工程教育及以本為本教育理念下《材料物理性能》課堂教學模式探索

袁妍妍，劉瑞，蘭睿

摘要：文章以《材料物理性能》教學為例，基于工程教育和以本為本教育理念，通過優化教學模式來探討本科生的培養模式和高效學習能力的培養，從了解學生自身需求、教學內容的建設、教學手段等幾方面闡述和分析該課程對提高學生學習能力的培養問題，從而促進高規格和高級工程技術人才的培養。

關鍵詞：《材料物理性能》;教學方法;本科教學

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2020）01-0233-02

一、引言

本科教育質量一直是人才培養的基礎和關鍵，新時代背景下，提出了“以本為本、四個回歸”思想，希望廣大本科院校教師能更加重視本科人才教育培養[1]。“工程教育認證”理念強調本科高等院校同時重視理論教學和學生工程實踐能力的培養[2]。該認證的提出在給予高等院校發展希望的同時，也調整了部分院校原本特色教育方針，學校更多地注重學生實踐能力的培養，而深層次理論學習的學時大大減少。但是，基礎理論知識的深度學習和扎實掌握是建設高水平本科教育的基礎。如何更好地平衡工程教育和以本為本理念，專業課程的教學模式承擔著重要責任。《材料物理性能》課程作為材料科學與工程專業的一門主要的專業基礎課程，目的是使學生能從物理效應和微觀機制角度掌握材料物理性能，為設計新材料和材料改性打下基礎。本文以江蘇科技大學《材料物理性能》的教學為例，探討工程人才培養和高層次人才培養的教學模式。

二、材料物理性能課程特點分析及重要性

該課程的特點在很多文獻中也已經提到，如知識點多、涉及面廣，包括聲、光、電、熱、磁學、彈性和內耗等，是一門涉及多學科交叉的課程;涉及材料的各種性能與成分、微觀結構之間的關系[3]。目前，我們選用的教材是北京航空航天大學出版社出版的田蒔主編的《材料物理性能》。本書第一章節首先介紹固體中電子能量結構和狀態的三個理論，學生通過該章節內容的學習可以順利地過渡到后面章節內容，如電、介電、光、熱、磁等。針對材料學院金屬材料專業的學生培養要求，我們重點講授材料的電性能、介電、熱、磁和彈性與內耗性能。

本課程的另一個特點就是涉及的公式推導較多。目前，一些教師的教學方法傾向于直接給出結論，缺少推導，學生認為推導公式既枯燥無味，又沒興趣聽，講得太深刻學生也聽不懂，但是這樣的教學很容易導致學生學得快，忘得也快。“蜻蜓點水”的學習，缺乏深度學習，學生課堂上可能記住了結論，但是在后期使用過程中不能靈活運用。

關于《材料物理性能》這門課程的教學改革和教學模式探索，很多文獻的主要觀點是圍繞學生自主創新和實踐能力的培養。但是創新和實踐能力如果缺乏扎實的理論知識做后盾是很難培養起來的，最終培養的學生只能掌握一些概念性的東西，缺乏靈活運用和開發能力。《材料物理性能》作為物理理論和材料性能有效結合的一門課，其知識的深度學習對于培養高規格人才至關重要。只有準確掌握并能靈活運用理論知識的人，才能將材料很好地開發應用。

三、材料物理性能教學模式思考與方法

（一）學生學習需求調查的必要性

目前，本科生的知識獲取渠道簡便而且廣泛。一些學生會弱化課堂授課的作用，認為不會的東西網上一問便知。信息的直接性減少了學生思考問題和解決問題的能力。針對這樣的學生群體，如何抓好學生的課堂學習效率和能力，成為教師亟待思考和解決的問題。而對學生知根知底的學習狀態調查，了解學生學習需求和自身狀態，對培養高質量人才很有必要。例如，了解所授課班級中學生將來畢業直接工作和繼續深造人數，教師根據學生需求實施不同的教學方法。對于畢業后愿意工作的學生，平時教學注重工程實踐性，而對于日后繼續深造的學生，分配給的學習任務應該注重理論知識的深度理解。

