關于材料科學導論教學與實踐的探討

柴 卉

（新疆大學 應用化學研究所，新疆烏魯木齊 830046）

化工教學Chemical Teaching

關于材料科學導論教學與實踐的探討

柴 卉

（新疆大學 應用化學研究所，新疆烏魯木齊 830046）

材料科學導論是材料與化學專業學生的交叉課程，它是材料科學的基礎組成部分，也是化學學科的一個重要分支。針對該課程的教學質量提高，結合教學實踐，探討了怎樣緊扣課程大綱、深化教學背景、凸顯教學關鍵，著眼于理論與實際的融合，既提高教學對象的學習興趣，培養其獨立的思辨本領，又引導其自身能力得到有效拓展，最終成為高素質的復合型人才儲備力量。

材料科學導論；教學與實踐；探索；激發與培養

在人類的產生和發展進步的歷程中，材料是不可或缺的物質基礎，而新材料的出現及應用對社會文明的進程起了巨大推進作用[1-2]。材料科學是針對各類不同材料體系研究探討它們由哪些組分構成、組分所形成的結構是怎樣的，以及這些組分和結構與性能和應用間是如何相互影響的學科，是現代材料及化學學科領域中多學科互相交叉所形成的。而“材料科學導論”則是旨在從結構和性能的關聯角度介紹各類材料的基本概念，深化固體化學知識。通過本課程的教學與實踐，可以讓學生們了解不同新型材料的分類、特點、性能及應用；掌握各類傳統材料及先進材料的性能及使用性能及其成分、制備工藝、組織結構，并對未來這些材料的發展趨勢形成基本的認識，是化學、材料等交叉學科的重要基礎課程[3-4]。為與時俱進更新教育理念，培養出更優秀全面的專業高素質人才，需要高分子材料科學與工程、材料化學等相關領域專業完成“材料科學導論”課程的學習。

“材料科學導論”課程是針對材料化學及高分子專業等相關專業開設的必修課程。本門課程的重點在于材料的結構以及它與材料性能應用之間的關系，也是難點所在。此外本課程還部分涉及相關測試表征技術，因儀器測試手段具有特殊的快速更新特點而在課程講授過程與學生接受階段相應都比較有挑戰性。限于課時安排，以往的教學常常重理論而輕實踐，導致學生對實際生產缺乏理解并影響了對材料的認識。為了更好地契合新形勢下社會對高素質人才的培養要求，結合本校的實際情況，經過在課堂教學及實踐中的不斷嘗試，充分發揮新時期網絡資源和多媒體教學的優勢，不拘泥于教材[4]，積極主動與學生進行探討互動結合的教學，拓寬學生的視野，激發其學習興趣，為創新思維的培養打下基礎。

1 立足主題，系統優化

“材料科學導論”課程是既講究理論也注重實踐的一門課，是化學及材料相關專業較為核心的基礎課程之一，涉及三大材料科學領域，在教學上應從大材料的觀點出發，以材料的四要素為課程主線，重點關注不同材料體系間的相似與區別之處，以及各材料在組成、結構、性能及使用上的相互影響與聯系。若干年前，本校為了完善學科課程的設置及學生基礎知識的夯實，在化學材料相關專業中專門開設了“材料科學導論”課程。通過對不同參考教材及課程體系進行調查研究，并結合本校學生生源特點進行具體設置的不斷調整。近年來陸續參閱材料科學領域的參考文獻及較新資訊，制定并編寫出新的教學大綱和電子教案。

教學內容上，充分考慮本教材在專業培養目標中的地位、作用、課時，從全局系統角度出發對內容結構、學時分配、處理手段等方面進行系統設計；同時參考本課程與其他相關課程之間的相互交叉與支撐，從整體角度對教材主題及配置進行系統優化，突出知識體系間的融會貫通，強調優化合理的教材信息密度和學習內容的豐富趣味[3]。

