索，借此提高材料物理化學(xué)課程的課堂教學(xué)效果，以推動(dòng)材料類人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升。

一、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和求知欲

材料物理化學(xué)概念繁多、公式繁雜、枯燥難學(xué)，因而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣很關(guān)鍵。興趣是最好的老師，只有對(duì)材料物理化學(xué)產(chǎn)生濃厚的興趣和求知欲，學(xué)生才會(huì)以極大的熱情去學(xué)習(xí)。筆者通過(guò)以下方式來(lái)提高學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣：第一，時(shí)刻跟蹤物理化學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展，適當(dāng)引入一些前沿知識(shí)，使經(jīng)典知識(shí)和前沿知識(shí)相結(jié)合，強(qiáng)化材料物理化學(xué)課程的生命力，同時(shí)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)的激情。例如在講解熱力學(xué)能量轉(zhuǎn)換時(shí)結(jié)合當(dāng)前比較熱門的光伏發(fā)電、新型電池等，分析熱力學(xué)基本知識(shí)在解決能源危機(jī)方面的作用，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。第二，在講述熱力學(xué)三大定律及著名方程時(shí)，讓學(xué)生搜集相關(guān)的科學(xué)發(fā)展史和科學(xué)家的逸聞趣事，借此提升學(xué)生探究材料物理化學(xué)現(xiàn)象的興趣，并通過(guò)對(duì)科學(xué)家探索真理的過(guò)程進(jìn)行分析，培養(yǎng)學(xué)生保持積極向上的學(xué)習(xí)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生探究科學(xué)知識(shí)的欲望。第三，結(jié)合生活中的物理化學(xué)現(xiàn)象，在課前提出問(wèn)題：例如講解卡諾定理時(shí)提出“為什么汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的效率超不過(guò)50%”，在講解化學(xué)平衡的影響因素時(shí)提出“為什么乙苯脫氫生產(chǎn)苯乙烯時(shí)需要加入惰性氣體”等問(wèn)題，然后讓學(xué)生帶著問(wèn)題聽(tīng)課，這在很大程度上提高了學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)效果。第四，讓學(xué)生參與教學(xué)、討論等，例如在推導(dǎo)熱力學(xué)函數(shù)的基本公式時(shí)，可讓學(xué)生推導(dǎo)Maxwell關(guān)系式及其他公式；提出切實(shí)可行的小科研課題，引導(dǎo)學(xué)生憑借所學(xué)的材料物理化學(xué)知識(shí)，解決科學(xué)難題。例如設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)根據(jù)稀溶液的依數(shù)性測(cè)定物質(zhì)的分子量，這可進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。

二、理論聯(lián)系實(shí)際，將枯燥的理論與實(shí)際生活相聯(lián)系

材料物理化學(xué)課程理論性強(qiáng)、內(nèi)容抽象，為了加深學(xué)生對(duì)材料物理化學(xué)抽象概念的理解和深?yuàn)W內(nèi)容的掌握，注意收集、整理生產(chǎn)生活中用到物理化學(xué)知識(shí)的相關(guān)實(shí)例，并在講授相關(guān)基本物理化學(xué)知識(shí)時(shí)穿插講解，將枯燥的理論與實(shí)際生活密切相聯(lián)系，借此說(shuō)明物理化學(xué)知識(shí)并不是虛無(wú)縹緲的，可加深學(xué)生對(duì)物理化學(xué)知識(shí)的理解。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生注意觀察生活中的物理化學(xué)現(xiàn)象，促使學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的物理化學(xué)知識(shí)解釋客觀現(xiàn)象，解決實(shí)際問(wèn)題，從而提升學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

例如，在講解熱力學(xué)第一定律時(shí)，以化工生產(chǎn)中的能量守恒及節(jié)能措施、冬季北方熱力公司供熱防寒等為實(shí)例；在講解熱與功的轉(zhuǎn)化時(shí)以發(fā)動(dòng)機(jī)的效率、空調(diào)制冷致熱為例子；在講解稀溶液的兩個(gè)定律時(shí)可參考金屬冶煉時(shí)助溶劑的作用、生物實(shí)驗(yàn)中半透膜的應(yīng)用等；在講解稀溶液的依數(shù)性時(shí)，可以冬天下雪后在路面上撒鹽融雪等為例；在講解相平衡時(shí)，講述相平衡在冶金工藝當(dāng)中的重要應(yīng)用，包括枝晶偏析、退火、淬火和區(qū)域熔煉等技術(shù)的原理和具體過(guò)程；在講解潤(rùn)濕問(wèn)題時(shí)列舉超疏水材料的自清潔機(jī)制、噴灑農(nóng)藥殺蟲(chóng)等；在講解膠體知識(shí)時(shí)可以材料合成中溶膠-凝膠法的運(yùn)用、用乳液法合成空心微球及在藥物輸送中的應(yīng)用等為例；在講解電化學(xué)內(nèi)容時(shí)以太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)、利用電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行鍍膜、海洋船舶的電化學(xué)防腐等為例；在講解吸附作用時(shí)以超吸水樹(shù)脂、超吸油樹(shù)脂的應(yīng)用等為例；在講解開(kāi)爾文公式時(shí)，與人工降雨、暴沸等現(xiàn)象相聯(lián)系。

