應用型大學材料物理化學教學改革

胡磊

摘要：本文針對應用型大學材料物理化學教學中出現的公式概念難理解，學時少，學生基礎差等問題進行教學改革。教學改革后學生學習積極性增強，教學質量明顯提高。

關鍵詞：材料物理化學；應用型大學；教學改革

材料物理化學是材料類專業必修的一門專業基礎課，它與材料科學基礎、材料物理性能共同構成材料類專業最重要的三門專業基礎課。材料物理化學與物理化學最大的區別是前者主要研究凝聚態物質，凝聚態物質對常壓不太敏感，故在材料物理化學中通常忽略壓強的影響。筆者在講授該課程時發現其中存在一些問題，并采取了一些相應的教學改革措施。

1存在問題

1.物理公式多，概念難理解

在上課時學生普遍反映該課程概念難理解，公式多，難記憶，對公式的適用條件把握不準。有部分學生對該課程學習出現畏難情緒，上課注意力不集中，學習效率低，嚴重影響教學效果。

2.教學學時少，教學進度快

最近幾年，一些應用型高校在制定人才培養方案時不斷壓縮學分，增加實踐課學時，縮減理論課學時，強調理論夠用就行。在縮減理論課學時的大背景下，材料物理化學這門理論性強、內容多的課程學時也大幅下降，這就要求任課教師盡可能加快教學進度才能講授更多知識。而教學進度加快后難免造成部分學生難以消化所學知識，上課聽不懂。

3.學生基礎薄弱，學習壓力大

由于廣西高招在2015年二本和三本合并招生，再加上擴招的影響，廣西二本線從2014年的407分降為2015年的320分，這就造成2014年之后的二本分數線大幅下降。筆者所在的高校2015年錄取分數線也比2014年下降了大約50分。授課時發現2015年入學的學生學習基礎差一些，接受新知識要比之前的學生略微困難些，學習壓力也更大些。

2改革措施

為提高材料物理化學教學質量，針對存在的問題我們從以下幾個方面進行教學改革：

1.注重概念講解和公式的推導

針對物理公式多、概念難理解的問題，上課時應注重基本概念的講解和基本公式的推導。在講解理想氣體和實際氣體區別時特別強調理想氣體分子間距較大，可以忽略分子間勢能，故理想氣體的內能只是溫度T的函數；而實際氣體存在分子間相互作用力，分子勢能不能忽略不計，故實際氣體內能是溫度T和壓強p的函數。又如在講解焓概念時強調焓是狀態函數，在節流過程中焓不變。在講解講解pVT過程、相變、和化學反應上用實例來比較三種變化的熱效應，讓學生對以上三種變化在熱量上有深刻理解。公式最多的章節是熱力學部分，在大學物理課程中已經簡單學習過熱力學三大定律，但教學中發現把這三大定律應用在材料物理化中時學生普遍出現了困難。學生對公式的推導證明感到吃力，甚至有部分學生認為這么多公式根本記不住。熱力學中內能U、焓H、自由能A、吉布斯函數G、外界對系統做的功W、熵S、溫度T、壓強p、體積V滿足如下幾個公式：

公式（9）-（12）給出了在特定條件下求T、p、V、S的方程，這四個方程在以后的計算證明中作用很大。公式（5）-（12）是由最基本公式（1）-（4）進行數學運算得到的。課堂教學時應讓學生懂得公式重在理解，不能死記硬背，對公式多推導幾遍就能慢慢理解。在教學中還發現個別學生不明確公式的適用條件就盲目套用公式計算，如公式（9）只有在體積V不變的情況下溫度T才等于內能U對熵S求偏導，忽略了體積V不變這個條件得到的也是錯誤的結果，因此在課堂教學時要時時強調公式的適用條件。針對學生高等數學基礎薄弱的問題，在上課時補充一些數學知識，這樣可以減少公式推導時遇到的困難而加深對公式的理解。我們在推導相平衡理論時補充多元函數的泰勒展開公式，函數極大值和極小值的條件等數學知識。學生具備了充足的數學知識后普遍反映公式容易推導和理解。在講解本課程概念和公式時與材料物理化學實驗和后續課程相聯系，進一步加深學生對本課程知識的掌握，使學生明白該課程的重要性，學習也會更加認真。

2.調整章節內容

針對學時少的問題，對章節內容進行調整修改，避免上課趕進度。該課程在我校金屬材料工程專業中主要講授熱力學三大定律、化學勢、相平衡、電化學和表面與界面。與物理化學主要關注氣體和化學變化不同，材料物理化學更加重視凝聚態物質相變過程，尤其是金屬材料相變。針對這種情況筆者剔除了金屬材料工程專業幾乎用不到的化學平衡、化學動力學、膠體化學等章節，這樣就可以把有限的學時用在熱力學和固體相變理論的學習上。相圖是金屬材料工程專業最重要的理論基礎，對研究鋼鐵、鋁合金、鎂合金等金屬材料性質尤其重要，為了突出重點在上課時應對該章節重點講授。為了充分利用上課學時，我們采用傳統教學和多媒體相結合的教學方法。對一些文字比較長的概念、案例、圖表等采用多媒體教學，這樣就可以節省板書時間，而對重要公式的推導則采用黑板板書的方式，這樣就可以重點突出推導過程，加深學生對公式的理解。學時減少不可避免造成教學進度有所加快，我們要求學生做好預習和課后作業，對預習和課后作業的完成情況計入期末平時成績。另外，對在大學物理課程中已經學習過的知識章節減少學時，以此爭取更多的學時對重點章節進行講解。

3.修改人才培養計劃

針對2015年入學的學生基礎薄弱這一情況，我們在2015年修改了人才培養計劃，在滿足專業要求的前提下適當降低本課程的難度，突出本課程最重要的內容及其在本專業中的應用。精心選擇學習的章節，授課時的講解更加詳細，公式推導更加完備。要求學生課前做好預習，課后加強復習。課堂教學時多和學生互動，以便隨時了解學生的學習情況，對學生理解困難的知識點進行針對性的講解。自習課上加強對學生的輔導。課后作業和期末考試也適當降低難度，避免出現偏題和怪題，增強學生學習的信心。

3改革效果

通過以上教學改革的措施，教學效果明顯改善，學生普遍反映材料物理化學這門理論性強的課程不再那么難學，學習的積極性提高了。通過教師的講解，對于這門課程中的公式，學生學會運用數學工具來推導，從而發現公式不再需要刻意記憶，對于課本中的概念理解也更加深刻。教師修改人才培養計劃，上課時忽略重復內容，突出講授重點章節，避免趕進度，學生學習壓力普遍減小，學習更加輕松，增強了學習的興趣和自信心。

總之，材料物理化學作為一門理論性強、內容多、公式概念多的專業基礎課，對于金屬材料工程專業學生的學習而言具有重要的意義。作為教師要不斷在教學中進行改革，激發學生的學習興趣，讓學生學好并能用好課程中的理論知識，從而為后續的專業學習打下良好的基礎。endprint