2 靈活教學，趣味課堂

材料科學是不斷發展變化的學科，同時也是與人們生產生活緊密相關聯的學科。隨著知識的不斷積累爆發，材料相關科學也得到迅速發展。這就對材料相關專業的學生提出較高的要求，既要把握相關領域的基礎知識和方法，又需要了解并及時跟進有關材料體系前沿領域的新方向與新進展，進而學習掌握更多的知識與方法，培養相應的思維與技能。興趣與熱情是能夠讓學生產生自發動力的內在力量源泉，而“材料科學導論”課程的本質目標就是力圖通過多彩的材料展示激發學生們的學習興趣并引導其進行理解掌握，為日后的科學素養和學識能力的奠定進行先期的鋪墊。因此，在實施具體的教學活動過程中，應注意在學時的分配和內容側重上有所區別，避免面面俱到。對跟日常生活緊密聯系的材料，尤其是能體現當今材料發展趨勢代表未來新方向的新材料的講授，要設置有一定的學時。

身處各類信息蓬勃豐富的時代，充分利用多媒體和網絡技術所搭建的資訊平臺，便捷提供形式多樣的各類資源，從而為學生們打造出更為廣闊的自主學習空間，既有利于培養學生們的獨立思維判斷能力，也有利于鞭策授課教師不斷提高自身知識儲備，這樣才更好地符合“學生為本，教學相長”的教育觀點[5]。因此，需要教師采用多媒體授課為主、同時可以采用結構模型、實物模型、其他多媒體音視頻資料等作為輔助教學手段，結合多種共享的精品教學資源，為學生們呈現多元有趣的三維材料全景，以達到課程設置目的，同時這樣的措施能較大地培養及方便學生的自主學習，濃縮課堂教學內容，減少課時的占用，為后續的實踐教學環節預留充分的時間，為學生們整體綜合能力的提升給予了良好的機會，同時也是一種創新教育的踐行。

比如，在進行高分子材料內容講解時，可以借助三維立體結構示意圖給學生們展示出材料微觀及宏觀結構形象；在介紹制備工藝方法時，可以通過動畫過程直觀演示出實驗過程中具體步驟乃至關鍵步驟中目標產物的化學結構形成過程等，這樣充分利用各種能夠吸引學生注意力的方式和手段，使其更有興趣的認真投入聽講。此外，教師還可以在有選擇的共享教學資源的同時提出相應的問題與習題[5]，尤其是需要綜合分析歸納的思辨題，并及時的與學生進行交流探討，一方面能督促學生們學習，另一方面能幫助學生們建立科學理性的思維方式，使得學生對知識的掌握更加條理化和系統化。

3 理論結合實踐，講授兼顧研討

“材料科學導論”是一門兼顧理工科的交叉學科課程，既涉及相關的基礎理論也需要結合實際[6]，因此在實際講授過程中需要在傳統理論教學方式中代入相關工科特色，并根據不同材料熱點（如新型功能陶瓷材料、高分子功能材料、復合材料及反映當代材料學科的能源、納米、環境等新材料的有關新的理念、新的視角、新的方法[3]）開展諸如例舉演示、互動研討等不同方式的教與學。從而能夠營造全面深入的參與學習氛圍，一方面強化了“授之以魚”的“魚”的鮮活感性認識，另一方面也增加了“授之以漁”的“漁”的培養和積累。這樣既能夠調動學生學習的積極性，深化材料學科內容的吸收與把握，也能夠潛移默化的影響并培養學生們主動學習及思辨思維的能力，對于其長遠的學習與成長奠定基礎。

4 實踐銜接課堂，深意滲透淺入

“材料科學導論”所涉及的相關知識層豐富，知識點較多，而且諸多領域的材料體系并未充分完善，許多仍在不斷發展變化之中。其課程設置不僅是講授材料相關基本原理、基礎知識點，而且更是要讓學生們拓寬對于材料的認知，產生對材料學科的好奇與興趣。這就要求在課程實例教學過程中，既要注重與生產生活息息相關類材料的生產認識的實習承接貫通，又要聚焦宏大的系統全局觀、專業精神及社會發展時不我待的責任心于具象的材料細節融匯。因此如何穿插生動鮮活的實例、安排后續認識實踐，巧妙把握抽象宏觀的規律、精髓并化之為潤物無聲的淺顯引入，需要格外深入的思考和精心的準備。經過這樣的系統學習與吸收，能夠使學生們既初步認識、了解當代材料科學研究領域概況，獲得體系完整的知識結構框架，奠定相應的理性、獨立思辨乃至分析歸納等研究能力所必備的基本訓練與積累，又能夠在培養學生們知識技能及思維的基礎中，漸漸濃厚其對材料相關內容的興趣并建立一定的進步追求，達到事半功倍的成效。

