《材料科學與工程專業導論》課程建設與教學改革研究

吳苗苗 馬向東 王 琪

（中國礦業大學〈北京〉材料科學與工程，中國 北京 100083）

0 引言

材料是人類賴以生存和發展的基礎，20世紀70年代人們把信息、材料和能源譽為當代文明的三大支柱。材料科學是研究材料的結構/成分、合成/制備工藝、材料性能相互關系的科學，是一門多學科相互交叉的新興綜合學科[1]。隨著材料科學日新月異地發展，材料專業課程建設也迫切的需要創新和改革以適應時代的發展。

我校對新入學材料專業的本科生開設了材料專業導論課，旨在讓材料專業的學生掌握傳統材料專業知識的同時，也能夠熟悉其他各類材料特別是新材料的特性，從而比較全面的掌握材料科學與工程的基本專業知識，提高學生的綜合科學素質。目前這門課的內容包括：高性能材料、先進復合材料、電學材料、磁學材料、光學材料、生物材料、信息功能材料、新能源材料、納米材料等。但由于存在教材內容普遍落后于時代發展、新入學學生對材料專業了解較片面以及教學方法不得當等一些問題，使得該課程的教學效果和質量結果一般，因此對該課程進行建設與改革有非常重要的理論意義和實際價值。

2 教學研究與改革

我校非常重視對專業基礎必修類課程以及創新實踐類課程的建設，在嚴格遵循教學大綱及充分實現教學與培養目標的前提下，筆者結合自身的教學經驗，對《材料科學與工程專業導論》課程教學改革進行了積極的嘗試和探索，提出了以下幾點建設與改革方法。

2.1 強調材料的四要素的關系，突出結構和性能的核心地位

材料科學是研究材料的結構/成分、合成/制備工藝、材料性能以及使用效能（即考慮經濟的、社會的成本和效益，在實際條件下其有用性的度量），以及應用之間相互關系的科學，通常我們將材料的結構/成分、合成/制備工藝、材料性能以及使用效能稱為材料科學與工程的“四要素”[2]。上述四要素可以說是構成了整個材料學科研究的基礎，我們在授課過程，不管講解何種類型的材料時，都應該向學生強調四要素的重要性，牢記上述四要素立體圖，緊抓四要素之間的關系，這樣才能抓住整個材料科學的主線。不可否認的是，上述要素的關系也對有志從事材料科學科研工作的學生，有重要的指導意義。就上述四要素中，“性能”是目的，是材料科學發展的根本推動力，“結構”是獲得該性能的本質，而“工藝”是獲得“結構”的途徑與手段，可以歸結為“結構”形成的內容范疇。因此材料科學導論的課堂上，教師要有意識地引導學生遇到問題時，從四要素這個源頭出發思考問題。例如，在講解納米材料這一章節的內容時，首先抓住學生眼球的必然是當今納米材料所展現出的那些令人印象深刻的性能或應用，如超高導電、導熱、超導等性能，而很“自然”地“忽視”這些現象背后的原因，這時教師應該要有針對性的引導學生從四要素的關系出發進行分析，在適當的時機里提出結構與性能之間的關系這一話題，引發學生去思考和討論，讓學生腦海中加深四要素的印象。

2.2 重視章節之間的差異，切忌無差別授課

眾所周知，材料是由具體品種組成的，不同的材料具有其鮮明的個性，所以我們在材料專業導論這一門課程的設計上，在體現四要素等共性的同時，也要突出這門學科的個性。例如，在金屬材料章節，可著重講解原子排列、位錯等基本知識和理論；在功能材料章節，可將重點放在展現材料的獨特的性能及應用上；而在有機或高分子材料章節，可有意識地講解一些物理化學的化學機理等。再就是可根據學校及專業要求對這門課的設計要求，著重講解某些重點章節，為以后的專業課打下基礎，起到拋磚引玉的作用。例如，有的學校的材料學院/系一直重視金屬材料的研究或致力建設相關金屬材料的精品課程，這樣教師在講解專業導論課程時，可以有意識地強調金屬材料的介紹，為打造本校的有特色的研究方向或課程建設打好基礎。

2.3 利用外部信息技術和資源，輔助教學。

在當代信息數據爆炸的時代，如果教師一味地墨守成規、不求變通的話，材料專業導論這一門就會失去本身的意義。因為該門專業導論課開設的目的，就是為了引導學生進入材料領域的大門，培養他們對材料研究的興趣。材料科學本身也是一門具有很強時效性、信息性的學科。當今科技發展的熱點，無不與材料科學息息相關。因此，如果只是一味局限于教材和課本上的內容，教師講解照本宣科、毫無新意，學生聽課也興趣止然、毫無動力。為解決上述問題，好好利用現代信息技術，教師可以采用以下的方法。首先，全方位利用多媒體技術，制作生動的課件。例如，一張生動、直觀的金屬原子堆積立體圖，勝過千言萬語；其次，可以利用豐富的互聯網資源。例如，目前網上很多國外的大學公開課是個非常有用的資源，應該鼓勵學生在課余時間多看看網上這些視頻；教師也可以借鑒國外先進的教學理念，為自己的課程作出必要的改變。最后，就是密切關注當代最前沿的有關材料的新發現和進展。例如：以石墨烯、碳納米管為代表的新興碳材料的發展。在課堂中，及時穿插目前科學的熱點，對學生興趣的提高無疑是非常有利的。

3 總結

目前材料專業導論這門課程的教學體系與教學內容沿襲了多年前的舊模式，現在在必須突破舊的專業框架、全面推進素質教育這樣的大環境下，授課教師面臨的首要挑戰就是如何合理設計教學結構以及拓展教學資源。打鐵還需自身硬，大學教師必須不斷地加深自身專業能力的修養，才能在課堂上合理地引導學生更好的學習這門課程。同時，在現行教材普遍雷同，創新內容少的條件下，如何最大限度地設計出適合本學校特色和本校學生特點的教學內容，以及合理地利用外部資源也是教師需要重視的方面。

同時我們也應看到機遇，目前國家非常重視材料科學的發展[3]，絕大多數高校開設了材料科學相關的導論課程，同時也在積極探索適合現代發展的教學方法。我們教師也應該與時俱進，迎難而上，積極努力參與課程建設的創新和改革，從而更好地發揮專業導論課的潛在價值和意義。

［1］師昌緒.材料科學導論[M].北京：機械工業出版社，2001.

［2］李強.美國和歐洲的材料科學與工程教育[J].高等理科教育，2002(6)：33-40.

［3］李云，吳玉程.《材料科學導論》課程內容及教學的改革與實踐[J].合肥工業大學學報：社會科學版，2006(20)：12-14.