《功能材料》課程教學方法思考

佟運祥 王香 田兵 李莉

［摘要］傳統材料產業結構升級與相關高技術的迅猛發展對《功能材料》課程的設置與教學提出了更高的要求。《功能材料》課程具有涵蓋面廣、內容多、知識更新快的特點，可以從課程的教學內容、教學手段與方式和考核方式方面進行探討，目的在于提高教學質量與效果，培養具有寬廣研究視野與扎實專業知識的創新型人才。

［關鍵詞］功能材料教學方法教學質量

［中圖分類號］G642［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2014）11-0151-02《功能材料》是我校材料科學與工程專業研究生專業學位課的重要組成部分，主要向學生系統講授各類功能材料的成分與結構、合成與制備、材料性能及應用的基本理論、相互關系及影響規律等，并融匯當今各類功能材料先進的研究成果，使學生了解當今功能材料領域的發展趨勢及動態，培養學生運用所學理論知識解決實際問題的能力。其教學內容覆蓋面廣，信息量大，涵蓋納米材料、非晶材料、形狀記憶材料、壓電材料、生物醫學材料等，但是教學周期比較短。目前，高新技術的發展與經濟產業升級的迫切需求對新型功能材料的研發提出了更高的要求。在此形勢下，合理選擇教學內容并優化教學方法，對于提高教學效果、培養具有扎實專業知識和寬廣研究視野的人才具有十分重要的意義。

一、教學內容

根據功能材料的研究內容和我校材料科學與工程學科的特點，《功能材料》課程內容的選取上涵蓋了金屬類的功能材料以及陶瓷、聚合物等部分非金屬類功能材料，突出材料制備-結構-性能-應用之間的關系，遵循強化基礎、精選前沿、兼顧應用的原則準備教學內容。因此，《功能材料》課程的課堂教學內容主要包括：功能材料概論、納米材料、非晶材料、形狀記憶材料、復合材料、生物醫用材料、 磁性材料、電性材料以及超導材料。在概論中主要介紹功能材料的發展歷史以及最新的研究動態、課程內容等。對于每個材料體系，主要介紹相關的基本概念與原理、典型材料及其制備方法與性能、典型應用以及該材料的最新研究成果等。

二、教學方法與手段

（一）正確處理多媒體與板書的關系

多媒體教學是21世紀以來逐漸興起的一種新穎的授課方式，具有生動形象、直觀性、交互性、可重復性強、圖文并茂等特點，尤其適合于理論性內容較多、信息量大的課程，可以有效地激發學生的興趣，活躍課堂氣氛，提高教學效果。然而，過度依賴多媒體教學也會造成一些問題，如幻燈片內容停留時間過短，學生缺乏思考時間；教師對照幻燈片照本宣科等，從而使課堂教學失去靈魂。板書作為一種傳統的教學方式，具有靈活性、能夠長時間向學生傳遞信息、有利于培養學生的思維能力等特點。正確處理多媒體與板書之間的關系，能夠將課程內容更加有效地傳遞給學生。綜合考慮以上情況，我們在實際教學中根據不同的教學內容采取了不同的授課方式。對于需要展示的內容，我們采取多媒體的方式。如《功能材料》課程中需要介紹大量材料的微觀組織，如晶體材料中的位錯、孿晶以及非晶復合材料的斷口形貌等。另外，介紹馬氏體相變、形狀記憶效應以及壓電效應、鐵電性和超導特性等基本概念時，也可以利用多媒體將原來枯燥的文字描述轉換為形象的動畫，使學生更加直觀深入地理解所學習的基本概念。

對于課程中所涉及的公式推導與基本原理等內容，我們則采取了板書的授課方式。通過板書，學生清晰地了解了整個設計計算過程，加深了學習印象。

（二）基礎理論與最新進展相結合

對于《功能材料》課程而言，基礎知識是基石，是進一步學習《功能材料》的基礎和必要條件，是學習中一個最基本，也是最重要的部分。俗語說，萬丈高樓，平地起。只有系統扎實地掌握好基礎知識，學生才能夠更好地發揮主觀能動性，提高其思維能力和靈活運用功能材料的相關知識解決實際問題的能力。《功能材料》課程主要授課對象為材料科學與工程專業的研究生，其選修課程為材料科學基礎。但是考慮到研究生來自于不同的院校，所學基礎課程有所差異，基礎理論掌握程度參差不齊，甚至存在跨專業考研的情況，所以有必要在專業課講授過程中加強相關基礎理論的內容。

