《無機材料物理性能》教學方法與實踐模式初探

陳超　江向平　趙戈　涂娜　舒凱征　肖卓豪

摘 要：《無機材料物理性能》作為一門材料專業的基礎課程，具有理論與邏輯性強、內容涵蓋面廣、概念抽象等特點，因而教學難度較大。本文以激發學生學習興趣與調動學習自主性為出發點，從教學方式多樣化、實踐模式多元化、完善考核機制等教學環節著手，探索提升教學質量與教學效果的有效途徑，為社會培養“厚基礎、寬口徑、實踐能力強”的綜合性素質人才。

關鍵詞：無機材料物理性能；教學方法；實踐模式；考核機制；人才培養

一、引言

《無機材料物理性能》是景德鎮陶瓷大學材料科學與工程學院針對材料物理專業本科生開設的一門專業基礎課，所選用的教材是由關振鐸、張中太、焦金生編著，清華大學出版社出版的《無機材料物理性能》第2版，課程的主要內容是無機材料（包括陶瓷、玻璃、單晶、耐火材料等）的各種物理性能。研究的性能包括無機材料的受力變形與力學性能、脆性斷裂與強度，以及熱學、光學、電導、介電、壓電和磁學等性能，這些均是無機材料應用在各個領域所應具備的物理性能[1]。另外，課程中還安排了較多的實驗內容，如驗證性能參數、掌握基本檢驗與測試技術等。對于剛步入專業課程的學生而言，學習這門理論深、概念抽象、邏輯性強、內容面廣的課程，容易產生學習興趣不濃、積極性不高等負面情緒[2]。為提高課程教學質量與教學效率，充分調動學生的主動性與學習興趣，探索新型的課程教學方式與實踐模式勢在必行。

二、教學方法多樣化

針對《無機材料物理性能》的課程特點，以激發學生的學習興趣、提升學生的學習自主性為出發點，倡導教師嘗試教學方式的研究與改革，不斷更新課程知識內容、改進教學手段，積極開展啟發演示型、互動式課堂、網絡式微課等教學模式的探索，為學生建立良好的自主學習條件和氛圍。

（一）啟發演示型教學

《無機材料物理性能》課程知識體系覆蓋面廣、邏輯性強、相關概念及公式推導繁多，課程主要闡述無機材料物理性能的基本理論以及材料組成、制備工藝與微觀結構等對性能的影響規律。僅采用傳統的“黑板+粉筆”的教學手段很可能會因為內容的枯燥和抽象而無法調動學生的學習興趣[3]，將不利于提高學生對課程知識的理解、掌握及其運用。相比于板書等傳統教學方式，多媒體教學可利用逼真的動畫演示直觀的將微觀或抽象情景呈現，從而能極大的激發學生學習的自覺性和主動性[4]。但多媒體教學方式同樣存在如授課連續性不強，前后知識點呼應難等缺點。如果將“黑板+粉筆”的教學手段與多媒體的應用相結合將能很好的彌補兩者的不足，使學生的目光與注意力始終聚焦到授課內容上，從而有效提高教學效果。

例如在講解無機材料的透光性時，可給學生演示光通過介質發生反射、吸收以及散射的動畫，并結合一些典型的例子來講解，如利用光的散射來解釋灰霾天氣或大霧天氣的能見度不高，讓學生能結合多媒體演示和現實例子來加深對相關知識的理解和掌握。另外，教師在利用幻燈片授課的同時，還需要將重要公式的計算推導或相關知識要點在黑板上一條條梳理出來，以幫助學生進一步加深對課程內容的理解。可以說，多媒體的引入為教師的授課提供了一個強而有力的工具，但在設計多媒體教程時，需要注意的是正確處理多媒體教學、板書與語言表達之間的關系，使三者有機結合從而達到提高教學效率和教學質量的目的。

（二）互動式課堂教學

課堂教學是教與學的統一，必須使學生的學習方式和教師的教學方式在教學過程中達到最佳結合，但僅憑授課教師的單向教學過程將很難實現這一目標，還必須以學生為主要對象，充分調動學生學習的積極性，通過多樣的課堂教學方式使學生自覺參與到學的過程中，從而保證教師和學生的主動性和積極性都能得到充分的體現[5，6]。

