《材料物理性能》教學模式的探討

段星+秦海英

摘要：《材料物理性能》是材料科學與工程專業本科的一門專業基礎課，本文針對《材料物理性能》的教程教學內容、教學方式提出了具體的教學改革措施。實踐證明，通過課堂上突出重點知識，優化教學內容，采用多樣化的教學方式，將教師的科研成果和科研認知融入到教學中，加強理論與實踐之間的聯系，可以有效地提高教學效果，增加學生的學習積極性和主動性，為培養創新型和應用型人才奠定基礎。

關鍵詞：材料物理性能；教學改革；教學效果

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）19-0123-02

隨著科技的發展和社會的進步，愈發迫切地要求大學培養富有創新精神和實踐能力強的新型技術人才，因此大學教育應該傾向于培養學生的自學能力、科研能力、實踐能力、創新精神和注重學生之間合作精神的培養。《材料物理性能》作為材料科學與工程專業的主要專業基礎課程之一，將為學生以后從事與材料相關的工作和研發奠定良好的基礎。該課程將理論和實踐相結合，綜合性很強，與《高等數學》、《量子物理》、《結構化學》、《物理化學》、《材料科學基礎》等課程內容交叉較多，而且知識點抽象、深奧，學生理解和學習起來難度較大，因此，如何提高《材料物理性能》課程的教學效果及學生學習積極性和主動性顯得尤為重要。作者根據在《材料物理性能》課程中多年的教學經驗，針對《材料物理性能》這門課教學中存在的問題，通過對教學內容優化和拓展、教學方法的多樣化和綜合化、教學與科研和實踐緊密結合等方面進行探索和實踐，以期提高教學效果，為社會培養創新型和應用型人才奠定基礎。

一、教學內容優化和拓展

《材料物理性能》涉及的范圍很廣且課程內容很多，包括材料的電學性能、熱學性能、光學性能、磁學性能、力學性能及其應用，但我院開設該課程的課時較短，只有32學時，如何在有限的課時內讓學生充分了解并掌握該課程的內容是教學中的一個難點，這就要求老師結合自身專業的特點，突出重點知識，優化教學內容。對于我院材料科學與工程專業的學生來說，有單獨的《材料力學性能》課程，因此該課程的教學內容主要集中在電學、熱學、光學、磁學物理性能上，重點講解材料性能與組成、結構和構造之間的關系及各種性能之間的相互制約與變化規律，從而為學生判斷材料優劣、正確選擇和使用材料、改變材料性能、研究和開發新材料、新性能、新工藝打下理論基礎。

高等教育不同于中學和其他各種職業教育，其教學內容具有前沿性，隨著社會、科技和市場的快速發展，各種新的知識和產業逐漸涌現，因此高等教育中要求教師不能僅局限于向學生傳授書本上的知識，也要結合科研和市場的發展時刻更新和優化教學內容，向學生介紹最新的科學成果和研究動態，拓寬學生的知識面。結合我院各位教師的研究方向，主要有壓電鐵電陶瓷、光催化、熱電材料、鋰硫電池、電化學、半導體、白光材料、溫度探測等，這些研究方向與《材料物理性能》課程的內容息息相關，可以將之做成小的專題分享給學生，強化、拓展及加深學生對理論專業知識的理解，了解最新的科研成果，有助于學生積極思考所學知識，走到科學的前沿。

二、教學方法的多樣化和綜合化

現代科技的發展使得高校的教學方法趨于多樣化和綜合化。計算機的普及化將多媒體教學法應用到課堂上，可以將一些抽象的知識直觀、形象地表達給學生，提高學生學習的興趣和主動性。例如講解能帶理論中的緊束縛近似這一內容時，由于原子和電子是看不見摸不著的，電子云的重疊和能級的分裂對于初學者很難理解，將之以圖像和動畫的形式展現給學生，不僅促進學生對教學內容的理解而且提高了課堂的教學質量。

教學應該是老師與學生之間的雙向交流活動，教學中不能一味地只強調“教”的作用，而是應該讓學生積極地參與到教學中，最大限度地發揮學生的潛能，這對培養學生的自主學習能力和創造性有很好的促進作用。比如在講解光學性能這一內容前，首先拋出幾個日常生活常見的問題：天空為什么是藍色的，正午和傍晚太陽的顏色為什么有區別，雨后為什么會有彩虹，玻璃為什么透明，燈光為什么五顏六色等，讓學生帶著問題聽課，這樣能集中學生的注意力和培養學生獨立思考的能力。課堂上經常給學生提一些涉及教學內容的論題，讓學生自由地表達自己的觀點，并分析討論哪些觀點可取，哪些觀點有待改進。同時結合生活中的具體現象，進一步加深學生對各種物理性能的認識和理解，比如以極光為例，提出地球的南北極為什么會出現極光這一問題，解釋極光形成的機理，從而讓學生理解電與磁之間的關系，將課本的理論知識轉化為實際應用，有效地提高學生的理論應用能力和分析能力。與單向“填鴨式”及“滿堂灌”的傳統教學方法相比，這種啟發式、互動式、誘導式的教學手段更能促使學生發散思維，激發學生學習的積極主動性，增強學生的交流能力。

