材料物理專業材料物理化學課程的定位與教學改革

歐梅桂，楊春林

（貴州大學 材料與冶金學院，貴州 貴陽 550025）

材料物理專業材料物理化學課程的定位與教學改革

歐梅桂，楊春林

（貴州大學 材料與冶金學院，貴州 貴陽 550025）

結合材料物理專業的專業特色及材料物理化學課程的特點與定位，以及社會發展及高等工程教育對材料物理專業人才培養的要求，對材料物理化學課程進行了教學內容及教學方法的改革，取得了良好效果。

材料物理專業；材料物理化學；教學改革

一、材料物理專業的特色

材料物理專業是“研究各種材料特別是各種先進結構材料、新型功能材料物理基礎、微觀結構以及與性能之間關系的基本規律，為各種高新技術材料發展提供科學依據的應用基礎學科，是理工融合的學科”[1，2]。材料物理是物理學與材料科學的一個交叉學科，主要通過各種物理技術和效應，實現材料的合成、制備、加工與應用。主要研究范圍包括材料的合成、結構、性質與應用；新型材料的設計以及材料的計算機模擬等[3]。材料物理將理科的知識傳授與工科的工程能力培養相結合，使傳統材料工藝學與以現代物理學為基礎的材料科學相融合，具有“亦工亦理，理工相融”的特點。

二、材料物理化學在材料物理專業中的作用和地位

材料物理化學是貴州大學材料物理專業本科生的學位必修課程，這門課程是從物理化學的角度研究材料科學與工程的基礎理論問題，從基礎的具有共性的原理及方法來論述各種材料的組成與結構、制備與合成、性能與應用的相互關系。該門課程的教學目的在于提高學生的專業知識水平，培養學生科學的思維方式和獨立的創新能力，以及綜合運用基礎理論來解決實際問題的能力。材料物理化學是材料物理專業非常重要的專業基礎課，它以高等數學、大學化學、大學物理等理論基礎課程為基礎。高等數學是學習物理化學的重要手段和工具，物理化學只有通過數學語言的表達才能成其為真正的科學。認識到大學物理和物理化學中熱力學內容的銜接，了解大學物理中原子結構知識的介紹，協調好與大學化學中原子結構部分內容的關系，突出重點，避免重復，講清難點，是材料物理化學教學中值得注意和認真對待的問題[4]。材料物理化學同時也是材料物理專業的后續專業課程（材料腐蝕與防護等）的基礎課程。材料腐蝕與防護課程中的金屬與合金的高溫氧化的熱力學部分，就要運用材料物理化學中諸多熱力學基本知識，如△G-T平衡圖和克拉佩龍方程等。材料物理化學如同一座橋梁，將材料物理專業的前期基礎課與后續專業課聯接起來，以完善專業知識的系統與連貫性。同時，材料物理化學作為一門重要的專業基礎課，是許多高等院校研究生入學考試的必考科目。材料物理化學與材料科學與工程各專業相關的生產生活聯系緊密。新材料的設計、合成以及產物性能的提高與可控自由基聚合反應中所用的新型催化劑和引發劑息息相關。在材料表面改性過程中，界面效應是起理論指導作用的。電化學在材料領域應用廣泛，例如：熔鹽電解法制取金屬鋁、多種稀土金屬及其合金，金屬在使用過程中的腐蝕及防護等，新型的化學傳感器、燃料電池、鋰離子電池的研究和生成都要用到電化學理論。而對于發展迅速的前沿材料納米材料，如何制備具有規定尺寸和組成的納米顆粒、測量其性質、了解它們的特殊性質與顆粒尺寸的關系等很大程度上依賴于科學測量手段和化學化工技術，這也離不開材料物理化學基本原理的指導。

