材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)課程教學(xué)改革與實(shí)踐

王守玲，吳　英，王麗麗

(池州學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院，安徽 池州　242811)

“材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)”是工科材料類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，是研究材料的組成、結(jié)構(gòu)、制備、性能及應(yīng)用之間相互關(guān)系的新興學(xué)科，對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、材料的設(shè)計(jì)及應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義[1-2]。該課程從材料的"四要素"出發(fā)，將金屬材料、無機(jī)非金屬材料、高分子材料、復(fù)合材料等不同材料的微觀特性和宏觀規(guī)律建立在共同的理論基礎(chǔ)上，從而培養(yǎng)既掌握材料的基本原理，又通曉材料的制備、加工與應(yīng)用的寬專業(yè)人才。教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)課程的知識(shí)點(diǎn)多、內(nèi)容繁雜、抽象難記、教學(xué)難點(diǎn)突出。為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率，使學(xué)生能熟練運(yùn)用課程的理論知識(shí)去分析解決實(shí)際生產(chǎn)、科研問題，有必要對(duì)教學(xué)模式進(jìn)行改革。本論文通過分析材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)課程教學(xué)過程中遇到的問題，闡明了教學(xué)改革的必要性，并對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面的改革進(jìn)行了初步探討[3-5]。

1　材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)課程教學(xué)現(xiàn)狀和突出問題

材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)是高分子材料工程專業(yè)的必修課程，該學(xué)科涉及材料概論、物理化學(xué)、有機(jī)化學(xué)等多門學(xué)科，對(duì)學(xué)生相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握具有較高的要求。但該專業(yè)在開設(shè)該材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)課程之前，并沒有開設(shè)材料概論課程，以至于學(xué)生缺乏材料學(xué)的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，如材料的四要素、材料的分類等。且學(xué)生的專業(yè)知識(shí)基本都與高分子材料相關(guān)，這使得學(xué)生在接觸無機(jī)材料、、金屬學(xué)、晶體學(xué)等教學(xué)內(nèi)容時(shí)，會(huì)感覺比較吃力。另外，由于學(xué)生缺乏相關(guān)專業(yè)素養(yǎng)，使得他們對(duì)材料學(xué)的認(rèn)知有限，不能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)具有概念多、知識(shí)面寬的特點(diǎn)，有一定的難度。在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)較為薄弱，且課后不能進(jìn)行有效的復(fù)習(xí)。這既嚴(yán)重影響了教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)質(zhì)量，也不利于培養(yǎng)綜合型、智能型的高素質(zhì)材料類人才。面對(duì)參差不齊的教學(xué)對(duì)象，如何調(diào)整教學(xué)思路，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，體現(xiàn)知識(shí)學(xué)習(xí)與能力培養(yǎng)的融合，建構(gòu)符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、及以加強(qiáng)基礎(chǔ)、注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目的的教育教學(xué)模式，是目前面臨的最大問題。

2　改革教學(xué)方法和教學(xué)手段

2.1　精選教學(xué)內(nèi)容

“材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)”是關(guān)于材料組成、結(jié)構(gòu)、制備工藝與其性能及使用過程間相互關(guān)系的知識(shí)開發(fā)及應(yīng)用的科學(xué)。具有概念多、知識(shí)面寬的特點(diǎn)，不同教材的內(nèi)容差別較大。通過對(duì)已出版的教材進(jìn)行分析，結(jié)合人才培養(yǎng)方案，選擇四川大學(xué)顧宜主編的《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》作為教材。該教材概括了各種材料的組成、結(jié)構(gòu)、制備工藝及應(yīng)用的基本知識(shí)，但人才培養(yǎng)方案只有32個(gè)課時(shí)，這對(duì)教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度提出了巨大挑戰(zhàn)。在此基礎(chǔ)上，我們對(duì)教學(xué)內(nèi)容重新進(jìn)行了編排。按照結(jié)構(gòu)決定性能這條主線，把材料性能與應(yīng)用部分作為材料結(jié)構(gòu)部分的導(dǎo)課，既縮減了知識(shí)點(diǎn)的量，又提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在注重基礎(chǔ)理論講解的同時(shí)，在教學(xué)內(nèi)容中適當(dāng)介紹新材料、新工藝等方面的最新進(jìn)展。如在講解量子力學(xué)部分時(shí)引入最新發(fā)射的量子衛(wèi)星，在納米材料部分引入石墨烯，讓學(xué)生在了解材料的具體應(yīng)用時(shí)，深刻理解結(jié)構(gòu)決定性能這一理論。

