新工科理念下材料熱力學課堂案例教學創(chuàng)新與實踐

凌意瀚 馬振凱 歐雪梅

[摘 要]作為材料科學與工程專業(yè)研究生的專業(yè)基礎核心課程，材料熱力學的根本任務在于培養(yǎng)研究生將熱力學基本原理應用于材料科研實踐中的能力。以中國礦業(yè)大學研究生課程材料熱力學為例，從教學設計及實踐的革新入手，對課程的教學內容、教學方法和考核等進行探索和實踐，以提高研究生專業(yè)核心課程材料熱力學的教學效果。在新工科理念下，通過重組和優(yōu)化整個課程教學體系，探討形式多樣的教學方法，改革實驗教學內容。

[關鍵詞]材料熱力學;案例創(chuàng)新教學;教改

[基金項目]2019年度中國礦業(yè)大學研究生教育教學改革項目“新工科理念下《材料熱力學》課堂案例教學創(chuàng)新與實踐”（2019YJSJG030）

[作者簡介]凌意瀚（1986—），男，安徽池州人，博士，中國礦業(yè)大學材料與物理學院博士生導師，特聘研究員，主要從事新能源技術—燃料電池研究。

[中圖分類號] G642[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）32-0246-02[收稿日期] 2019-12-24

材料熱力學是材料科學與工程學科研究生教學用書之一，是本科生材料熱力學的進一步深入。材料熱力學的編寫目的是幫助研究生進一步掌握熱力學理論，并能進行材料熱力學研究。該門課程主要涉及經(jīng)典熱力學和統(tǒng)計熱力學理論在材料中的相和組織形成規(guī)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。該課程包括了很多的數(shù)學表達內容，一系列的數(shù)學推導公式使得學生難以理解，這表現(xiàn)了該課程的理論性強、數(shù)學表達式多以及學習的挑戰(zhàn)性。同時該門課程對教師的教學也具有很高的要求。改進教學方法，提高這門課的授課效果，調動學生的學習積極性顯得尤為重要。本文著重從教學方法、互動性以及考核方式等三方面進行教學改革，以更好地提高教學效果，激發(fā)學生學習興趣。

一、傳統(tǒng)教學模式的不足

中國礦業(yè)大學材料工程與科學在60余年的發(fā)展歷程中不斷改革創(chuàng)新，求是進步，以培養(yǎng)“高素質、強能力、應用型”專門人才，為我國材料行業(yè)人才隊伍添磚加瓦為己任，努力提高教學的質量。但是學院傳統(tǒng)課堂教學仍有很多不足，例如忽視了學生的課堂主體，同時該課程包含了許多抽象難懂的公式內容[1-3]，這些因素導致學生們反映該門課程，理論性強、公式多、難以及時跟進。教學方法單一、枯燥，容易使學生失去學習興趣，不利于學生對教學難點的掌握。通過學習觀察比較，我認為在傳統(tǒng)課堂教學中主要存在以下不足：

（一）課程教學模式單調

目前大學課堂中教學手段通常以老師的單獨授課為主，即老師在上邊講述推導復雜的公式，但是由于該課程的復雜和晦澀難懂，部分學生難以及時理解并做好筆記。有一些教師先入為主地引導，按照預備的PPT和課堂備案來講解，牽著學生的鼻子走，有填鴨之嫌，并且當代學生參與互動的積極性也普遍低下，導致單方面的教學，嚴重制約了學生發(fā)散思維的培養(yǎng)。

（二）考核方式不夠科學

大學對于各科的測試，不僅僅能夠測評學生們的水平以及他們對于知識的吸收情況，也可以給予教師能力的肯定。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，但這并不能夠作為評價學生的唯一標準，一般學生們的最終成績并非只是由期末的筆試成績決定，因為它基本無法將學生們的學習情況好壞進行科學的測評，也不可以判斷學生在平時能否熟練運用所學知識。考評成績一般由期末的開卷筆試、作業(yè)和平時成績三部分組成。課程考試占總成績的70%，作業(yè)和平時成績一共占30%。這個比例導致一錘定音，在考試前學生突擊基本可以通過，導致學生知識掌握不夠扎實，僅為考試而學。

