“無機材料物理性能”課程改革研究

張興華

摘要：“無機材料物理性能”是無機非金屬材料工程專業的核心課程，課程重在培養學生對材料物理性能問題的分析、解決能力和實驗技能，為研發先進功能材料打下堅實的基礎。文章針對實際教學過程中暴露的理論性太強、教學內容枯燥、實踐教學環節相對薄弱等問題，分析了其出現的原因，指出進行教學改革的必要性，同時提出了改進教學內容和教學方法等方面的建議。

關鍵詞：無機材料物理性能；教學改革；理論教學；實驗教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）28-0074-02

無機材料指由無機物單獨或混合其他物質制成的材料，主要包括陶瓷材料、人工晶體、功能玻璃等。無機材料在現代工業生產和科學研究中具有廣泛應用，從微觀結構角度設計策略是開發新材料的重要途徑。為了培養學生具備設計滿足工業需要的新型無機材料的能力，需要學生深入了解無機材料的組成、結構以及各項物理性能。“無機材料物理性能”課程主要講述無機材料的力學性能、熱學性能、光學性能、導電性能、介電性能、磁學性能等基礎知識和作用原理[1]，通過學習本課程可使學生了解無機材料物理性能的表征、測試方法與設備，熟悉目前新型無機材料的發展趨勢、物理性能和應用。但是，目前“無機材料物理性能”課程的教學以理論教學為主，實踐教學環節比較欠缺[2]，即使理論聯系實際，也往往限于舉例介紹的層面上。此外，由于理論內容與實際脫節，導致剛工作的畢業生無從下手。

為了鍛煉本科生科研能力的實踐環節，提高學生的學習興趣，真正掌握課程內容并能學以致用，本文通過提煉五年來對該課程的教學心得，探討了“無機材料物理性能”的教學改革方法。

一、“無機材料物理性能”課程教學改革的內容和具體措施

（一）教改內容

為了提高學生的學習興趣，提升課程的學習效果，“無機材料物理性能”課程教學改革應從以下兩方面入手。

第一，教學內容是課程的核心，凝練、飽滿、合理的教學內容對激發學生的學習興趣、幫助學生理解課程的知識體系和掌握相關知識技能至關重要。因此首先應對教學內容進行改革，具體有如下三點重要內容：（1）提煉傳統教學內容，重點講授精品內容，如“無機材料物理性能”的力學和斷裂性能、導電和介電性能等。（2）增加密切聯系實際的內容，尤其是基于不同物理性能的材料應用內容，如特種陶瓷材料在航空航天和生物醫學領域的應用、無機發光材料在半導體照明和顯示領域的應用、介電和壓電陶瓷在精密儀器和控制領域的應用等，培養學生對無機材料物理性能的學習興趣。而在教學過程中，要適當增加案例教學，使其與理論教學內容相輔相成，深入淺出，以此來鞏固理論知識，提高學生的實踐創新能力[3]。（3）在理論教學和實踐教學中加入無機材料合成和應用的相關內容，有利于學生在掌握材料物理性能的同時，熟悉材料的制備工藝和實際應用，從而為從事相關工作打好基礎。

第二，良好、恰當的教學方法是向學生傳授知識的有效手段，也是教學改革的重點。為此，要有效利用多媒體和實驗室，開發內容豐富、實用的課堂演示和實踐教學內容：（1）對于理論教學中提到的各種材料性能，有目的地設置課堂演示，引導學生思考、理解并深入課程內容。在授課過程中，減少公式推導，設計、增加圖片、動畫和視頻展示有趣的物理現象；增加課程教學互動，通過提問、課堂討論、翻轉課堂等形式，鼓勵學生提出自己的見解和想法；尋找與無機材料物理性能相關的實際問題或最新的科研文章供學生理解和探討，促進學生對相關內容的學習和理解。（2）加大實踐課程的比例，更多地讓學生親自動手實踐。設計不同的實驗環境，讓學生在實踐中發現問題，并找到解決方法。結合實際的科研項目，設計一些有針對性的實驗，將課堂講授的理論內容緊密地聯系實際應用。（3）對于與科技發展密切、不斷更新的教學內容，如新型特種功能陶瓷材料、石墨烯等碳納米材料、新型無機發光材料等，在講授理論內容時給學生介紹最新的研究進展和熱點問題，傳遞國內外最新研究進展與教學內容的關系，激發學習興趣，培養學生的創新能力。