2.2　啟發(fā)誘導(dǎo)式教學(xué)模式

摒棄以往“填鴨式”的教學(xué)方法，采用啟發(fā)誘導(dǎo)式的教學(xué)模式。在教學(xué)過程中，以學(xué)生的興趣為出發(fā)點(diǎn)，通過引入或是簡(jiǎn)單的生活案例，或是高端的新材料，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如通過展示不同晶體的外形，引入晶體的周期性和對(duì)稱性概念；觀察碧璽石的雙折射現(xiàn)象，掌握晶體的物理性質(zhì)具有各向異性的特點(diǎn)；利用目前較為熱門的太陽能電池，引入晶體的結(jié)構(gòu)缺陷，并進(jìn)一步讓學(xué)生理解缺陷的意義；在講到同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)，讓學(xué)生思考能否利用價(jià)格低廉的石墨制備鉆石；利用鐵碳合金相圖，讓學(xué)生明白為什么說"趁熱打鐵"，及鋼和鑄鐵含碳量的不同；在講授無機(jī)非金屬材料的簡(jiǎn)單晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)材料的性能及具體應(yīng)用進(jìn)行延伸，如鈣鈦礦太陽能電池，以強(qiáng)化結(jié)構(gòu)決定性能這一意識(shí)。在金屬材料的制備部分，讓學(xué)生在明確煉鋼煉鐵的終端產(chǎn)品后，利用具體的氧化還原反應(yīng)對(duì)煉鋼煉鐵的過程進(jìn)行自主設(shè)計(jì)。

在講授到部分簡(jiǎn)單章節(jié)時(shí)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，并提前分配問題，如冰山為什么浮在水面、為什么塑料袋具有柔性、玻璃鋼是不是鋼等較為有趣的題目。小組討論后，選一代表向全體同學(xué)對(duì)該問題進(jìn)行講解。這種分組討論的模式，可加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，鍛煉學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，并提高其語言表達(dá)能力。適量引用部分科研文獻(xiàn)，更加直觀地向?qū)W生呈現(xiàn)材料科學(xué)的研究?jī)?nèi)容及方法。鼓勵(lì)學(xué)生積極參與導(dǎo)師的課題項(xiàng)目，參加各種學(xué)術(shù)活動(dòng)，在實(shí)踐中不斷進(jìn)步

2.3　運(yùn)用現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)

積極利用多媒體等技術(shù)，改變傳統(tǒng)教學(xué)方式，增加學(xué)生對(duì)知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。但必須注重課件的質(zhì)量。在制作課件時(shí)，要根據(jù)講授內(nèi)容，用一主線把所有的知識(shí)點(diǎn)鏈接在一起，以方便學(xué)生集中學(xué)習(xí)。如在講授固體中原子無序部分時(shí)，可從鐵中滲碳、銅鎳合金的結(jié)構(gòu)出發(fā)，直接引出間隙固溶體和置換固溶體的概念，再對(duì)影響因素進(jìn)行探討，這樣可避免知識(shí)過于臃腫。課件應(yīng)以圖片為主，文字為輔，盡量以動(dòng)畫的方式呈現(xiàn)，以給學(xué)生思考的時(shí)間。另外，要注意與板書的結(jié)合，每節(jié)課的重點(diǎn)要呈現(xiàn)在黑板上，以方便學(xué)生梳理總結(jié)。

2.4　與學(xué)生的溝通

與學(xué)生的溝通包括課上和課下兩個(gè)方面。課上要通過學(xué)生的眼神、表情來判斷領(lǐng)悟程度，合理控制知識(shí)難度，最大限度的使學(xué)生接受所講授的內(nèi)容。課下要多與學(xué)生交流，以了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況。部分學(xué)生聽課時(shí)似懂非懂，可配合課堂提問和課后作業(yè)，以全面掌握學(xué)生面臨的主要問題。另外，還要與學(xué)生進(jìn)行心靈的對(duì)話，在生活層面上多關(guān)心學(xué)生，這也會(huì)增強(qiáng)學(xué)生對(duì)該門課程的學(xué)習(xí)興趣。鼓勵(lì)重于苛責(zé)。

3　結(jié)語

隨著材料科學(xué)與工程技術(shù)的發(fā)展，各種新材料、新工藝、新技術(shù)和新理論已成為教材內(nèi)容,從而使教學(xué)內(nèi)容不再是概念、原理、方法和規(guī)則的簡(jiǎn)單結(jié)合，而是由知識(shí)傳授、技能訓(xùn)練相互滲透所形成的完整系統(tǒng)。基于池州學(xué)院高分子材料工程專業(yè)的人才培養(yǎng)方案、專業(yè)現(xiàn)狀和學(xué)生特點(diǎn)，筆者認(rèn)為通過對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化整合，采用啟發(fā)誘導(dǎo)式的教學(xué)方式，利用多媒體技術(shù)，能夠讓學(xué)生在有限的課時(shí)內(nèi)掌握該課程的基礎(chǔ)理論知識(shí)，提高學(xué)生對(duì)材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，并激發(fā)學(xué)生畢業(yè)后能在材料學(xué)及相關(guān)的領(lǐng)域從事研究、教學(xué)、科技開發(fā)工作。