材料物理實驗教學研究

劉亞冰++張帥

摘 要：材料物理的實驗教學是學生掌握材料物理性能的基本理論、材料分析手段和提高實驗技能的重要手段。在實驗教學中優(yōu)化教材、精心設(shè)計實驗，體現(xiàn)建筑特色、開展探索性實驗、完善考核手段，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神及嚴肅認真、實事求是科學作風的新型高素質(zhì)人才的重要途徑。

關(guān)鍵詞：實驗教學；材料物理；

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2015）03-002-01

材料是社會進步、國家安全和國民經(jīng)濟發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和先導。材料技術(shù)業(yè)已成為國防科技、現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和高科技發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)，與信息、能源一起成為二十一世紀社會發(fā)展的三大支柱，且新能源產(chǎn)業(yè)和信息技術(shù)的發(fā)展又是以各種新材料作為支撐和基礎(chǔ)的[1]。材料領(lǐng)域科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，向擔負基礎(chǔ)教育和前沿研究的高等院校提出嚴峻的挑戰(zhàn)，普通高等院校的教學與科研工作者一直就如何培養(yǎng)適應(yīng)材料科學與工程領(lǐng)域高速發(fā)展需求、具有新的知識結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新型高素質(zhì)人才進行教學探索。

材料物理是材料學專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，在整個材料化學專業(yè)教學計劃中占有相當重要的地位。教學內(nèi)容通常被分為理論和實踐兩大部分。理論教學結(jié)合建筑類普通高校教學的特點，利用多媒體技術(shù)，講述案例并結(jié)合教師的前沿領(lǐng)域科學研究，講授材料物理性能及原理、新材料及其應(yīng)用等。實驗教學作為另一組成部分，依據(jù)建筑類普通高校本科生的培養(yǎng)目標和以土木為特色的學科發(fā)展目標，以素質(zhì)教育為中心， 啟發(fā)學生的創(chuàng)造性設(shè)計思維，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才構(gòu)建新的實踐教學體系[2]。

實驗教學法是隨著近代自然科學的發(fā)展興起的。學生在教師的指導下，使用一定的設(shè)備和材料，通過控制條件的操作過程，引起實驗對象的某些變化，從中獲取新知識或驗證知識的教學方法。通過實驗教學，可以使學生把直觀的實踐知識與材料物理性能知識聯(lián)系起來，不僅能激發(fā)學生學習興趣，又能全面了解知識，培養(yǎng)了學生獨立探索能力、實驗操作能力和創(chuàng)新意識。因此，在教學中，應(yīng)更重視讓學生獨立設(shè)計和實驗。具體體現(xiàn)在以下方面。

一、優(yōu)化實驗教材，體現(xiàn)建筑特色

教材的生命在于質(zhì)量。然而，國內(nèi)目前尚未出版材料物理性能實驗課程的教材或輔導書，主要是由于很多高校均是根據(jù)自身實驗條件開設(shè)實驗， 且專業(yè)規(guī)劃和發(fā)展方向有所不同，導致同一課程實驗內(nèi)容相差很大。因此， 撰寫一部針對性強、效果好、質(zhì)量高的實驗教材是成功實施創(chuàng)新能力培養(yǎng)的基本條件。結(jié)合吉林建筑大學材料化學專業(yè)的發(fā)展方向和基本條件， 組織經(jīng)驗豐富的教師以加強基礎(chǔ)、緊跟前沿為前提，選擇有建筑和土木特色的實驗選題，實驗過程設(shè)計充分提高學生的動手能力，實驗指導書的撰寫摒棄“儀器說明書”式的教條，以引導學生自主設(shè)計、創(chuàng)新和思考為目標[3]。現(xiàn)已撰寫了一部實驗指導書， 2009屆開始試用，并以不斷完善，提高教材質(zhì)量作為教研永恒的主題。

二、精心設(shè)計實驗，體現(xiàn)建筑特色

在實驗教學中，我們結(jié)合我國1/3老舊建筑物要進行節(jié)能施工及舊房節(jié)能改造，保溫板市場前景非常可觀這一背景，以酚醛泡沫保溫板為樣品，使學生在學習掌握與材料熱學性能相關(guān)的知識點和基本測試技術(shù)的同時，拓寬認知了建筑領(lǐng)域目前市場對酚醛樹脂的認知度低，其輕質(zhì)、防火、無煙、無毒、無滴落等優(yōu)點尚未被民用建筑商接受，影響市場需求持續(xù)快速增長的現(xiàn)實，引發(fā)學生對先進建筑材料如何與現(xiàn)實的市場經(jīng)濟相接軌的思考。通過實驗教學不僅使學生對材料導熱機理有了更直觀的認識和深入的理解，也使學生對開發(fā)新材料并推廣應(yīng)用進入市場服務(wù)社會產(chǎn)生強烈的渴望，有力的提高了他們的專業(yè)使命感及認同感。

三、借助教師科研，開展探索性實驗

教師前沿領(lǐng)域的科研活動，使現(xiàn)代材料科學與技術(shù)發(fā)展中的新知識、新技術(shù)和新理論有效結(jié)合。引導學生參與教師的科研工作，就可以是學生充分接觸實驗技術(shù)的現(xiàn)代性。通過鼓勵學生加入高強度混凝土的制備及表征課題組，其通過高強度混凝土材料的制備、強度性能測試及微觀結(jié)構(gòu)表征環(huán)節(jié)，既進行了綜合實驗能力的訓練，又接觸到了最新材料之一的碳纖維。使實驗教學內(nèi)容深度增加，廣度適宜，體現(xiàn)了知識多元化與教學滲透理念。

四、完善考核手段，重視創(chuàng)新能力

實驗成績考核采取“課程實驗-綜合測試”方式。課程實驗認真執(zhí)行課前預習制度；課堂中要求學生分工協(xié)作，認真操作；課后提交實驗目的、原理、實驗步驟和實驗結(jié)果完整的實驗報告，尤其注重要求學生抓住完成實驗的核心問題，找出影響實驗成敗的主要因素并能對實驗遇到的問題進行分析，教師按學生的實驗操作和實驗報告情況綜合打分。綜合測試作為實驗操作考試安排在學期末進行，主要考察學生將所學的各種材料物理性能得以綜合運用，應(yīng)用各種物理性能解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力。實驗的最終成績由課程實驗（70%）和綜合測試（30%）組成，以求客觀真實反映學生理論與實踐結(jié)合能力、動手能力和創(chuàng)新能力。

總之，材料物理的實驗教學活動是材料物理課程教學的重要組成部分，可使學生加深對材料物理性能的基本理論、分析手段和實驗技能的理解。在實驗教學中優(yōu)化教材、精心設(shè)計實驗，體現(xiàn)建筑特色、開展探索性實驗、完善考核手段，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神及嚴肅認真、實事求是科學作風的新型高素質(zhì)人才的重要途徑。同時，在教學中，要不斷更新教學內(nèi)容，改善實驗教學理念，以提高綜合運用所學知識解決實際問題為己任，是材料專業(yè)教師應(yīng)盡的義務(wù)和責任。

參考文獻：

[1] 潘春旭 材料物理與化學實驗教程[M].中南大學出版社，2008年第一版.

[2] 鄭 冀 張爽南 王哲人. 材料科學與工程專業(yè)平臺課程材料物理性能實驗與研究能力的培養(yǎng)， 高等工程教育研究[J].2005年增刊，45-46.

[3] 韓兆祥 田 竟 李學英.材料科學與工程學院實驗教學體系建設(shè)[J].實驗室科學，2007（6）：6-7.