與單純的教師授課相比，采用學生講授、課堂討論的方式將更有利于學生對知識的理解與掌握。留有部分課堂時間用于學生講授，在每章內容講解過程中，設計一個“小課題”，要求學生結合本章節的相關概念和基本理論，以各章節知識點為主線查閱文獻資料。從選擇/設計材料、材料制備工藝以及改善材料性能途徑等方面來講解，并鼓勵學生與學生、學生與老師之間的互動交流，以達到充分調動學生的積極性和營造良好學習氛圍的目的。例如，關于無機材料的熱傳導內容，以“如何設計一個保溫水杯”為題目，讓學生通過查閱文獻資料來挖掘知識在我們生活中的應用，并以幻燈片或紙質報告等形式在課堂上進行講解，通過比較學生不同的設計思路，可以很容易得出保溫效果的好壞關鍵在于調控材料的熱導率，再通過分析影響熱導率的不同因素來對相關知識點進行深入講解，相信在此種授課方式下學生對課程內容的學習將產生更濃厚的興趣，從而更好的實現對知識的吸收與消化。

（三）網絡式微課教學

微課是一種新型微型網絡教學方式[7]，不同于課堂教學，它具有不受空間、時間的局限性，學生可以在課后根據自身的需求來選擇相應章節或知識點進行復習和鞏固。僅僅依靠短短幾十個學時的上課時間，學生很難完全掌握《無機材料物理性能》課程的全部內容，而通過網絡微課的形式可以讓學生以自學的方式有針對性的學習課程中的難點和重點，從而加深對知識點的理解和掌握，以期達到鞏固課堂教學的效果。

無機材料物理性能微課是將這門課程各章節的知識點通過網絡表現出來。為了能更好的體現出“無機材料物理性能微課”的特別之處，需要精心設計微課的題材和內容，注意與課堂教學內容的區別與聯系。之所以選擇“微視頻”作為無機材料物理性能微課的重要載體，是因為視頻（如多媒體動畫或其他媒體資源）具有生動、直觀、形象等特點，它能夠將學生的注意力迅速轉移到課程學習中，結合形象的教學視頻將課堂教學的知識點逐一回顧并加深。在講解一些理論上非常抽象的知識點時例如本征電導和非本征電導時，采用這些微視頻手段將更容易幫助學生消化與理解，達到事半功倍的效果。

三、實踐模式多元化

實踐教學對于培養學生的實踐動手能力、創新能力以及團隊協作能力具有至關重要的作用，故其在大學本科教學體系的重視度愈來愈顯著。一直以來，高等院校所開設的基礎課程仍然是以理論課程為主，而實踐教學所占的比重相對較小，這一現象對材料專業的學生尤為明顯，較弱的實踐動手能力將直接影響其在未來工作崗位上的表現[4]。而《無機材料物理性能》課程中存在大量的基本概念與理論公式推導，并從理論上闡述材料物理性能的影響因素，如果學生僅靠課堂上單純的理論學習，勢必會讓學生覺得枯燥乏味，無法進一步激發學生運用課程理論知識的興趣。因此，依托于各類實驗、科研項目、創新訓練平臺增設實踐教學環節，對于學生更深入地了解物理性能的機理和增強學生運用知識解決問題的能力是十分必要的。

（一）基于專業綜合實驗的實踐教學

與傳統實驗教學實驗內容中多驗證性實驗相比，無機材料專業綜合性實驗是通過讓學生完成從材料制備到檢測分析的整個過程，使學生更好的熟悉和掌握基礎知識，在了解專業研究對象與研究方法的同時加深對專業理論知識理解，達到實踐與理論相結合的目的。

