材料熱力學與動力學教學體系的改革探索

賈淑果　寧向梅　黃金亮　王順興　田保紅

【摘 要】本文結合我校材料科學工程學科材料熱力學與動力學課程的教學實踐，根據該門課程自身的特點，從精選教材及教學內容、教學方法、以及考核方式等方面的教學改革進行初步探索，以更好地提高學生的學習興趣，增強學生分析問題和解決問題的能力，從而最終達到更好地提高改善材料熱力學與動力學課程教學效果的目的。

【關鍵詞】材料熱力學與動力學；教學方法；考核方式

中圖分類號： TB331 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）09-0043-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.09.019

材料熱力學與動力學課程是我校材料科學工程學科碩士研究生的一門重要的學位必修課程。該門課程主要涉及經典熱力學和統計熱力學理論在材料中的相和組織形成規律方面中的應用，以及材料在制備與加工過程中的動力學問題。該課程涵蓋大量抽象晦澀難懂的內容，一系列的公式推導；學生們反映該課程十分重要，但理論性太強、公式太多、且抽象難以理解；同時該門課程對老師的教學也具有很大的挑戰性。基于此，如何提高該門課程的授課效果，進而提高學生們的學習積極性顯得尤為重要。本文著重從教材及教學內容、教學方法以及考核方式等三方面對該門課程的教學改革進行初步探索，以期更好提高教學效果，激發學生學習興趣。

我校材料科學與工程學科的碩士研究生的材料熱力學與動力學這門課程，是在2015年研究生培養方案修訂時在原有材料熱力學課程的基礎上進行設置的，修訂后的材料熱力學與動力學課程不僅是材料科學與工程學科學術型碩士研究生的學位課，同時也是該學科學術型碩士研究生的必修課程，課程設置學分2個學分，學時32個學時。

1 精選教材及教學內容

一本好的教材是承載知識的載體；是教師進行教學的主要依據，也是學生獲得系統知識的主要途徑。而由于材料熱力學與動力學課程自身的特點，使得該門課程不僅難學且難教，因此選擇一門較為合適的教材是十分關鍵的。

目前已出版的與材料熱力學相似的教材有10多種，另外還有與熱力學相類似的教材約有20多種。針對版本繁多的相似教材，毫無疑問其涵蓋的內容是不盡相同的，同時其側重點也有一定的差別。如針對材料科學與工程學科研究生教學用書的徐祖耀主編[1]的材料熱力學和郝士明等[2]編著的材料熱力學。其中徐祖耀主編主要包括統計熱力學、熱容與熵、相變熱力學、相圖熱力學、界面熱力學及熱力學在材料工程中應用示例等，每一章節有不同的編者執筆。郝士明等編著的重點介紹了經典熱力學和統計熱力學理論在揭示材料中的相和組織形成規律方面的應用，通過材料問題實例說明熱力學的基本規律，主要包括單組元材料的熱力學、二組元相、二組元材料熱力學、兩個重要的溶體模型、相變熱力學、多組元相、多元材料熱力學、集團變分法、次級相平衡、材料設計與熱力學等內容；該教材于2004年由化學工業出版社出版，于2005年進行了第二次印刷，并隨后進行了再版；國家教育部于2005年將此書確定為全國研究生推薦教材。結合我校具體情況，并仔細對比分析了這兩種以及徐瑞主編[3]的材料熱力學與動力學，最后選用郝士明等編著的材料熱力學作為主講教材，徐瑞及徐祖耀主編的作為參考教材。

根據我們學校材料科學與工程學科培養方案及該門課程的大綱要求，在教學內容的講解上，不可能嚴格按照教材面面俱到，而是要根據專業特色及大綱學時要求有所側重、有所舍棄；另外在開課之初，利用開會交流之際，調研了西安交通大學、東北大學、昆明理工大學、中科院金屬所等高校和科研院所，借鑒了兄弟院校的一些經驗；同時考慮是研究生課程，在大綱要求的學時之外加入了自學學時，并且自學部分納入考試內容。基于這種想法，內容講解上側重于熱力學部分，動力學部分屬于自學范疇；且熱力學部分重點講述單組元材料熱力學、二組元相、二組元材料熱力學、兩個重要的溶體模型及相變熱力學等五章內容。其它部分內容不做課堂講解，但作為學生的自學內容。另外，為了拓寬學生視野，使學生增加對專業的興趣，學習的熱情，教學過程中，引入最新的相關領域的科研成果。

2 教學方法改革

我校材料科學與工程學科的學術型碩士研究生生源比較雜，有的學生本科期間學的是材料類專業，有的學的是機械類專業等，有些學生甚至本科學習期間物理化學就沒有修過。導致很多學生們在學習這門課程相對比較吃力，其對材料相關的專業知識十分薄弱，同時鑒于材料熱力學與動力學的課程特點，不同于純粹的理論課也不同于純粹的專業課，而是專業和理論兼具，使得該門課程相對于其它專業課程比較枯燥無味，相對不容易調動或者激發學生的積極性。而若在這個階段學生對專業一旦失去興趣，相對來說后果是十分嚴重的。因此，教師如何教好學生如何學好該門課程顯得相對十分重要。對于該門課程教學方法的探討顯得十分必要，本節主要從如何更好調動學生學習積極性、以及如何靈活運用多媒體和板書兩個方面進行初步探討。

