《材料物理性能》課程教學(xué)改革的探討

李桂杰　李敏

摘要：《材料物理性能》課程是金屬材料工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，針對(duì)該課程內(nèi)容多而且抽象的特點(diǎn)，我們從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面進(jìn)行了改革。通過(guò)這些改革，明顯提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和學(xué)習(xí)興趣，擴(kuò)大了學(xué)生的知識(shí)面，提高了學(xué)生的專業(yè)技能，取得了良好效果。

關(guān)鍵詞：材料物理性能；教學(xué)方法；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）33-0264-02

《材料物理性能》課程是山東科技大學(xué)金屬材料工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，要求學(xué)生通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，了解并掌握材料物理性能的基本知識(shí)、理論、概念和應(yīng)用，了解本專業(yè)方向的前沿領(lǐng)域和最新研究動(dòng)態(tài)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生感知、分析和解決問(wèn)題的能力，為后繼課程如功能材料、無(wú)損檢測(cè)原理與技術(shù)等課程的學(xué)習(xí)、進(jìn)行新型材料的研究和為將來(lái)參加社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐打下良好的基礎(chǔ)。該課程是理論與應(yīng)用相結(jié)合的課程，內(nèi)容非常多而且很抽象，大三學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)比較困難。為提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和學(xué)習(xí)興趣，我們對(duì)該課程從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面進(jìn)行了改革。

一、教學(xué)內(nèi)容的建設(shè)

《材料物理性能》課程主要講授材料物理性能（電、介電、光、熱、磁、彈性和內(nèi)耗性能）的基本參數(shù)的物理意義及其本質(zhì)；材料物理性能參數(shù)與成分、結(jié)構(gòu)的關(guān)系及影響因素；材料物理性能的測(cè)量方法及其在材料科學(xué)研究中的應(yīng)用。并且簡(jiǎn)單介紹與各種物理性能相關(guān)的一些重要功能材料。我們選用北京航空航天大學(xué)出版社出版的田蒔主編的材料物理性能為主要教材，中南大學(xué)出版社出版的龍毅主編的材料物理性能及上海交通大學(xué)出版社出版的陳樹川主編的材料物理性能為輔助教材。在課程的第一章介紹固體中電子能量結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的三個(gè)理論即經(jīng)典自由電子學(xué)說(shuō)、金屬的費(fèi)密-索末菲電子理論、晶體能帶理論的基本知識(shí)，為以后的電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)等物理性能的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，然后依次介紹電、介電、光、熱、磁、彈性和內(nèi)耗性能。在講授該門課程的時(shí)候，既兼顧到金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料、復(fù)合材料的物理性能，又要突出重點(diǎn)內(nèi)容。對(duì)于金屬材料工程專業(yè)的學(xué)生，重點(diǎn)講授材料的導(dǎo)電性能、熱學(xué)性能、磁學(xué)性能及彈性和內(nèi)耗性能，對(duì)于光學(xué)性能和介電性能，內(nèi)容減少一些，學(xué)時(shí)也相應(yīng)少一些。重點(diǎn)講清楚各種材料物理性能的微觀本質(zhì)、表征參數(shù)、影響因素、材料物理性能在材料科學(xué)研究尤其是相變研究中的應(yīng)用。

二、教學(xué)方法與手段的改革

1.多媒體授課與板書相結(jié)合。該課程內(nèi)容非常多，包括導(dǎo)電、介電、光學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、彈性及內(nèi)耗等性能，而且十分抽象，尤其電學(xué)、熱學(xué)等物理性能的微觀本質(zhì)，學(xué)生很難理解。所以我們采用了多媒體教學(xué)。教師在教學(xué)過(guò)程中充分運(yùn)用現(xiàn)代多媒體教學(xué)手段，可以將原本抽象、枯燥的物理知識(shí)和概念形象化，使學(xué)生易于理解和掌握，同時(shí)還增加了教學(xué)信息量，；有些微觀結(jié)構(gòu)看不見(jiàn)、摸不到，教師感到難教、學(xué)生感到難學(xué)的知識(shí)，借助多媒體輔助手段是切實(shí)可行的教學(xué)方法和手段[1]。我們認(rèn)真制作了自己的課件，課件內(nèi)容豐富，條理清晰，并配上大量的圖片、適量的動(dòng)畫及視頻，力爭(zhēng)讓學(xué)生牢固掌握所學(xué)知識(shí)。

