《材料物理》研究生課程教學(xué)改革探討

袁永鋒 尹思敏 朱敏 郭紹義 王俊茹 蔡高參

摘 要 依據(jù)《材料物理》課程特點(diǎn)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核方式等4個(gè)方面對(duì)本課程進(jìn)行改革探索，以提高《材料物理》課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 材料物理 專業(yè)課程 教學(xué)改革 教學(xué)質(zhì)量

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

《材料物理》是一門理論性很強(qiáng)的課程，它綜合了材料學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)、化學(xué)等多學(xué)科的內(nèi)容，是許多高校理工科碩士研究生必修的基礎(chǔ)課之一，在我校是機(jī)械、材料、紡織等專業(yè)的研究生的一門專業(yè)選修課?！恫牧衔锢怼穾缀趺恳徽聝?nèi)容（如材料的電子理論、能帶理論等）都涉及模型建立、公式推導(dǎo)等內(nèi)容，對(duì)學(xué)生在物理學(xué)、數(shù)學(xué)、化學(xué)等方面的基礎(chǔ)知識(shí)都提出了很高要求。要想教好和學(xué)好這門課程，對(duì)教師和學(xué)生來(lái)說(shuō)難度都很大。在工程教育認(rèn)證背景下，遵從“以學(xué)生為中心”的基本理念，重新審視《材料物理》教學(xué)中的問(wèn)題和不足，持續(xù)改進(jìn)，增強(qiáng)教學(xué)的實(shí)效性，是優(yōu)化與完善人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，為此我們?cè)凇恫牧衔锢怼氛n程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段等方面做了一些有益嘗試。

1課程現(xiàn)狀分析

《材料物理》將物理理論與材料科學(xué)緊密結(jié)合在一起，使用物理學(xué)的知識(shí)及原理來(lái)解釋材料中的新現(xiàn)象，揭示材料結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間的內(nèi)在聯(lián)系。教學(xué)目的是希望學(xué)生不僅掌握較廣泛的材料物理基礎(chǔ)知識(shí)，了解材料的基本物理原理，還能夠運(yùn)用物理學(xué)的基本原理對(duì)材料進(jìn)行較深入的科學(xué)研究。由于課程涉及晦澀難懂的理論、模型、物性分析以及大量復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式，學(xué)生普遍認(rèn)為《材料物理》是一門很難學(xué)的課程，稱為“天書(shū)”課程。學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力嚴(yán)重不足，反過(guò)來(lái)也影響了教師的上課積極性，使課堂氣氛不活潑、師生互動(dòng)少?，F(xiàn)有的考核制度大多是以期末考試成績(jī)和平時(shí)出勤成績(jī)?cè)u(píng)定，很少涉及其它教學(xué)環(huán)節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)主動(dòng)性不夠，全靠期末突擊學(xué)習(xí)以達(dá)到獲取學(xué)分的目的。

2課程教學(xué)改革

2.1教學(xué)內(nèi)容的改革

《材料物理》課時(shí)只有48學(xué)時(shí)，如果在有限的課堂時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大量數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)，即使過(guò)程精確、邏輯關(guān)系明確，也會(huì)引起學(xué)生的厭煩情緒。因此教學(xué)過(guò)程中應(yīng)弱化公式推導(dǎo)，強(qiáng)化公式背后的物理學(xué)意義，以及公式所表達(dá)出的實(shí)體意義，可以采用形象的圖表并配套必要的數(shù)據(jù)和實(shí)際例子來(lái)講解，以加深學(xué)生的理解。

在教學(xué)中也發(fā)現(xiàn)有很多學(xué)生不熟悉或根本沒(méi)學(xué)過(guò)一些物理基礎(chǔ)知識(shí)，使學(xué)生感覺(jué)課程難度很大。因此在課程內(nèi)容安排上，需要根據(jù)學(xué)生掌握物理基礎(chǔ)知識(shí)差異，補(bǔ)充晶體學(xué)、固體物理、熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理等方面的相關(guān)內(nèi)容，能有效提高教學(xué)效果。

在教學(xué)中如果只進(jìn)行基本理論的傳授，而不與目前的研究趨勢(shì)緊密結(jié)合，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣會(huì)很快消失。在教學(xué)內(nèi)容中應(yīng)適當(dāng)融入國(guó)內(nèi)外在材料、物理及相關(guān)領(lǐng)域的最新科研進(jìn)展，通過(guò)接觸最新科技成果，并闡明其與本門課程基本理論的關(guān)系，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)的興趣，化被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。

2.2教學(xué)方法的改革

《材料物理》各章節(jié)的理論知識(shí)有很多是可以體現(xiàn)在具體的材料與器件中。在課堂學(xué)習(xí)中，把體現(xiàn)此物理性能的材料或利用此物理原理制備的元器件展示給大家，再提出相關(guān)的理論問(wèn)題，讓學(xué)生帶著疑問(wèn)去學(xué)習(xí)，去尋找答案，實(shí)踐證明教學(xué)效果很好。比如在介紹磁性材料時(shí)，以拆解的揚(yáng)聲器展示給大家，通過(guò)其工作原理的介紹說(shuō)明磁性材料的獨(dú)特作用。在介紹半導(dǎo)體材料時(shí)，短視屏演示太陽(yáng)能電池，介紹其工作原理，激發(fā)學(xué)生對(duì)半導(dǎo)體的興趣。用啟發(fā)代替全堂灌輸，以問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)習(xí)。

