《材料物理性能》課程教學改革的探討

李桂杰　李敏

摘要：《材料物理性能》課程是金屬材料工程專業的專業基礎課，針對該課程內容多而且抽象的特點，我們從教學內容、教學方法與手段、實驗教學等方面進行了改革。通過這些改革，明顯提高了學生的學習主動性和學習興趣，擴大了學生的知識面，提高了學生的專業技能，取得了良好效果。

關鍵詞：材料物理性能；教學方法；實驗教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）33-0264-02

《材料物理性能》課程是山東科技大學金屬材料工程專業的一門專業基礎課，要求學生通過該課程的學習，了解并掌握材料物理性能的基本知識、理論、概念和應用，了解本專業方向的前沿領域和最新研究動態，同時培養學生感知、分析和解決問題的能力，為后繼課程如功能材料、無損檢測原理與技術等課程的學習、進行新型材料的研究和為將來參加社會生產實踐打下良好的基礎。該課程是理論與應用相結合的課程，內容非常多而且很抽象，大三學生學習起來比較困難。為提高學生學習的主動性和學習興趣，我們對該課程從教學內容、教學方法與手段、實驗教學等方面進行了改革。

一、教學內容的建設

《材料物理性能》課程主要講授材料物理性能（電、介電、光、熱、磁、彈性和內耗性能）的基本參數的物理意義及其本質；材料物理性能參數與成分、結構的關系及影響因素；材料物理性能的測量方法及其在材料科學研究中的應用。并且簡單介紹與各種物理性能相關的一些重要功能材料。我們選用北京航空航天大學出版社出版的田蒔主編的材料物理性能為主要教材，中南大學出版社出版的龍毅主編的材料物理性能及上海交通大學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構和狀態的三個理論即經典自由電子學說、金屬的費密-索末菲電子理論、晶體能帶理論的基本知識，為以后的電學、熱學、磁學等物理性能的學習打好基礎，然后依次介紹電、介電、光、熱、磁、彈性和內耗性能。在講授該門課程的時候，既兼顧到金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料、復合材料的物理性能，又要突出重點內容。對于金屬材料工程專業的學生，重點講授材料的導電性能、熱學性能、磁學性能及彈性和內耗性能，對于光學性能和介電性能，內容減少一些，學時也相應少一些。重點講清楚各種材料物理性能的微觀本質、表征參數、影響因素、材料物理性能在材料科學研究尤其是相變研究中的應用。

二、教學方法與手段的改革

1.多媒體授課與板書相結合。該課程內容非常多，包括導電、介電、光學、熱學、磁學、彈性及內耗等性能，而且十分抽象，尤其電學、熱學等物理性能的微觀本質，學生很難理解。所以我們采用了多媒體教學。教師在教學過程中充分運用現代多媒體教學手段，可以將原本抽象、枯燥的物理知識和概念形象化，使學生易于理解和掌握，同時還增加了教學信息量，；有些微觀結構看不見、摸不到，教師感到難教、學生感到難學的知識，借助多媒體輔助手段是切實可行的教學方法和手段[1]。我們認真制作了自己的課件，課件內容豐富，條理清晰，并配上大量的圖片、適量的動畫及視頻，力爭讓學生牢固掌握所學知識。

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

2.突出重點。對于工科學生來說，應用比理論推導更為重要，所以我們在授課過程中簡化繁瑣的數學推導，強調了物理性能的重要概念和物理模型，強化了物理性能表征參數的物理意義、影響因素和測試方法，補充了物理性能實際應用方面的介紹，使學生能夠將理論與應用結合起來。同時教給學生一些學習方法、記憶方法，如諧音記憶法、聯想記憶法等，幫助學生掌握所學知識。

3.啟發式、討論式教學。啟發式教學是提高教學效果的手段，即在學生學習的關鍵環節或遇到問題時不直接告訴他們答案，而是予以點撥和誘導，這樣有利于發揮學生學習的主觀能動性，提高其分析思維能力[2]。如在講解材料的光學性能時，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？讓學生帶著問題聽課，提高學生的學習興趣。

