《材料科學基礎》 課程的教學思考與改革

代輝 宋祖偉 白玉蘭 徐香 梁愛琴

摘 ? ?要： 本文針對材料科學基礎教學實踐中遇見的一些問題，從優化、精簡教學內容，合理引入最新科研成果和采用多媒體與板書結合的教學方法等方面入手進行教學改革，有效激發學生學習熱情，增強課程教學效果。

關鍵詞： 材料科學基礎 ? ?教學思考 ? ?教學改革

《材料科學基礎》是我校材料類專業學生必修的專業基礎課，課程內容涉及物理、化學、熱力學、金屬學及陶瓷學等多個相關學科，其特點可用“三多”概括，即敘述性原理、規律多; 需要記憶的概念、術語多;課程內容頭緒多[1]。學生普遍反映該課程有“三難”，難記憶，難理解，難以靈活運用，存在擔憂與抵觸心理，缺課現象時有發生。因此，針對本課程教學內容、教學方法和教學手段進行改革探索和實踐，對激發學生學習熱情，增強課程教學效果，為后續課程打下堅實基礎具有十分重要的意義。

1.優化、精簡教學內容

結合專業培養目標，我們選擇上海交通大學石德柯主編的《材料科學基礎》作為教材，該教材編排新穎，論述清晰，利于學生自學。但該教材將金屬材料無機、非金屬材料及高分子材料的部分基礎理論結合在一起，是典型的以“大材料”專業為背景的教材，知識信息量較大，如果不顧及實際情況，在專業學時本就不多的情況下，一味貪圖大而全，就會導致教師難以講授透徹，學生學習倍感吃力。因此，課程教學中，我們不求大而全，合理優化和精簡授課內容，適當降低課程難度與深度。如在晶體結構章節里，只介紹與后續晶體缺陷和材料形變緊密相關的內容，而舍去晶體的對稱性，極射投影和倒易點陣等相對較抽象的內容，該部分內容可在后續晶體學基礎課程中講述。二元相圖章節里，只介紹三種典型的二元勻晶、共晶和包晶相圖及合金凝固過程，并用以分析鐵-碳相圖，而舍去與凝固有關的動力學理論部分，這些內容可以開設專門的材料熱力學與動力學課程講授。再如該教材在三元相圖部分的內容較為繁多。對此，我們根據培養目標和定位在講授范圍方面做了一定的取舍。最終，課堂主要講授內容包括：三元相圖基礎、三元勻晶相圖、三元共晶相圖（固相完全不互溶，固相有限互溶）和三元相圖小結（包括三類四相平面的形狀、四個平衡相成分點的位置、四相平面上下的相區分布特點、液相線走向特征等）。

2. 合理引入最新科研成果

在材料科學基礎課程教學過程中，緊跟時代步伐，引入最新相關領域的科研成果。抓住“90后”學生喜歡新鮮事物的獵奇心理，學生覺得所學知識非常新鮮和超前，從而提高學習興趣，這樣學生不僅能及時了解本學科的前沿動態，對傳統知識的理解亦會更深刻，利用這種教學方法能夠獲得良好的教學效果。比如，在講授柯肯達爾效應前，先介紹一個利用柯肯達爾效應制備空心納米材料的實例[2]。首先用氣-液-固法制備ZnO納米線，實心的，再沉積一層AlO，形成ZnO-AlO核殼納米線。將核殼結構的納米線在700℃下退火3小時，接著來是見證奇跡的時刻，實心的納米線變成了空心的ZnAlO納米管，這樣，學生的好奇心就被調動起來，接下來講解柯肯達爾的實驗及相關概念。又如彌散強化是一種典型的第二相粒子強化方式，但本身概念較抽象，學生在這里容易分神，因此，在講彌散強化概念前，先介紹一篇nature關于制備低密度鋼材的工作[3]，這種低密度鋼材具有比昂貴的鈦合金更好的強度和韌性，講解過程中，穿插介紹nature期刊，激發學生的興趣，然后轉入說明彌散強化在其中的作用，學生自然而然領會彌散強化的概念。另外，還可以嘗試將教師自身科研成果融入課堂教學，如用于農藥廢水處理的光催化材料，新型高分子材料農用地膜等知識，都可以增強教學時效性，使學生感覺學有所用，并加強理論知識與生產實際的聯系，達到很好的教學效果。

3.實現多媒體和板書的有機結合

隨著社會不斷進步，多媒體教學在大學課堂教學中已經非常普及。多媒體教學有很多優點，能創造出有聲有色、圖文并茂的教學環境，把抽象的事物直觀化，把復雜的問題簡單化，為教師教學順利實施提供形象的表達工具，從而激發學生的學習興趣[4]。但是，有時過度依賴多媒體教學反而導致教學效果降低，這是由多媒體教學的本質決定的，如不利于教學進度控制，不利于教師與學生的情感交流，學生多不記筆記，導致思維渙散，跟不上老師的思維節奏[5]。

因此，課堂教學中必須使用恰當的教學方式，利用板書和多媒體課件相結合的方式授課。將一些不宜使用板書的教學內容用多媒體課件呈現，如晶體缺陷章節里，位錯運動的概念涉及抽象的晶體內部微觀內容，學生理解起來非常困難，這里適當運用動畫演示，可以有效幫助學生理解。又如在三元相圖章節里，對于固態有限互溶的三元共晶相圖，因其空間結構比較復雜，學生通常難于理解，而空間結構是學生進一步理解并分析投影圖的基礎。所以，合理運用多媒體將三元相圖拆分、旋轉、重組，直觀表現出內部各個相區的位置和形態，幫助學生理解三元相圖的空間結構，避免教師講不清，學生聽得一頭霧水的尷尬。對于一些具有推導性、連貫性的知識點，以及學生應重點掌握的知識點則使用板書形式著重強調。如講述二元共晶相圖的平衡凝固及組織時，采取板書的方式逐步羅列不同溫度區間合金的凝固過程，并推導相組成物，組織組成物含量的計算方法，給予學生充分的理解時間，體現教與學的互動性。再如位錯反應是位錯一節需要重點掌握的知識點，歷年都有部分學生在判斷位錯反應時出現錯誤，這里，我們采取板書方式，以實際習題演算跟學生重點強調判斷位錯反應應該從幾何條件和能量條件兩個角度進行判斷，二者缺一不可，加深學生印象，取得較好的教學效果。

總體來說，要想實現教學過程中多媒體與板書的完美結合，教師必須在教學前充分分析和準備，精心組織每堂課的知識點，設計提綱挈領的教案，編制獨具優勢的課件，從而達到板書與多媒體教學 的完美結合，保證教學按照預期順利進行。

參考文獻：

[1]王卷剛.基于材料化學專業材料科學基礎課程研究與實踐[J].焦作大學學報，2011，2：86.

[2] FAN，H.Monocrystalline spinel nanotube fabrication based on the Kirkendall effect[J].Nature，2006，5：627.

[3]Kim，S.Brittle intermetallic compound makes ultrastrong low-density steel with large ductility[J].Nature，2015，518：77.

[4]張敬堯.傳統與多媒體教學在材料科學基礎課程中的和諧統一[J].科教文匯，2011，10：54.

[5]賈淑果.材料科學基礎多媒體教學探討[J].中國現代教育裝備，2010，5：87.

基金項目：山東省特色名校建設工程教學研究項目XJG 2013125和課程建設項目XJG2013011。