任何的一個教學環節，如何有效地調動學生們上課的積極性往往是一個永恒的話題。針對自己近二十年的教學，并結合近幾年材料熱力學與動力學的教學體會，主要從從三個方面討論如何調動積極性。首先就是利用名人效應，也即有關材料熱力學方面的名人典故。如講解熱容時引入Einstein生平簡介，講解單組元材料兩相平衡時引入Clapeyron的介紹等等。另外講課時不要脫離材料領域前沿的研究成果，以及將書本上的理論知識與實際生產相結合。教學中的舉的例子不要生搬教科書上的例子，多舉一些學科前沿的例子；特別是切合自己的科研實際和生產實際，包括現實的生活現象等。如講解表面能時，可以舉例為什么落到荷葉上的水滴都是呈球形、而兩顆水滴相遇又會形成大水珠；講到Clapeyron方程時，可以問為什么我們在高山上米飯煮不熟，溜冰時為什么通過加壓可以增加潤滑作用等。通過這些實實在在的例子，不僅增加學生的感性認識，同時還可以大大提高學生的學習興趣，加深對自己專業的了解和認識，既能拓寬學生的知識面，又能開闊學生的視野。再者充分利用課前幾分鐘。可以簡短回顧上節內容，把學生們的思緒從上節課或者課間的喧鬧拉回課程，讓學生們快速進入狀態；也可以穿插重點問題的提問，讓學生精神一振，大腦緊張起來。同時還可以在適當的時機讓學生們自己組織課堂，進行講解，最后教師點評總結。可以選擇書中的一部分相對簡單的內容，提前布置給學生，讓他們自己動手查資料，準備課堂；或者簡單的可以讓學生自己評講作業。這不僅僅只是學到了知識，更重要的是學生的能力得到了極大的鍛煉。

多媒體是指信息的各種表現形式，包括音頻、視頻、圖像、圖像及文本等，具有集成性、交互性和實時性等特點。由于該門課程內容繁多，但目前課時又極少的情況下，同時鑒于多媒體的特點，該門課程輔以多媒體教學，不僅能夠更好地表現教學內容，同時還能激發學生學習興趣，其作用是不言而喻的。但是任何事物都存在兩面性，多媒體也同樣。單從學生角度來說，多媒體雖然信息量大、圖文并茂，比起傳統的板書有其獨到的地方，但存在教師講解時會翻頁過快，學生們沒有辦法更好地消化所講的內容；再若多媒體制作質量不高，如文字過多、字跡太小等，會更加劇學生的聽課自覺性，從而起不到多媒體教學該有的效果。對于材料科學基礎課程，多媒體雖然是一種比較先進的教學方式，但教師不能完全依賴多媒體教學，而要合理的運用多媒體，以達到更好地激發學生的興趣，最終提高教學質量。

3 考核方式優化

課程結束后，都要對學生進行考評，考評不僅考察學生對知識能力的提高程度，同時也考察教師的講授效果。但考評的方式有多種有筆試、面試，或者兩者結合。但就材料熱力學與動力學課程考評的主要方式仍采取的是筆試。但一般學生們的最終成績并非僅僅只是有期末的筆試成績決定。考評成績一般有期末的開卷筆試、作業和平時三部分組成。期末開卷考試占總評的70%，作業和平時分別占30%。這個比例看起來還是一考定終身，感覺考試前突擊即可。但實際上不是這樣。首先對于期末的開卷考試考場秩序嚴格控制，嚴格杜絕作弊；其次對于試卷內容，僅只有40%左右的內容依靠依靠書本可以得分，剩下的60%的內容必須靈活利用所學知識才能完全做對，并且有20%的分值是結合實際情況，重在考查學生對知識的掌握，這些僅只憑借考試之前的突擊是得不到高分的。對于作業的評價，要當面進行考核，隨機抽取學生講評作業。而平時的10%，并非只要不曠課不早退即可得到，而是要結合平時課堂表現的情況來給分，其中平時課堂的表現情況占到平時成績的50%。按照這種方式實行后，學生們上課的參與性高了，相對的學習的積極性有極大的改善，教學的根本目的也得到了提升。

4 結語

基于材料熱力學與動力學在課程中的重要性，以及該課程存在的自身特點，對于各個院校來說，該門課程的教學改革將是永無止境的。近幾年，針對我們學科的材料熱力學與動力學的教學的改革都進行了一定的探討和實踐，取得了初步成效，該課程評獲省級優質課程。基于目前材料熱力學與動力學涵蓋內容的廣泛，而各個高校的特點也不盡相同，該門課程的教學改革也不能照抄照搬，應根據各個高校實際情況進行合適的改進。以達到最終提高該門課程的教學效果，更好地激發學生的學習興趣，進一步提高學生發現問題、分析問題以及解決問題的綜合素質及創新實踐能力。

【參考文獻】

[1]徐祖耀.材料熱力學.北京：高等教育出版社，2009.

[2]郝士明，蔣敏，李洪曉.材料熱力學.北京：化學工業出版社，2010.

[3]徐瑞.材料熱力學與動力學.哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2003.