19世紀后期，一些美國教育家提出了新的教育思想，即要從教師中心轉向學生中心，大學教學要讓學生得到發展，讓學生主動地去學習、去發展，學生應當自己學，在做中學；美國大學在班級授課中融入了研討的形式，學生學習的內容，從教材擴展到與該課程相關的全部知識體系和實踐領域；學生因此在課堂上得到的發展，也超越了一般的知識的接受，而實現全面發展；學生的學習不再是一種現成知識的選擇和存儲以及現成技術的模仿，更多的時候是問題的探索[3]。我們在教學中也引入了討論式教學法。如在講解磁性材料的自發磁化和技術磁化這一節之前，給學生提出問題：鐵磁性材料的磁性是自發產生的還是外界向物質提供的磁性？如果是自發產生的為什么沒有外磁場的時候磁性材料不顯示磁性？為什么磁場強度增加到一定值以后再增加外磁場，磁化強度不再增加？讓學生課下查閱文獻資料。在課堂上，讓學生自由發表見解、討論，老師做出歸納總結。這樣，不僅提高了學生的學習主動性和學習興趣，也鍛煉了學生的表達能力。

4.案例教學法。案例教學法是根據教學目的和培養目標的要求，教師在教學過程中，以案例為基本素材，把學生帶入到特定的事件情境中進行分析問題和解決問題，培養學生運用理論知識并形成技能技巧的一種教學方法；與知識為導向的講授式課堂教學模式相比，案例教學法更注重學生知識的運用能力，以學生實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，我們通過美國“911”事件中兩座超高層鋼結構建筑的坍塌引導學生探討該事件中涉及的熱傳導、熱膨脹、熱容等問題，并引出日常生活中的其他有關熱學問題的例子，例如夏天架設電線不能繃得太直，水泥路面要預留出縫隙等等，用大量生活、生產中的案例，提高學生的學習興趣。

5.布置作業與撰寫小論文。講完每節課后布置適量的作業讓學生練習，鞏固課上所學知識；講完一兩章后布置小論文，讓學生自己查閱文獻資料，了解相關問題的研究進展，同時也鍛煉了學生查閱文獻和撰寫論文的能力。為了學生更好地查閱外文文獻，在授課過程中適當引入一些英語專業詞匯，在每章復習的時候用英語復習本章內容，提高學生的英語閱讀能力。

6.教學與科研相結合。材料物理性能是一門基礎理論和工程應用緊密結合的課程。因此，注重學生科研能力的培養，對基礎理論的學習、工程應用能力的提高都具有非常重要的作用。在授課時，把自己的科研工作講給學生，將提高學生的學習興趣，而且可以培養學生的科研素質。例如：在講授材料的電性能時，就和我們所研究的高強度高導電銅基復合材料聯系起來，向同學們介紹了高強度高導電銅基復合材料的制備方法，如何在保證高電導率的前提下提高強度，以及除此以外該復合材料還需要哪些其他性能，各種性能如何來測，如何觀察組織等等。

三、改革實驗教學內容

實驗課是材料物理性能課程的一個重要教學實踐環節，可以幫助學生鞏固和加深課堂所學的理論知識，掌握各種材料物理性能的測試方法和在材料科學研究中的應用。傳統的材料物理性能實驗教學多為演示性、驗證性實驗，學生實踐能力培養方面的實驗較少，學生做實驗的興趣不高。為了提高學生的學習興趣、實踐能力，我們對該門課程的實驗課進行了改革。例如，我們設計了用雙電橋研究鋼的組織與電阻的關系實驗，讓學生自己設計鋼的熱處理工藝，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間，然后學生自己來測試各種熱處理后鋼的電阻，得出鋼的組織與電阻的關系，并分析其原因。

四、結論

《材料物理性能》課程是理論與應用相結合的課程，內容非常多而且很抽象，學生學習起來比較困難。我們從教學內容、教學方法與手段、實驗教學等方面進行了改革和實踐。通過這些改革以后，明顯提高了學生的學習主動性和學習興趣，提高了學生分析問題、解決問題的能力，擴大了學生的知識面，提高了學生的專業技能，取得了良好效果。

參考文獻：

[1]王文芳，陳小麗，吳玉程.材料物理性能教學改革的探討[J].合肥工業大學學報（社會科學版），2008，22（5）：98-100

[2]鄧永和.工科大學物理啟發式教學與學生自主創新能力培養[J].湖南工程學院學報（社會科學版），2009，（4）：98-100.3

[3]別敦榮.大學教學方法創新與提高高等教育質量[J].清華大學教育研究，2009，30（4）：95-101，118.

[4]胡長征，朱文鳳.案例教學方法在材料物理性能中的應用初探[J].今日南國，2010，（1）：41-42