三、材料物理化學的教學難點

根據在以往的教學過程中的觀察與經驗，材料物理化學是一門老師難教、學生難學的課程。這首先是因為材料物理化學課程與數學物理聯系密切、抽象概念多、數理推導多、公式繁雜等特點。許多學生見到大段連篇的公式推導就會產生畏難心理，喪失學好該課程的信心，然后就逐漸厭學甚至放棄學習。再加上該門課程對于材料物理專業的學生來說，課時相對較少，要在有限的學時中掌握較多的內容，使得以往的教學出現點到為止，認識學習不夠深入的現象[5]。該門課程的授課對象是大學二年級上學期的學生，處于這個時期的學生學習興趣和學習熱情處于整個大學的全盛時期，求知欲強，精力充沛。面對這樣的學生，如何有效地利用他們的求知欲，激發起學習該課程的興趣，并針對他們的缺點，制定行之有效的方法及對策，使其通過該門課程的學習，培養起運用物理化學的方法進行科學研究和解決實際問題的能力，是值得我們教學工作者值得思考并認真對待的問題。

四、材料物理化學的教學改革

針對上述問題，為提高材料物理化學的教學質量，激發學生的學習興趣，培養學生能力，我們對材料物理化學課程教學進行了多方面的改革。

1.教學內容上的改革。（1）教學內容與材料物理專業特色相結合。針對材料物理專業“亦工亦理，理工相融”的特點，材料物理化學的教學思想與內容安排也要做到理工相融。既要把重點放在物理化學的基礎理論、基礎知識、基礎技能的教育上，比如要對基本概念有比較深的理解，對重要公式能夠熟練掌握，對課程作業有嚴格的要求等，以加強學生對理論知識的認識和理解[6]。同時，教師也要認識到工程教育是材料物理專業學生培養中不可缺少的重要組成部分，要徹底改變傳統物理化學教學模式下工程教育處于從屬地位的狀況。我們既要強調物理化學學科的理論性和科學性，又要從工程需求的實際出發進行考慮，不能重科學輕技術、重理論輕實踐，不能從理論到理論，而應注重相關結論的物理意義、適用范圍，注重科學理論與工程問題的結合。（2）教學內容與科研實踐相結合。材料物理化學課程應積極倡導科研與教學資源共享，以科研促進教學，適時地將最前沿的科研成果滲透到教材、教學和實驗中。將科研課題和教學相結合，實現科研對教學的帶動作用。如能實現教學和科研的互動，這將為本科生完成畢業論文，繼續讀研深造奠定堅實的基礎，并能大大提高學生分析問題解決問題的能力、實驗操作能力以及計算機軟件的使用能力。同時將教學與教師的科研實踐相結合，還有利于調動學生學習和進行實驗操作的積極性及興趣，啟發學生的思維，激發其探索精神。例如，可將材料物理系教師的科研課題“稀土氧化物納米顆粒的制備”與相關化學熱力學和界面現象的知識相結合來進行教學，將教師課題“激光熔覆制備生物陶瓷材料”與相關的熱力學知識相結合，如反應吉布斯自由能的計算及其作為反應判據的應用，等等。還可以鼓勵感興趣的學生參與到教師的科研實驗中來，學以致用，加強知識點理解的同時，拓寬視野，鍛煉科研及動手能力。