（二）教學模式改革

1.教學手段的改革——加強學生課堂參與感。在傳統的專業基礎課教學中，教師講，學生被動聽，學生過于依賴教師講解、懶于思考。因此，如何提高學生對專業基礎課程學習的積極性是亟待解決的問題。多媒體授課與板書結合是目前公認的有效的教學手段，尤其針對像《材料物理性能》這樣內容多而抽象的課程，多媒體技術提供的圖片、動畫和視頻等可以讓學生更加容易理解原本枯燥和抽象的物理知識。多媒體教學在實現課堂多樣化學習的同時，也增加了課堂信息量。如果學生都能認真聽講，相信他們都能夠很好地理解所學知識。但是課堂上過多信息的灌入，會使學生產生疲勞感，尤其是在信息和網絡發達的時代。如何改變這種現狀呢？除了課堂提問和簡單互動等手段，筆者針對自己親身上課體會提出以下方法：增加學生課堂參與度（課堂限時學習講解）。課堂上，如果有大部分學生課堂注意力分散，可以考慮暫時停止講課，把沒有講過的一個知識點分配給學生，讓學生在有限的時間內自學，然后講解。本方法類似翻轉課堂，但又有所區別，不同點是本方法嚴格限制了學生的學習時間。該方法把被動聽課的學生變成主動的講解者，考查了學生的自學能力。自己的自學能力如何，考試成績不能很好地說明問題，而自己能夠短時間內把沒有學過的東西通過自學且很好地講出來才能說明學習能力。這樣的限時訓練讓學生認識到自己的不足，認識到本科學習期間不只是學習理論知識，學習能力的培養也同樣重要。

2.學生參與備課。教師在制作多媒體課件的時候，讓學生參與其中，比如針對下一節課的講課內容，教師提出一個重要的知識點，學生三五人一組制作圖片或者動畫，教師在準備課件的時候放入學生制作的課件。在講課的過程中，學生看到自己的圖片或者動畫被教師放入課件，會產生一定的滿足感和自豪感。增加了學生的課堂參與感，課堂中有期待，能更好地認真聽講。同時該方法將學生從被動接受的狀態中解放出來，發揮了其主動性，鍛煉了學生學習能力的同時，也增加了師生之間的交流。另外，可以將此作為學生平時成績的考核內容之一，教師提出的知識點也是本節課的重點。

（三）教學內容的改革

作為材料專業的學生，材料靈活應用的前提是理論知識的精確掌握。我們在講解材料物理性能的時候，材料每一種性能的物理概念和本質以及影響因素都要重點講解。此外，有些知識點的公式推導也是很有必要的。例如，關于熱導率和電導率關系式，魏德曼—弗蘭茲給出二者之比正比于溫度的定律，書中只是給出了結論，但這樣的關系是如何得來的，經過課堂上仔細講解和推導，雖然用時較長，但是學生理解更透徹。再比如，材料熱膨脹的本質模型講解，我們知道熱膨脹本質是點陣結構中的質點間平均距離隨溫度升高而增大，課堂上詳細講解了該模型公式的推導計算，最后得出位移與溫度的關系式，最后考試表明學生該部分的掌握要好于淺顯講解的知識點。

在進行深度理論知識教授的同時，還要涉及材料物理性能的應用以及在特定應用環境下材料的物理性能改變。深度理論講解結合材料性能實際應用及改變，更有利于加深學生對知識的理解程度，提高學生的學習動力，更重要的是為了培養更高層次的人才打下基礎。對于普通本科院校來說，每年材料學科考研學生數量不斷增加，而材料中理論知識深度講解對于進入更高層次院校的學生進修做了良好鋪墊。

四、結論

本文在工程認證和以本為本的教育理念指導下，提出《材料物理性能》課程的教學改革。從調查學生自身需求、教學內容建設和教學方法手段等方面進行改革和實踐，以充分調動學生學習積極性和課堂參與感為指導思想，達到提高學生自我學習能力和提升專業技能的培養目的。在今后的教學過程中我們還需要不斷鉆研教學內容和探索課程教學評價機制，進一步提高本科生培養質量。

參考文獻：

[1]趙躍宇.“以本為本”回歸高等教育初心[N].中國教育報（高教周刊），2018-05.

[2]楊振宏，楊書宏，宋守信，等.國外工程教育（本科）專業認證分析與借鑒[J].中國安全科學學報，2009，（02）：61.

[3]鄭贛鴻，戴振翔，馬永青.《材料物理性能》課程的教學改革[J].教育教學論壇，2018，（29）：110-111.

Based on Engineering Education and People-oriented Education Exploration of Teaching Mode for the Course of "Physical Properties of Materials"

YUAN Yan-yan，LIU Rui，LAN Rui

（National Demonstration Center for Experimental Materials Science and Engineering Education，Jiangsu University of Science and Technology，Zhenjiang，Jiangsu 212003，China）

Abstract：Based on the engineering education and people-oriented education concept，taking an example of the course of "Physical Properties of Materials"，this paper aims to explore the training mode and cultivation of the undergraduates' efficient learning ability by optimizing the teaching model.In addition，the author discusses the improvement of students' learning ability from the view of the understanding of students' own needs，the construction of the teaching content，teaching methods.Thus，it is useful for cultivating high-standard and advanced engineering and technical talents.

Key words："Physical Properties of Materials";teaching method;undergraduate teaching