三、教學與科研緊密結合

現在及今后大學里的教師都是教學科研型的，教師將自己的科研認知和成果及科研者的精神和態度融入到課堂教學中，提升學生的專業興趣度。課下鼓勵學生積極地參與到老師的科研項目中，教師可以選擇一些具有科研價值但又對本科生來說難度不高容易上手的課題，讓學生獨立去完成，鑒于此，我院每年以項目的形式資助開展“新苗計劃”，將高年級的學生組成團隊，讓他們走進實驗室，協助青年教師去完成科研工作。本人帶領學生開展“稀土有機框架材料的設計合成及其熒光溫度探測”課題，并將科研成果整理后發表論文和申請專利，同時打算參加“挑戰杯”大賽。經過近幾年的培養，我院的學生在科研創新、發表論文、申請專利方面都取得了優異的成績。這種將教學與科研緊密結合的方法能夠鍛煉學生的創新能力和團隊合作能力，培養學生獨立分析問題解決問題的能力，且實現學以致用，真正地將理論知識應用于實際，同時在提高大學生綜合素質能力方面起到了一定的作用。

四、理論與實踐相輔相成

大學教育不能僅僅只教會學生原理性和理論性知識，更應該注重培養學生將所學的知識轉化為應用的能力，因此在教學中加重實踐教學的比例，既能鞏固和加深學生的理論知識，提升學生對材料專業的興趣，也能培養學生的實踐和創造能力。材料物理性能實驗課是培養學生實踐能力的重要環節。如在鋼熱膨脹系數及相變點的測定實驗中，可以讓學生自己設計實驗，包括選擇何種熱處理工藝及溫度和保溫時間，然后通過實驗數據得出熱膨脹系數隨溫度的變化曲線，分析不同熱處理工藝對材料顯微組織的影響。還可以組織學生走進與材料物理性能相關的企業進行參觀實踐，進一步加深學生對理論知識的理解和掌握，提高學生應用知識的能力，增加學生的學習興趣。

五、結論

隨著科技的進步和社會的發展，社會對人才的需求越來越高，如何在有限的時間培養創新型和應用型人才是高校和高校教師所不斷探索和研究的課題。《材料物理性能》是材料科學與工程專業的主要課程之一，在授課中，重點突出材料性能與組成、結構和構造之間的關系及各種性能之間的相互制約和變化規律的講解，將與之相關的科研成果和科研認知融入教學中，提升學生學習的積極性和主動性；通過多樣化的教學模式，使學生在掌握理論知識的同時也能拓寬知識面，增加學生的專業興趣度和交流能力；將理論與實際相結合，培養學生的應用能力和創新能力。

參考文獻：

[1]梅瑞斌，包立，齊西偉，王曉強，郝聞達，黃明麗，王海旺.淺談以創新教育為目標的教學改革[J].教育教學論壇，2016，（43）：90.

[2]宋波，郭寧，何洪，陳志謙，李路.“材料物理性能”課程教學改革探索[J].西南師范大學學報（自然科學版），2015，（40）：144.

[3]元勇軍，鐘家松，陳大欽.《新能源材料》課程教學模式探討與思考[J].教育教學論壇，2016，（22）：182.

[4]江民紅，陳國華，唐艷平，陳旭，劉心宇.材料物理性能實驗的教學現狀分析與教改思路[J].桂林電子科技大學學報，2008，（02）：72-74.

[5]李艷紅，李鵬，郭思辰.材料物理課程教學改革與創新能力培養研究[J].科教文匯（下旬刊），2008，（12）：192.

[6]徐海燕.《材料物理性能》課程教學方法探析[J].科技創新導報，2009，（16）：171.

[7]劉勇，閆牧夫，王玉金.基于項目的課程教學——以《材料物理性能》為例[J].熱處理技術與裝備，2016，（05）：86-88.

[8]高榮禮.應用型本科院校材料物理性能課程改革探索[J].教育教學論壇，2015，（51）：134-135.

Discuss of Teaching Mode of "the Physical Properties of Materials"

Duan Xing，Qin Hai-ying

（College of Materials & Environmental Engineering，Hangzhou Dianzi University，Hangzhou，Zhejiang 310018，China）

Abstract：The physical properties of materials is one of professional basic course of major of materials science and engineering. Based on the content of courses and teaching approach of the physical properties of materials，the article put forward the concrete measures of teaching reform. The practice has proved that it can effectively improve the teaching effect and increase the students'learning enthusiasm and initiative through highlighting the important knowledge，optimizing teaching contents，adopting diversified teaching methods，integrating the research efforts and scientific cognition into teaching and strengthening the connection between the theory and practice，which can lay the foundation for cultivating innovative and applied talents.

Key words：the physical properties of materials；the teaching reform；the teaching effect