課程教學(xué)與專題報(bào)告相結(jié)合，以科研促進(jìn)教學(xué)。邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外知名學(xué)者來(lái)校講學(xué)，開(kāi)闊學(xué)生眼界。我們邀請(qǐng)了浙江大學(xué)的百人計(jì)劃研究員來(lái)校講學(xué)。最前沿的學(xué)術(shù)報(bào)告，理論和實(shí)踐的完美結(jié)合很好的激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深了對(duì)課程知識(shí)的理解，培養(yǎng)了學(xué)生從事科學(xué)研究的興趣。此外，我們還探索將學(xué)科各方向研究成果引入課堂，特別是把往屆研究生將所學(xué)的材料物理課程的知識(shí)應(yīng)用于自己的研究工作中取得的成果介紹給學(xué)生，這對(duì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣效果很好。

在講授重要的定理和公式時(shí)，補(bǔ)充一些科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法和科學(xué)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的歷史過(guò)程，介紹知名科學(xué)家在科研中的小故事。短小的歷史背景介紹能使枯燥的理論知識(shí)生動(dòng)起來(lái)，使學(xué)生與科研成果產(chǎn)生共鳴，能很好的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，化解理論學(xué)習(xí)的枯燥。

針對(duì)課時(shí)少，內(nèi)容多的矛盾，采用課堂教學(xué)、課后自學(xué)、課上討論相結(jié)合的方法，用討論取代提問(wèn)，提高學(xué)生的課堂參與度。講授內(nèi)容主要針對(duì)《材料物理》重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，學(xué)生材料物理方面欠缺的內(nèi)容，以及當(dāng)前科研需要的材料物理方面的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)。

開(kāi)展探究性的主題式教學(xué)模式，以課題為載體、問(wèn)題為導(dǎo)向、學(xué)生為主體、教師為引導(dǎo)，注重教學(xué)與科研的結(jié)合，讓學(xué)生在自主思考的學(xué)習(xí)過(guò)程中，逐步鍛煉科學(xué)研究的素養(yǎng)。結(jié)合材料物理的教學(xué)內(nèi)容，課題設(shè)置為材料的熱學(xué)、介電、磁學(xué)、光學(xué)、超導(dǎo)和半導(dǎo)體六大類，如LED發(fā)光顯示材料的發(fā)展、高溫超導(dǎo)材料、太陽(yáng)能電池的發(fā)展等。

2.3教學(xué)手段的改革

多媒體教學(xué)具有形象具體、動(dòng)靜結(jié)合、聲色兼?zhèn)涞膬?yōu)勢(shì)。改革過(guò)去的純板書(shū)教學(xué)，充分利用多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，在理論知識(shí)介紹中放入合適的圖片、視屏、動(dòng)畫(huà)，能有效的加深理解，提高學(xué)習(xí)的生動(dòng)性，為此我們制作了與課程內(nèi)容相適應(yīng)的多媒體課件。在授課過(guò)程中采用板書(shū)和多媒體相結(jié)合的教授方式，涉及理論公式推導(dǎo)演算的部分授課內(nèi)容仍采用板書(shū)形式，輔助的圖片、視屏、動(dòng)畫(huà)等以多媒體的形式進(jìn)行。教學(xué)實(shí)物和教學(xué)模型的引入也是一個(gè)很好的教學(xué)手段，比如晶體結(jié)構(gòu)的模型、航海羅盤、單晶硅片、發(fā)光二極管，led燈泡等，通過(guò)接觸這些實(shí)物讓學(xué)生有感性認(rèn)識(shí)，印象深刻，對(duì)相應(yīng)的理論知識(shí)學(xué)習(xí)更有動(dòng)力。在教學(xué)中還可以引入新媒體，組建課程學(xué)習(xí)微信群，在課后補(bǔ)充各類圖片、文字、視屏等學(xué)習(xí)資料，網(wǎng)上答疑，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)時(shí)間的全覆蓋。

2.4考核方式的改革

采取多元化的評(píng)價(jià)方法反映學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的參與度，使成績(jī)成為反映學(xué)生學(xué)習(xí)能力，學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)效果的綜合評(píng)價(jià)體現(xiàn)?？己藘?nèi)容涵蓋平時(shí)成績(jī)（50%）以及期末筆試（50%）兩方面。平時(shí)成績(jī)加強(qiáng)考查學(xué)生課堂討論情況、平時(shí)作業(yè)完成情況、課后自學(xué)情況，知識(shí)理解與應(yīng)用表現(xiàn)等。期末筆試成績(jī)只占學(xué)生總成績(jī)的50%，學(xué)生即使期末考試得滿分，但平時(shí)學(xué)習(xí)表現(xiàn)差，仍有可能不及格。

3結(jié)束語(yǔ)

《材料物理》教學(xué)必須改變單一的課堂教學(xué)模式，即要更新教學(xué)內(nèi)容，也要在教學(xué)手段和方法上與時(shí)俱進(jìn)；即要培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的材料物理專業(yè)理論知識(shí)，更要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。通過(guò)在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、考核方式等方面不斷創(chuàng)新，推動(dòng)教學(xué)不斷前進(jìn)。

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