采用多媒體教學(xué)，雖然增大了課堂信息量，采用了大量的圖片及視頻幫助學(xué)生理解所學(xué)知識(shí)，但是教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，只采用多媒體授課，不運(yùn)用板書，老師講課速度快而且內(nèi)容多，學(xué)生很難跟上老師的講解。所以采用多媒體的同時(shí)配合適量的板書，老師將講授的重點(diǎn)內(nèi)容、重要概念、公式等寫在黑板上，以引起學(xué)生的注意，加強(qiáng)學(xué)生的理解和記憶。

2.突出重點(diǎn)。對(duì)于工科學(xué)生來(lái)說(shuō)，應(yīng)用比理論推導(dǎo)更為重要，所以我們?cè)谑谡n過(guò)程中簡(jiǎn)化繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，強(qiáng)調(diào)了物理性能的重要概念和物理模型，強(qiáng)化了物理性能表征參數(shù)的物理意義、影響因素和測(cè)試方法，補(bǔ)充了物理性能實(shí)際應(yīng)用方面的介紹，使學(xué)生能夠?qū)⒗碚撆c應(yīng)用結(jié)合起來(lái)。同時(shí)教給學(xué)生一些學(xué)習(xí)方法、記憶方法，如諧音記憶法、聯(lián)想記憶法等，幫助學(xué)生掌握所學(xué)知識(shí)。

3.啟發(fā)式、討論式教學(xué)。啟發(fā)式教學(xué)是提高教學(xué)效果的手段，即在學(xué)生學(xué)習(xí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)或遇到問(wèn)題時(shí)不直接告訴他們答案，而是予以點(diǎn)撥和誘導(dǎo)，這樣有利于發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，提高其分析思維能力[2]。如在講解材料的光學(xué)性能時(shí)，提出金屬為什么不透明？玻璃為什么是透明的？光纖為什么可以傳輸光信號(hào)？讓學(xué)生帶著問(wèn)題聽課，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

19世紀(jì)后期，一些美國(guó)教育家提出了新的教育思想，即要從教師中心轉(zhuǎn)向?qū)W生中心，大學(xué)教學(xué)要讓學(xué)生得到發(fā)展，讓學(xué)生主動(dòng)地去學(xué)習(xí)、去發(fā)展，學(xué)生應(yīng)當(dāng)自己學(xué)，在做中學(xué)；美國(guó)大學(xué)在班級(jí)授課中融入了研討的形式，學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容，從教材擴(kuò)展到與該課程相關(guān)的全部知識(shí)體系和實(shí)踐領(lǐng)域；學(xué)生因此在課堂上得到的發(fā)展，也超越了一般的知識(shí)的接受，而實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展；學(xué)生的學(xué)習(xí)不再是一種現(xiàn)成知識(shí)的選擇和存儲(chǔ)以及現(xiàn)成技術(shù)的模仿，更多的時(shí)候是問(wèn)題的探索[3]。我們?cè)诮虒W(xué)中也引入了討論式教學(xué)法。如在講解磁性材料的自發(fā)磁化和技術(shù)磁化這一節(jié)之前，給學(xué)生提出問(wèn)題：鐵磁性材料的磁性是自發(fā)產(chǎn)生的還是外界向物質(zhì)提供的磁性？如果是自發(fā)產(chǎn)生的為什么沒(méi)有外磁場(chǎng)的時(shí)候磁性材料不顯示磁性？為什么磁場(chǎng)強(qiáng)度增加到一定值以后再增加外磁場(chǎng)，磁化強(qiáng)度不再增加？讓學(xué)生課下查閱文獻(xiàn)資料。在課堂上，讓學(xué)生自由發(fā)表見(jiàn)解、討論，老師做出歸納總結(jié)。這樣，不僅提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和學(xué)習(xí)興趣，也鍛煉了學(xué)生的表達(dá)能力。