在注重基礎理論的同時，要及時地將學術界的最新研究成果和教師自身的研究經歷充實到課堂教學中，將國家和社會的需求與課程有機結合起來，提高學生投身課程學習的興趣和動力。例如，利用大塑性變形工藝制備納米晶金屬材料是近年來功能材料領域發展的熱點之一，大塑性變形工藝主要包括高壓扭轉、等徑角加壓、累積疊軋等方法，由于材料在變形過程中承受了非常大的塑性變形，因此晶粒尺寸得到急劇細化，同時引入了大角度晶界等獨特的晶體缺陷，此類材料具有優異的性能，在高性能航空發動機、核反應堆與航天器等國家重大科技需求方面具有良好的應用前景。

另外，在講授形狀記憶材料時，將形狀記憶合金復合材料的最新進展融入課堂教學中，說明形狀記憶效應等功能特性可以通過傳統的物理冶金等方法改善，還可以利用材料復合的概念，詳細介紹中國石油大學（北京）崔立山老師課題組2013年在Science上發表的文章。崔立山老師課題組在多年研究形狀記憶合金復合材料的基礎上，利用傳統的冷拔工藝，獲得了納米Nb線強化的TiNi基形狀記憶合金，該合金具有優異的彈性應變、較低的彈性模量和良好的生物相容性。

最后，需要強調的是，《功能材料》課程的內容多、范圍廣，授課時間短，任課教師不可能準確地把握住所涉及的所有研究方向的最新動態。為解決這個問題，我們將從事不同材料體系研究的教師請入課堂，利用其多年的研究積累，為學生講解、分析該材料的發展趨勢，獲得了良好的教學效果。

（三）主題探討式教學

主題探討式教學是交互式教學的一種，與傳統的教師在講臺上講、學生在臺下聽的方法相比較，具有諸多的優勢。因此，在《功能材料》教學中，我們將這種方法引入了課堂。考慮學生的研究方向存在一定差異，在授課前，充分了解每個學生的具體研究方向，并對其進行分組。盡可能每個組的研究方向均涵蓋在教學內容中。在每個章節結束后，教師總結教學內容，歸納出若干個主題，然后每個課程小組自由選擇一個主題進行準備，包括檢索分析相關文獻與準備講稿。之后，由課程小組選派一名成員，對準備的講稿進行講解，并回答教師和其他組同學的提問，最后由教師進行點評，指出講解過程中需要注意的問題。與傳統的教學模式相比較，主題探討式教學一方面能夠及時地檢查學生對所學知識的掌握程度，另一方面可以鍛煉學生檢索文獻、總結文獻和表達的能力，充分調動學生的積極性、創造性和學習興趣。當然，這種方法也有一定的局限性，如學生提問的深度和廣度均不可控，往往會影響教學進度。針對這一問題，我們要求學生在課余時間對講稿進行充分練習，把握好時間，同時對提問和討論環節規定時間。另外，主題探討式教學安排的學時不宜過多，以不影響課程的整體教學為標準。

（四）課程考核方式

課程考核是檢驗學生對所學內容掌握程度的必要手段之一。考慮到《功能材料》課程的教學目的，我們在考核內容設置上側重兩個方面，即基礎知識的考核與活學活用、運用所學知識解決實際問題的能力。在多年的教學實踐中，我們建立了對基礎知識考核的題庫，并不斷地充實完善。題型也靈活多樣，包括選擇題、填空題、簡答題和論述題。針對知識運用的能力，將科研活動中所需要的實際問題提煉出來作為考核內容。例如，NiMnGa等哈斯勒型合金是1996年美國麻省理工學院的科學家發展的一類磁性形狀記憶合金，有望克服傳統形狀記憶合金驅動頻率低的問題，因此備受關注。但是多晶合金脆性大，嚴重阻礙了其實際應用。研究人員為此提出了多種手段來克服，其中之一是利用球磨等方法制備出NiMnGa合金顆粒，然后選擇適當的樹脂作為基體，利用復合材料的制備方法獲得顆粒增強的復合材料。我們將這一內容添加到考核內容中，要求學生針對NiMnGa多晶合金脆性大的問題，利用材料復合的基本理論提出改善合金脆性的方法。上述兩個方面在分值上的比例維持在7：3左右，實踐表明，考核效果良好。成績達到優秀的同學在之后的學位論文工作中也均取得了不錯的成績，在畢業前均能發表多篇高水平的學術論文。

三、結束語

當今高新技術的迅猛發展與傳統材料產業的結構升級對《功能材料》課程教學提出了新的要求，在此背景下，根據課程特點，通過精選教學內容并將最新的研究進展融入課堂教學，優化教學方法，建立完善的課程考核內容，可以有效地提高教學質量。

［參考文獻］

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［2］瓦利耶夫,亞力克山卓夫著.林柏年譯［M］.北京:科學出版社,2006.

［4］劉珍芳.交互式教學研究評述［J］.遠程教育雜志，2009（17）：49.

［責任編輯：鐘嵐］