作為物質的材料的存在雖然時間悠久，但作為理性、邏輯的一門系統科學，材料學科所經歷的時間是相對較短的，仍然需要更多更長遠的科學規劃與發展構筑。同時，作為研究主體內容的材料本身也是在不斷地發展變化當中，相應的“材料科學導論”課程中所涉及的材料也是在不斷被發現、被完善與被豐富的過程中。同時，針對材料的測試分析方法手段的了解與學習也是系統學習材料相關學科內容的重要組成部分。只有清楚明了借助什么樣的測試手段能夠得到何種材料信息，才能更好地掌握材料的結構與性能相關知識，并逐步培養合理選擇分析測試方法并根據測試分析結果對材料做出評價的能力。然而隨著現代科技的發展，相應的材料測試表征手段也是日新月異的發展進步。因此，及時的跟進新的測試表征技術并合理選擇相應的輔助教材和優化對應的課程課時也成為了“材料科學導論”課程重要的一個環節。此外，也可根據本學院的科研平臺條件，適當安排測試表征儀器的現場演示與參觀，這對增加課程的豐富性和直觀性也都會有所增益。

比如，在材料結構與性能部分內容講授過程中，可以挑選一些典型代表如高分子聚合物、玻璃、金屬氧化物復合材料，分別通過紅外、熱重、X-射線粉末衍射、力學性能測試儀等儀器設備對其做相應的檢測，結合測試結果對這些材料的區別與聯系做出更深入的講解。通過類似這樣的輔助教學，可以在形象有趣的記憶課程知識點的同時強化并加深學生們對內在關聯及機理機制的理解。

5 結論

“材料科學導論”課程以材料的四要素為課程主線，通過不同材料的傳統與發展、相同與差異之處的學習，來把握材料的結構與性能關系，使學生得到系統的知識體系構筑并從抽象的規律意義及具象的材料細節層面全面了解材料相關學科體系與內容。通過從內容、方法、輔助手段及考核反饋方面對“材料科學導論”課程教學進行不斷的探索和實踐，引發學生們主動進行學習的興趣，切實實現對教學效率和質量的有效提高，也是新時期新境況中高素質人才的培養方式的有益探索。隨著材料學科領域科學技術的飛速發展，如何繼續深化課程的教學安排與實際實踐，如何針對材料相關學科的教學做到將前沿融入經典，讓外延充實內涵仍需要繼續不斷展開深入研究探討，以期得到更進一步的完善和提高。

[1] 馮瑞，師昌緒，劉治國.材料科學導論[M].北京：化學工業出版社，2004.

[2] 顧宜，趙長生.材料科學與工程基礎[M].北京：化學工業出版社，2011.

[3] 李云，吳玉程.《材料科學導論》課程內容及教學的改革與實踐[J].合肥工業大學學報，2006，20（2）：12-14.

[4] 嚴滿清，夏茹，王海燕.《材料科學導論》的與時俱進[J].廣東化工，2015，43（4）：179.

[5] 陳大明，李德，陳永.《材料合成與制備》課程改革探討[J].廣東化工，2016，43（24）：169.

[6] 呂春菊，舒康穎，司平占，等.《材料現代研究方法》課程建設與教學實踐[J].科技信息，2011，16：109.

D i s c u s s i o n o n T e a c h i n g a n d P r a c t i c e o f I n t r o d u c t i o n t o Ma t e r i a l s S c i e n c e

Chai Hui

Introduction to materials science is a cross-course of materials and chemistry students，which is a fundamental component of material science and an important branch of chemistry.In this paper，the teaching quality of the course is improved，and the teaching practice is discussed.It discusses how to follow the outline of the course，deepen the teaching background，highlight the teaching key，focus on the integration of theory and practice，not only improve the learning object learning interest，Skills，but also to guide their own ability to be effectively expanded，and ultimately become a high-quality compound talent reserve force.

Introduction to materials science；teaching and practice；exploration；excitation and training

TB30-4

A

1003-6490（2017）08-0145-02

2017-06-26

柴卉（1978—），女，新疆烏魯木齊人，副教授，主要研究方向為納米功能材料。