淺析《材料物理化學》的課程教學改革

后振中 李穎 李素麗 楊來俠 盧海

摘?要：《材料物理化學》是材料科學與工程專業必修的基礎理論課程，也是比較難學的一門課程。針對該課程的特點，論文從教學方法和考核方式兩大方面提出了具體改革措施，同時闡明了這些措施在教學過程中的意義。通過教學改革能夠激發學生的學習興趣，培養學生的創新思維和綜合素質，也能更加全面而客觀地評價學生的綜合能力，有利于進一步提升教學水平。

關鍵詞：材料物理化學;思維導圖;合作性學習;多元化考核;教學改革

作為一門材料學專業必修的基礎理論課程，《材料物理化學》在整個教學計劃的各種專業課程中居于承上啟下的重要地位。該課程以凝聚態物質為分析對象，以物理化學理論為依據闡明了材料學的基礎理論問題，內容涵蓋物質的狀態與表征、熱力學基本原理及其在凝聚態物質中的應用、動力學基本原理及其在化學反應中的應用、相平衡與化學平衡、電化學、表面與界面[1]。目的在于使學生深刻認識材料物理和化學變化過程中的基本規律，培養和鍛煉學生分析問題和解決問題的能力，為將來獨立從事行業和科研工作打下基礎。

《材料物理化學》課程內容抽象、理論性強并且學科交叉明顯，要求學生在高等數學、物理和化學方面都要有良好的基礎，學生往往覺得學習困難度較大而且枯燥乏味，學習興趣普遍較低。另外，工程教育專業認證對本科教學提出了更加明確的目標定位，各類課程的教學課時數明顯壓縮，教學內容也不斷更新[2，3]。很明顯，傳統教學模式已經無法適應新形勢下《材料物理化學》課程的教學要求，必須對既有教學模式進行改革和創新，從而全面提高教學質量和效果。結合最近幾年的教學實踐，筆者從以下幾方面進行探討。

一、教學方法改革

（一）思維導圖教學

20世紀70年代，英國著名心理學家、世界記憶錦標賽創始人Tony?Buzan發明了一種簡單有效、實用性很強的開創性思維工具——思維導圖（The?Mind?Map），又叫心智導圖[4]。它運用圖文并重的技巧把各知識點歸納為各個主題，再用關鍵詞、圖像等鏈接出相互的關系層次，建立它們之間的記憶鏈接，充分發揮人類左右腦的機能，開啟大腦的無限潛能。作為一種可視化的教學輔助工具，思維導圖在各個學科領域獲得了越來越廣泛的應用[5-7]。針對《材料物理化學》課程概念多、公式多、邏輯性強的特點，思維導圖的運用可以幫助學生在課堂上迅速建立起抽象知識點間的聯系，有利于學生準確把握重點和難點，實現知識體系的整合，同時也有利于培養學生嚴謹的邏輯思維能力。

借助多媒體的手段，在課堂上根據思維導圖的框架把相應的教學內容一步步展示給學生們，使各知識點之間的聯系清晰明了，實現知識的從點到線再到面的全面架構，形成知識網，從而增強知識的遷移能力。下圖是《材料物理化學》中以熱力學第一定律教學內容為例制作的思維導圖，在此框架下學生可以系統地、有重點地、多角度地感知知識，能夠激發學生的發散思維，提升邏輯歸納能力，提高學習效率。在教學中合理利用思維導圖可以有效解決學生在學習過程中“一葉障目不見泰山”的問題，為學生融會貫通所學知識打下堅實的基礎。

熱力學第一定律教學內容的思維導圖

（二）合作性學習

合作性學習興起于20世紀70年代，它以學習小組為基本單位，以小組成員之間的良性互動為基礎，共同完成學習任務，是一種富有創意和實效的教學理論與策略體系[8]。目的是讓學生在學習中通過互相幫助、資源共享、分工合作來體驗學習樂趣，并對其情感、態度和價值觀等產生積極影響，有利于學生之間相互取長補短，發揮自身特點，從而形成整體優勢，獲得最好的學習效果。

通過合理分組使學生形成穩定的學習小組，在教學中設計一些開放性問題供小組討論，要求組員提出自己的見解，協調不同的意見，分析和選擇解決問題的途徑，最終實現問題的有效解決。在討論過程中，每個學生既能獲取知識又能幫助影響他人，既滿足了歸屬感，又提升了自信心，提高了對材料物理化學的興趣，更加深了對相關知識的理解，只有發展成這種真正的合作性關系，才能形成有效學習。在教學中引入合作性學習充分體現了以學生為本的教學理念，有利于培養學生觀察分析、歸納總結的科研創新能力和與人協作、與人溝通的人際交往能力。