三、教學(xué)與實(shí)驗(yàn)互動(dòng)，用教學(xué)指導(dǎo)科研，用科研反哺教學(xué)

物理化學(xué)的許多原理、定律都是在大量的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)科學(xué)分析、歸納總結(jié)而得到的。因此，材料物理化學(xué)不僅理論性強(qiáng)，同時(shí)實(shí)踐性也較強(qiáng)。加強(qiáng)材料物理化學(xué)的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)互動(dòng)，在課堂上引入一些物理化學(xué)小實(shí)驗(yàn)或?qū)⒗碚撜n的課堂教學(xué)轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室，留給學(xué)生思考的空間，變灌輸式教學(xué)為研究式教學(xué)，這樣有助于學(xué)生加深對(duì)難懂的理論知識(shí)的理解。

另外，教學(xué)與科研相長(zhǎng)，加強(qiáng)以科研帶動(dòng)教學(xué)，以教學(xué)引導(dǎo)科研，科研可促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容的更新及教學(xué)方法和手段的改進(jìn)。教師把最新科技前沿和科研成果及時(shí)轉(zhuǎn)化為材料物理化學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容，可以豐富課堂教學(xué)和學(xué)生的知識(shí)面。同時(shí)，激勵(lì)高年級(jí)本科生充當(dāng)科研助手，帶領(lǐng)學(xué)生研究和探索教師正在開(kāi)展的課題，可充分利用學(xué)生們活躍的思維促進(jìn)教師的科研，再進(jìn)一步反哺教學(xué)。

四、探索有效的課堂教學(xué)方法

1.傳統(tǒng)板書(shū)與多媒體授課有機(jī)結(jié)合

傳統(tǒng)板書(shū)授課靈活性強(qiáng)，可以有效地控制課堂節(jié)奏，能與課程的各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)嚴(yán)密吻合。教師邊講邊板書(shū)可以引導(dǎo)學(xué)生的思路沿著教師的講述而發(fā)展，這有助于學(xué)生對(duì)材料物理化學(xué)各知識(shí)點(diǎn)邏輯關(guān)系的理解。同時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，這對(duì)于一些復(fù)雜公式與定律的推導(dǎo)和理解尤為重要。然而，材料物理化學(xué)理論性強(qiáng)、公式多、內(nèi)容豐富但課時(shí)少，僅用板書(shū)授課課時(shí)比較緊張，并且教學(xué)的一些重點(diǎn)和難點(diǎn)僅憑用語(yǔ)言描述很難解釋清楚，學(xué)生接受效果有限。

與傳統(tǒng)板書(shū)相比，多媒體教學(xué)直觀形象、信息量大，可將抽象難懂、枯澀的教學(xué)內(nèi)容更加便利、直觀生動(dòng)地表現(xiàn)出來(lái)，有助于學(xué)生掌握概念、規(guī)律和加深對(duì)材料物理化學(xué)深?yuàn)W內(nèi)容的理解，同時(shí)可節(jié)省大量寶貴的教學(xué)時(shí)間。但是，在進(jìn)行公式的推導(dǎo)和講解時(shí)，學(xué)生一味盯著屏幕接受而不愿進(jìn)行主動(dòng)思考，缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，這嚴(yán)重影響了學(xué)生對(duì)公式的理解和掌握。所以，單純用多媒體授課也不適合本課程的教學(xué)。

因此，在材料物理化學(xué)課堂授課時(shí)，探索將傳統(tǒng)板書(shū)與多媒體授課有機(jī)結(jié)合，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容選擇合適的授課手段，實(shí)現(xiàn)各個(gè)教學(xué)手段的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而達(dá)到較好的教學(xué)效果。例如，對(duì)于理論性強(qiáng)的內(nèi)容、重要概念、重要定律、公式推導(dǎo)和典型例題的講解及習(xí)題的解答，應(yīng)以板書(shū)的形式進(jìn)行授課；而對(duì)于那些理論性較少且偏重于介紹性的知識(shí)，應(yīng)以多媒體的形式進(jìn)行授課。

2.其他教學(xué)方法的運(yùn)用

突破單向灌輸模式，堅(jiān)持以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的原則。教師根據(jù)授課的具體內(nèi)容，精心設(shè)計(jì)，實(shí)施啟發(fā)式、討論式、交互式等教學(xué)方法，引導(dǎo)和激勵(lì)學(xué)生積極參與教學(xué)，巧妙運(yùn)用提問(wèn)甚至追問(wèn)方式活躍課堂氣氛，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表意見(jiàn)，引導(dǎo)學(xué)生參加討論，在爭(zhēng)辯中得出正確的結(jié)論，從而提高教學(xué)效果。其次，探索通過(guò)電話、E-mail、qq等方式進(jìn)行課程輔導(dǎo)和習(xí)題答疑，使學(xué)生隨時(shí)加深和鞏固對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解。

以上是對(duì)材料物理化學(xué)課程教學(xué)方面的初步探索，在以后的教學(xué)工作中，還要繼續(xù)不斷探索、發(fā)展和完善，以進(jìn)一步豐富教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，使材料物理化學(xué)課堂教學(xué)更加豐富多彩，以實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的最優(yōu)化，最終使材料物理化學(xué)的教學(xué)質(zhì)量得到極大提升。

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（責(zé)任編輯：王意琴）