在綜合性實驗過程中，學生運用課程中學到的基礎知識去設計指導實驗，并結合理論知識進行實驗結果的分析與總結，構成實驗與理論學習相互促進的良性循環。例如以《無機材料物理性能》課程中無機材料的介電性能章節為對象，設計“鈦酸鋇功能陶瓷的制備及其電性能表征”綜合性實驗，學生采用不同的成型方法和燒結制度來制備不同致密度的鈦酸鋇陶瓷，并通過對所制備鈦酸鋇陶瓷的介電性能測定，加深對相關知識概念如介電常數、介電損耗的理解與掌握；通過對鈦酸鋇陶瓷進行結構表征（如掃描電鏡、x射線衍射）來分析比較不同顯微結構對陶瓷介電性能的影響，思考并掌握調控陶瓷物理性能的方法途徑，達到培養學生實踐動手與研究分析問題的綜合能力。

（二）基于科研創新的實踐教學

教學與科研是一個具有內在聯系不可分割的統一體，它們之間是相互促進，彼此依賴的關系。大多數《無機材料物理性能》課程的授課教師均是各類科技項目的負責人或主要參與成員，如果能將教師的科研工作很好的融入到教學中，勢必會形成兩者相互促進的良性循環[2]。一方面，從事科研工作有助于教師及時將最前沿的學術成果不斷充實到教學課堂中，確保知識結構的更新和教材內容的補充。另一方面，教師可吸收來自相關科研領域中最新、最豐富的科學知識，有利于其開闊教學思路，教學更易做到深入淺出，有助于學生對知識的理解，激發學生的學習興趣， 進而更好地引導學生進行課程學習。

依托學院各專業的科研項目，結合無機材料課程中的理論知識，組織部分學有余力的學生在課程開始之前或學習過程中加入各科研團隊。在教師或團隊成員的指導下開展相關課題的科學研究，通過參與材料的制備以及了解材料的實際應用，讓本專業學生發自內心的感覺到學有所得、學有所用，從而極大的激發學生學習專業知識的渴望。不僅如此，參加科學研究還能使學生逐步養成科學研究所必備的嚴謹求實、勇于探索的科學態度，掌握基本的科學研究方法。如“稀土摻雜鈦酸鉍鈉基無鉛壓電陶瓷的上轉換發光及其壓電耦合研究”科研項目，其中涉及到《無機材料物理性能》中的電學與光學部分的課程內容。學生可以通過參與科研項目更好的理解并掌握基礎理論以及思考如何運用相關知識，在激發學生創新意識的同時不斷提高他們的實際動手能力和分析解決問題的能力。

四、完善課程考核機制

如何評估教師的教學質量與學生的學習水平，課程考核環節具有至關重要的作用。它應最大限度的反映學生的知識水平、動手能力和職業綜合素質，并且在教師、學生和教學模式三者之間起到積極的反饋與促進作用。目前，《無機材料物理性能》的考核方式仍以單一的理論考試為主，不利于學生綜合素質的評價。考慮到教學方式的多樣化，考核也應采用與之相對應的考核評價辦法。對于課程考核可以采取“理論+實踐”的方式，將“單一死板”的考核方式變為“多樣靈活”，從而更加全面的評估學生對課程知識的掌握與運用水平，反映實際的教學水平和教學成果。

（一）理論考核

對于課程理論部分考核，考核方式可采用“期末考試+平時成績”的成績評定方式。其中，期末考試主要內容為理論知識，著重考查學生對基本概念與基礎理論的理解與掌握；平時成績評定主要包括上課出勤率、課堂提問回答情況、課堂報告情況、課后作業完成情況等方面。

（二）實踐考核

實踐考核著重考查學生的實踐能力及科研創新能力，實踐成績由綜合性實驗報告、科研論文、口頭答辯三部分構成，其中實驗報告主要評價學生在實驗過程中的操作規范程度以及對材料物理性能測試結果的理解程度，科研論文主要以考查學生從設計實驗方案→實施方案→結果分析→結論整個過程所表現出來的創新精神與動手能力，而口頭答辯則是學生綜合素質的體現。因此，通過理論考試和實踐考核相結合的方式，不僅能完善無機材料物理性能課程的反（下轉第131頁）