（三）科研滲透教學

《材料物理化學》的基本理論體系是經典物理化學理論在凝聚態物質中的應用，因此在教學中不可避免地要反復且大量地講解經典理論，導致教學過程枯燥乏味。事實上，《材料物理化學》的實用性很強，與人類的生產、生活和科學研究密不可分。特別是近幾十年來能源、環境和材料科學三大領域的科技發展最為突出，《材料物理化學》的教學也應該與時俱進，與上述三大領域的科研前沿緊密結合、相互滲透，將最新的研究進展和科技成果展現給學生，通過學以致用激發學習興趣。鼓勵學生積極參與教師的科研項目，建立研究小組，一方面便于開展合作性學習;另一方面教師可指導學生進行科學研究，申報各級各類大學生實踐創新項目，參加“互聯網+”等創新創業大賽，形成教學推動科研，科研促進教學的良性循環。這樣不僅能夠有效提升學生的專業知識水平，而且更有利于培養學生的創新思維和綜合應用能力。

二、考核評價改革

目前，試卷考試模式仍然在《材料物理化學》課程的考核評價體系中占有核心地位，但傳統命題方式存在明顯弊端，具體表現為誰上課誰命題，難免引入任課教師的主觀性，這就對學生掌握的知識內容難以做出客觀的評價。為了改變這個問題，需要從兩方面入手，一是建立標準化試題庫;二是實現多元化考核。

（一）建立標準化試題庫

根據材料專業的特點建立涵蓋課程全部內容的標準化試題庫，同一內容的題目可設計多種題型，靈活考查，也可分解成幾個題目，同時標記不同題目的難易差別，特別突出體現學生對知識點理解出現謬誤的題目，按照比例要求隨機選取不同難度和知識點范圍的試題組成考試卷，最大限度避免傳統命題的主觀性。

（二）實現多元化考核

除了試卷考核以外，還可以建立另外兩種考核模式：（1）課堂實時考核。在合作性學習分組的基礎上，授課教師當堂擬定與課程內容密切相關的問題，引導學習小組進行分析、討論，教師根據解答問題的情況進行綜合評分，對學生的不足和優點都要給出明確點評。另外，對于課程的重點內容進行隨堂測試，考察學生的課堂接受能力，同時兼具考勤的效果。（2）課后延伸考核。通過建立微信或QQ討論群，學生可在課后圍繞課堂內容進行線上提問，教師給予實時解答，同時允許學生匿名指出教學過程中的問題，教師收集并分析反饋信息，及時修正教學過程。每一章都會針對相應知識點在群中布置作業，根據學生的討論發言及回答精準度給出分數。上述新的考核辦法把傳統的結果質量控制轉變為過程質量控制，不僅使考核多元化，而且促使學生建立合作性關系，形成有效學習，確保對基礎理論知識的掌握。

三、結語

《材料物理化學》是材料學專業重要的基礎理論課程，其教學改革任重道遠，需要廣大任課教師不斷探索、完善和改進。本文對教學方法和考核模式改革的探討，充分體現了《材料物理化學》課程的特點，有利于增強學生的學習興趣，調動學生的主觀能動性，幫助學生更好地理解課程知識體系和抽象理論，提升學生的綜合素質，同時也能較全面和客觀地評價學生的綜合能力，提高教學效果。

參考文獻：

[1]吳鏘，王雄.材料物理化學[M].國防工業出版社，2012.

[2]王瑞芳，趙春霞，李輝，等.基于工程認證的材料物理化學課程評價體系研究與探索[J].教育現代化，2019，（24）：136-137.

[3]覃月寧.工程教育認證背景下獨立學院化學工程與工藝專業實踐教學改革研究[J].課程教育研究，2018，7：243-245.

[4]李明明.思維導圖在物理化學教學中的應用[J].化工教學，2019，45（1）：156-157.

[5]楊懷瑾.思維導圖在藥劑專業課程教學中的應用[J].衛生職業教育，2020，（2）：75-77.

[6]張昊.思維導圖在《政策與法律法規》教學中的應用[J].教育現代化，2018，（47）：206-207.

[7]徐鶴，黃海平，李鵬.基于思維導圖的數據結構課程教學改革探討[J].電腦知識與技術，2018，（32）：108-109.

[8]后振中.合作性學習在物理化學實驗教學中的作用[J].教育教學論壇，2015，（44）：229-230.

基金項目：陜西省重點研發計劃項目（2017GY-133）;陜西省教育廳專項科研計劃項目（17JK0512）;西安科技大學高等教育研究項目（GJY-2019-YB-3）

作者簡介：后振中（1981—），男，漢族，河南新鄉人，博士，講師，研究方向：新能源材料。