4.案例教學(xué)法。案例教學(xué)法是根據(jù)教學(xué)目的和培養(yǎng)目標(biāo)的要求，教師在教學(xué)過(guò)程中，以案例為基本素材，把學(xué)生帶入到特定的事件情境中進(jìn)行分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)并形成技能技巧的一種教學(xué)方法；與知識(shí)為導(dǎo)向的講授式課堂教學(xué)模式相比，案例教學(xué)法更注重學(xué)生知識(shí)的運(yùn)用能力，以學(xué)生實(shí)際能力的提高為最終教育目的[4]。例如在講授材料的熱性能這一章時(shí)，我們通過(guò)美國(guó)“911”事件中兩座超高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的坍塌引導(dǎo)學(xué)生探討該事件中涉及的熱傳導(dǎo)、熱膨脹、熱容等問(wèn)題，并引出日常生活中的其他有關(guān)熱學(xué)問(wèn)題的例子，例如夏天架設(shè)電線不能繃得太直，水泥路面要預(yù)留出縫隙等等，用大量生活、生產(chǎn)中的案例，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

5.布置作業(yè)與撰寫小論文。講完每節(jié)課后布置適量的作業(yè)讓學(xué)生練習(xí)，鞏固課上所學(xué)知識(shí)；講完一兩章后布置小論文，讓學(xué)生自己查閱文獻(xiàn)資料，了解相關(guān)問(wèn)題的研究進(jìn)展，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生查閱文獻(xiàn)和撰寫論文的能力。為了學(xué)生更好地查閱外文文獻(xiàn)，在授課過(guò)程中適當(dāng)引入一些英語(yǔ)專業(yè)詞匯，在每章復(fù)習(xí)的時(shí)候用英語(yǔ)復(fù)習(xí)本章內(nèi)容，提高學(xué)生的英語(yǔ)閱讀能力。

6.教學(xué)與科研相結(jié)合。材料物理性能是一門基礎(chǔ)理論和工程應(yīng)用緊密結(jié)合的課程。因此，注重學(xué)生科研能力的培養(yǎng)，對(duì)基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)、工程應(yīng)用能力的提高都具有非常重要的作用。在授課時(shí)，把自己的科研工作講給學(xué)生，將提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且可以培養(yǎng)學(xué)生的科研素質(zhì)。例如：在講授材料的電性能時(shí)，就和我們所研究的高強(qiáng)度高導(dǎo)電銅基復(fù)合材料聯(lián)系起來(lái)，向同學(xué)們介紹了高強(qiáng)度高導(dǎo)電銅基復(fù)合材料的制備方法，如何在保證高電導(dǎo)率的前提下提高強(qiáng)度，以及除此以外該復(fù)合材料還需要哪些其他性能，各種性能如何來(lái)測(cè)，如何觀察組織等等。

三、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)課是材料物理性能課程的一個(gè)重要教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，可以幫助學(xué)生鞏固和加深課堂所學(xué)的理論知識(shí)，掌握各種材料物理性能的測(cè)試方法和在材料科學(xué)研究中的應(yīng)用。傳統(tǒng)的材料物理性能實(shí)驗(yàn)教學(xué)多為演示性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)方面的實(shí)驗(yàn)較少，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣不高。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、實(shí)踐能力，我們對(duì)該門課程的實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行了改革。例如，我們?cè)O(shè)計(jì)了用雙電橋研究鋼的組織與電阻的關(guān)系實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)鋼的熱處理工藝，包括選擇淬火、回火等熱處理工藝，自己制定加熱溫度和保溫時(shí)間，然后學(xué)生自己來(lái)測(cè)試各種熱處理后鋼的電阻，得出鋼的組織與電阻的關(guān)系，并分析其原因。

四、結(jié)論

《材料物理性能》課程是理論與應(yīng)用相結(jié)合的課程，內(nèi)容非常多而且很抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)比較困難。我們從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面進(jìn)行了改革和實(shí)踐。通過(guò)這些改革以后，明顯提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，擴(kuò)大了學(xué)生的知識(shí)面，提高了學(xué)生的專業(yè)技能，取得了良好效果。

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