（三）互動性不足

隨著科技的發(fā)展，手機、多媒體的應用導致學生在課堂上的互動性越來越差。教師的多媒體教學導致部分學生在學習過程中遇到困難，就不再去跟進教師煩瑣的黑板板書的公式推導和理論講解，而期待著課后PPT的下載，而對于一些課堂問題的答案，現(xiàn)在大多數(shù)也可以通過各類搜索引擎得到相關答案，這降低了學生思考的主動性，同時也降低了教師與學生之間對于問題的討論與互動。

二、創(chuàng)新教學與實踐方案

案例教學以其新穎生動的特點受到師生的喜愛。傳統(tǒng)的案例教學主要是以教師為講授主體，以知識傳授為主要渠道，對學生進行理論灌輸，難以適應當前國家對于創(chuàng)新性工程人才的培養(yǎng)要求[4-5]。從整體上講，創(chuàng)新性案例教學的特征體現(xiàn)在以下幾個方面：

（一）選擇具有吸引力的案例與教學工具

在材料熱力學課程教學中，為使抽象的教學內容更直觀化和形象化，通過增加典型實物型的教學道具進行輔助教學。例如，在講授三元相圖時，使用三維實體模型來描述溫度、組成與相態(tài)之間的典型關系，利用COMSOL等軟件來描述溫度、組成與相態(tài)之間的數(shù)學關系。在課堂上通過使用各種模擬軟件例如FLUENT、COMSOL、CHEMKIN等教授相關案例教學，同時布置相關課堂作業(yè)，使學生通過課堂學習之后再通過模擬軟件作業(yè)的方式親身參與到案例和學習中來，通過自己動手來達到知識的融會貫通。讓學生們在課堂上能夠直觀地理解材料的組織、結構的變化，從而實現(xiàn)教學水平的提高。

（二）以學生為中心

傳統(tǒng)的案例教學以教師為中心，進行填鴨式的教學，學生被動地接受老師授予的知識，而不去消化吸收，還有的滿堂問，大都是齊答，有相當一部分學生是隨聲附和。創(chuàng)新性案例教學則是將學生主體放置在核心的位置上，充分強調學生在案例教學中的地位，充分調動學生的好奇心。從學生實際出發(fā);根據(jù)學生的知識水平與心理特點，找出能誘發(fā)他們思維的興趣點來問，注意生成性的問題;在教學實踐中大膽地探索和嘗試，把課堂、時間和練習的機會還給學生。在這種理念和實踐中充分相信每個學生，讓每個學生不同程度地取得進步，最終達到學會的目標。

（三）注重學生能力培養(yǎng)，考核方式優(yōu)化

注重學生能力培養(yǎng)是創(chuàng)新性案例教學的核心特征。這一特征主要體現(xiàn)在問題的提出、解決問題的方案設計以及實地操作，直至最后的系統(tǒng)總結都蘊含著對學生多種能力的培養(yǎng)。當問題出現(xiàn)后，教師應引導學生去思考、去動手，從而培養(yǎng)學生獨立思考、獨立分析、獨立操作以及獨立總結的能力，將課堂表現(xiàn)作為成績的重要考核部分，使最終考試只有40%左右的內容依靠書本可以得分，剩下的60%的內容必須靈活利用所學知識才能完全做對。同時對期末的開卷考試考場秩序進行嚴格控制，杜絕作弊;考查學生對知識的掌握，杜絕僅憑突擊得高分的現(xiàn)象。對于作業(yè)的評價，要嚴格把控作業(yè)的質量，分組布置作業(yè)，隨機抽取作業(yè)，避免互相抄襲的現(xiàn)象，以此全面提高教學質量水平。

參考文獻

[1]王群，李楊，霍華，吳曉宏.工科化學類研究生材料熱力學課程教學體系改革研究[J].大學化學，2018，33（2）：12-17.

[2]谷萬里，方曉英，朱光明，秦聰祥.《材料熱力學》課程信息化教學模式初探[J].科技資訊，2019，17（21）：75-76.

[3]靳濤，韓明臣.加強材料熱力學理論—促進創(chuàng)新能力提高的教學實踐[J].教育現(xiàn)代化，2020，7（24）：12-15+51.

[4]邵輝，葛秀坤，畢海普，趙慶賢，郝永梅，邢志祥.工程教育認證在專業(yè)建設中的引領與改革思考[J].常州大學學報（社會科學版），2014（1）：105.

[5]王洪才，李慧.運用生成性案例實現(xiàn)創(chuàng)新性教學[J].中國高等教育，2013（19）：44.