（二）教學改革中要解決的關鍵問題

“無機材料物理性能”課程教學改革的最終目的是探求一套新穎、實用的課程教學方法，完善并精練教學內容，以課堂內容激發學生的求知欲，以實驗教學鍛煉學生的實踐能力，使學生在新教學模式下掌握基本概念、物理本質、影響因素及其在材料分析中的應用，掌握提高無機材料物理性能的主要方法和手段，同時對無機材料物理性能的測試原理、方法及相關儀器設備有所了解，培養學生分析和解決問題的能力和實驗技能，為研發先進功能材料打下堅實基礎。因此，教改過程中需要著重解決兩個關鍵問題：（1）舊的教學模式中有一部分教學內容陳舊，改革后的課程應與時俱進，增加新穎、實用的分析技術，使課堂所學密切聯系實際，激發學生興趣。（2）舊的教學過程中有些內容理論推導過多，沒有突出物理意義，這導致學生對課程核心思想理解不深入。針對此情況，應開發相關演示和學生實驗，使學生在實踐中加深對知識的理解。

（三）教學改革的具體措施

現代教學理念強調要尊重學生的主體地位，教學過程中要注重激發學生的興趣和激情，同時結合學生的個性和特長，讓學生在學習中成為積極參與者，而不再是被動的接受者[4]。故在教學改革過程中應采取教師講授與翻轉課堂相結合、理論教學與實踐教學相促進的教學方式，多觀察學生的課堂反應，總結教學效果，查找教學問題。為此，教改采取的具體措施有：（1）為培養學生的學習興趣，優化、凝練、提升教學內容，尤其注重增加密切聯系實際的內容。如追蹤國內外無機材料的發展動態，將新型微納材料、光電材料、智能材料、能源與環境材料等內容補充進來，并與傳統的授課內容有機結合。（2）根據課程需求，適當地設置課堂演示和實驗環節，增大實踐課程的比例，或者模擬工業環境，讓學生切實參與進來，以此激發他們自主學習和實踐的欲望。設計開發“新型非稀土發光材料的合成與光譜特性”、“透明半導體薄膜的霍爾效應和應用”等具有前沿性和實用性的實驗項目，及時安排實驗課，以鞏固對課堂內容的理解。逐步開設一些創新性實驗，結合課程內容設計大學生創新性實驗計劃項目，鼓勵學生多多參與，提高學生的專業素質和實踐能力。此外，可結合教師的科研課題設計實踐內容，針對項目要求開展實驗設計和分析，培養學生的科研能力。

二、教學改革后新教學模式的特色

改革后新的“無機材料物理性能”課程教學模式具有以下特色：

第一，突出了前沿性和應用性。教學內容中增大了與生產實際密切聯系的內容比例，突出理論和應用的有機結合，注重實驗項目的創新性和實用性，培養學生解決實際問題的能力，使學生由學習型向能力型轉化。在教學內容上，力求使學生掌握影響無機材料物理性能的關鍵因素和提高材料物理性能的方法和手段，能根據不同無機材料對其物理性能進行優化設計和提高。培養學生綜合運用所學的物理性能理論、方法和技術手段分析和解決實際工程問題的能力，并能夠根據實際要求進行無機材料的生產和設計。

第二，擴大了學生的受益面。“無機材料物理性能”不僅是無機非金屬材料工程專業學生的專業課，還可作為其他專業的選修課。選修課更應注重知識的普及和視野的拓展，而新教學模式下的前沿技術可使更多專業受益。

第三，教學資源更加豐富。為配合課堂講授和實驗演示，完善了相關的電子教案、課程案例等，信息量更大，實用性更強，可使學生更深入地理解和掌握所學知識，真正提高實踐能力。

三、結束語

隨著材料科學的發展進步和社會要求的提高，“無機材料物理性能”課程體系與教學內容改革要適應社會發展，與時俱進。改革任務長期而艱巨，我們必須不斷地探索與實踐，使課程改革取得最佳效果。

參考文獻：

[1]關振鐸，張中太，焦金生.無機材料物理性能[M].北京：清華大學出版社，2011.

[2]李晶.《無機材料物理性能》課程教學模式的改革[J].廣東化工，2018，45（3）：221，203.

[3]崔虹燕.案例教學與課題實踐有效結合的教學改革新模式[J].科技信息，2009，（31）：211，218.

[4]冀俊忠.落實科學發展觀，深化“人工智能”課程的教學改革[J].計算機教育，2009，（24）：105-107.