新工科背景下《材料物理》課程的教學方法與策略探討

◆劉景順 劉慧敏 劉 軍

(內蒙古工業大學)

一、材料物理專業材料物理課程的特點

隨著材料科學與工程技術的快速發展，特別是新工科大背景，材料物理相關理論的應用遍及材料工程技術的各個領域，探究材料科學與工程領域各種問題的物理本質和內在規律，建立材料科學與物理學的聯系，顯得尤為迫切。材料物理課程正是在培養應用型人才的工程背景下提出的，它作為材料物理專業必修的重要專業教育理論課程之一，在材料科學基礎系列課程中起到承上啟下的關鍵作用。本課程內容涵蓋材料物理相關基礎理論，包括材料的電子理論、晶體缺陷理論、晶體的塑性變形理論、合金相理論、固態擴散、固態相變理論和材料的磁學理論等。該課程的理論性較強，通過該課程的學習，了解材料物理的前沿進展及近代材料物理發展歷程，進一步擴展和鞏固材料物理專業知識領域的廣度和深度。特別要在材料物理領域培養學生獨立思考能力、扎實的專業基礎知識與運用能力，鍛煉學生嚴謹的科學研究態度和啟發的創新精神，并培養其基于上述基礎理論來解決材料工程應用中實際問題的綜合能力，為其獨立從事科研及其相關領域的工程技術工作奠定基礎。

二、材料物理專業材料物理課程的教學現狀和存在問題

1.材料物理課程設置時間不盡合理，一般設置在第七學期，與學生考研復習和求職面試有所沖突，普遍對課程的重視程度不夠。通常，學生在前期材料科學基礎類課程或固體物理類課程學習時，相關理論知識有所積累，但普遍不扎實，難以保證材料物理理論內容的連續性和系統性。

2.教學內容相對陳舊、枯燥，難以圍繞新工科背景，不能及時捕捉科技前沿材料類和物理類交叉學科信息，對材料物理課程的專業任課教師獲取前沿知識的要求較高。目前，所采用的教學參考書僅局限在固定的傳統理論框架內容，且教材內容的理論性較強，學生不易理解，更難激發學習的興趣點，缺乏教學信息的實效性和傳導性。

3.教學方法與教學手段相對單一，多采用教師講授與課堂提問的教學方法。實際專業課程教學中，借助多媒體教學手段或傳統板書手段，以教師為中心開展教學活動，缺乏經典性或前沿性案例的引入，開展專題研討活動較少，導致教學的趣味性和學生聽課的主動性亟待加強。

4.課程考核環節不盡合理，缺乏對學習過程的全面監管。本校專業課采用“百分制”的閉卷考核方式，主要以卷面課考試成績來確定該課程的最終考核成績，很少去考核學生對所學材料物理知識面的拓展，更會忽視學生運用材料物理相關知識去解決問題能力的訓練和培養，難達到客觀檢驗材料物理課程教學效果的目的。

三、材料物理專業材料物理課程教學方法改進的思考

材料物理專業材料物理課程教學目的應圍繞新工科背景，來指導學生系統掌握材料物理領域的基礎理論知識，并能在今后的實際工程實踐和科研工作中加以靈活運用。因此，在材料物理教學改革過程中，應針對材料物理專業學習特點、教學大綱要求和學生知識結構等特點，運用多元化的教學手段，并憑借靈活多變的教學方法，突破所選參考教材的框架束縛，充分調動學生的學習興趣點。

材料物理課程的教學方法改革就是突破以教師為主體的傳統教學方法，執行以學生為主體的分組討論、定向教學和案例教學等混合式、多類型結合的教學模式，并利用獲取的材料物理領域的前沿視頻資料來調動學生的學習興趣，體會課程內涵，達到學以致用的目的。

(1)分組討論模式。該模式可作為“第二課堂”，用于日常某個章節內容，如超導現象，分派4～5人為一個小組，并布置調研任務，小組成員結合檢索文獻資料和調研情況匯總，充分交流與討論后形成文字報告，提供任課教師批閱；

(2)定向教學模式。該模式用于以教師為主體的教學活動外的嘗試性教學環節，即適當安排以學生為主體的定向式教學活動，其實施方法則按照材料物理課程教學內容展開，如以諾貝爾物理獎獲得者丁肇中發現粒子引出反物質為切入點，要求內容前沿性和可控性強、信息量大，可以是一名學生亦可多名學生展開授課內容的準備，并做PPT報告，課上教師給予點評，做報告的學生的最終課程成績考核時考慮一定分數獎勵，這種方式有利于提高學生積極參與課堂教學的主動性，一定程度上能夠提升學習質量，是對階段性理論教學效果的有效檢驗途徑之一。

(3)案例教學模式。該模式針對材料物理課程教學內容進行材料物理相關前沿應用案例的視頻或圖片、文字性資料的搜集準備工作，并將應用實例分類和整合入課程講授PPT中，在實際課堂主體講授，可由分組討論學習小組完成課堂講解，亦可有授課教師完成。案例教學法實施后，應進行教學效果的問卷調查，進一步改進和提升案例教學方式的授課模式和講授效果。

四、材料物理專業材料物理課程教學水平的實施策略探討

1.明確新工科背景下材料物理專業材料物理教學的培養目標，教與學雙方重視材料物理的課程教學。教學培養目標即以材料科學基礎和材料物理等專業知識的理論教學為依托，培養學生獨立檢索和搜集前沿性和信息性的專業知識的能力，并鍛煉學生組織、交流和PPT匯報的能力。教師作為教學活動的組織者，對傳統教學方法與模式進行全面改進，需日常關注和積累查閱大量材料物理領域前沿性經典案例應用于理論教學。學生應正確認識學習材料物理課程的積極意義，充分利用分組討論、定向教學和案例教學等活動，調動學習的積極性和主動性。

2.在2016版材料物理專業培養方案和課程標準修訂過程中，結合新工科背景的專業建設對材料物理課程在課程體系中的重新定位，并對講授內容進行合理有效調整，便于后期教學活動的開展。通過上述分組討論、定向教學和案例教學活動的開展來進一步提高教學質量和綜合運用能力。分組討論教學提高學生參與度和表達能力，定向教學來提高學生交流和綜合運用能力，案例教學提高學生捕捉科研信息能力，以上三種教學模式是一個有機整體，可形成合力，同時發力，在實際課堂教學中穿插結合，能夠達到良好教學效果。

3.結合定向式教學方法和分組討論，采用視頻教學和模擬實踐聯合方式開展“第二課堂”活動，能積極引導學生參與前沿材料物理類信息的捕獲，以理論授課環節為契機，鼓勵學生對所學專業和所學課程要有信心，實際前沿性科技成果也是從基礎研究開始，逐步升華的，讓學生更清楚經典案例的榜樣和引導作用，告別單調和枯燥的課堂，使學生成為課堂講授的主體，學生才能樂在其中，進而全面改善和提升材料物理課程的課堂講授效果。

五、結束語

上述為針對材料物理專業材料物理課程教學現狀進行教學方法改革的探討，故更應明確培養目標，制定培養方案，調整教學大綱和課程標準，活化教學模式，引入科研案例，強化學習效果等策略，增強學生學習材料物理課程的積極性，提高課程的教學實效，以期滿足現階段材料物理領域創新型人才培養的實際需求。

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