2.教學方法上的改革。（1）傳統與先進教學手段相結合。傳統的教學手段板書由于其單調、枯燥的特點已不能完全適應目前的教學要求，而多媒體輔助教學手段是圖、文、像、色集于一體的現代化教學手段，它的應用使原本量大、抽象、復雜、枯燥無味的理論知識，通過形象、生動、直觀的形式表現出來，調動了學生的積極性和學習興趣，便于學生對知識的理解和掌握。同時，也為教師節省了大量板書繪圖的時間，加快了授課進度也增大了教學信息量[7]。比如相平衡與界面現象這兩章，利用多媒體手段能將各種相圖、亞穩狀態及潤濕現象能內容形象直觀地表現出來，配上動畫效果，更便于學生的認識與理解。但是在整個教學過程當中，多媒體也不是放之四海而皆準的教學手段，在一些公式的推導演示以及課后習題的講解過程中，配以一定的板書，將會起到解釋充分、循循善誘的教學效果，使學生有充足的時間理解消化相關重點及難點。總之，不同形式的教學方法、教學手段須依據教學內容、學生能力、教學需求等靈活應用，才可較好處理有限的理論學時與教學內容多、傳授知識與培養能力、主體與主導之間的關系，有效地提高學生學習興趣、自學能力、綜合素質，取得良好的教學效果。（2）教師指導與學生自主學習相結合。傳統的材料物理化學的教學模式是填鴨式教學，老師講，學生聽，老師主動教，學生被動學，這樣的教學模式使學生的主觀能動性得不到體現和發揮，因而造成事倍功半的教學效果。師者，傳道、授業、解惑也。教師除了完成傳道授業的任務外，也要試圖將學生的學習潛能激發出來，對此，我們采用了以下方法：①在教學中采用重點難點教師講授、簡單章節學生自主學習的方法。學生自主學習之后，采用課堂提問的方式以檢驗學生自主學習的學習成果。前面我們講到學習材料物理化學的大二學生，具有較強的學習興趣和能力，我們采用自主學習的方法將其能力激發出來，使學生的學習變被動為主動，從而收到事半功倍的教學效果。②采用模擬教學方式，進行角色互換，促使學生主動學習的同時，培養體恤他人、尊重他人的人文品質。對于某些難度較低易于理解的章節，比如新相生成與亞穩狀態，可以讓學生提前準備，然后走上講臺，與教師互換角色，完成自主學習的同時，更親身體會教師備課、授課的整個過程，從中體會不易，進而達到互換立場、尊重他人勞動成果的品質培養效果。③課堂練習和作業講解時，可采用分組討論的形式，以培養合作交流、互助學習的精神。在教學過程中除了教書，我們更注重育人。學生完成學業進入社會以后必將經歷團隊合作的過程，我們通過分組討論和學習的形式，將教學與育人相結合，以培養學生適應社會所必需的互助與合作交流能力。（3）短期教學與長期輔導相結合。貴州大學材料物理專業的材料物理化學的教學只有80個學時，大二上的一個學期就能完成相關內容的教學。但該門課程是一些學校材料類專業考研的必考科目，為了幫助學生在完成必修的學分之后還能更深入地學習該門課程，我們還為已經完成該門課程學習的學生提供長期的輔導，給學生提供答疑解惑的幫助，以助其完成進一步的深造和學習。

隨著高等教育改革的不斷改革和深化，社會對新時代大學生的需求，以及材料科學與技術的發展帶來的知識信息量的快速膨脹，要求學生具備更加牢固的知識基礎，更加靈活地運用知識的能力。在材料物理化學課程的教學改革過程中，我們體會到，只有不斷地思考與改革，總結出一套順應社會和學科發展的教學方法，才能提高教學質量，培養學生的綜合能力，提高學生的邏輯推理能力以及分析問題和解決問題的能力，增強學生的創新精神和實踐精神，從而適應新世紀科技進步與科學發展的需要。

[1]朱曉勇，等.構建工科院校特色的材料物理專業課程體系[J].合肥工業大學學報：社會科學版，2011，（2）.

[2]劉宏玉，王媛媛.材料物理專業的特色方向研究[J].新課程研究，2011，（10）：12-14.

[3]熊禮威，汪建華，王傳新，等.新形勢下材料物理專業教學改革探討[J].課程教育研究，2013，（6）：170-171.

[4]傅敏，等.物理化學在基礎化學課程體系中的龍頭作用[J].重慶工商大學學報：自然科學版，2004，6（21）：633-635.

[5]朱曉東.材料專業物理化學教學改革探索[J].教育與教學研究，2011，25（12）：90-92.

G642.0

A

1674-9324（2014）43-0115-03

貴州大學教育教學改革研究項目（校教發【2013】58號）

歐梅桂（1977-），女，教授，博士。