應用型大學中“材料化學”課程教學現狀分析及改革探索

王 茜 滕瑩雪 陳書文 亢淑梅 包 碩

遼寧科技大學材料與冶金學院 遼寧鞍山 114051

材料化學是材料科學與化學相結合的新興學科，具有交叉性和前沿性的特點，主要培養學生運用化學原理研究材料科學領域的相關問題。黨的十九大開啟了加快高等教育現代化、建設高等教育強國的歷史新征程，國家號召全面推進新時代應用型大學建設，這對應用型大學中材料化學專業學生工程素質、創新精神、實踐能力等方面的培養提出新的要求和挑戰[1]。“材料化學”作為材料化學本科生必修的專業基礎課，是材料化學專業重要的核心課程之一。本課程主要研究材料的制備、組成、結構、性質及其應用等基本內容，它同時包含材料研究過程中涉及的化學基礎知識及材料在實際中的應用，具有理論和實踐相結合的特點，與培養創新應用型人才的目標高度吻合[2-3]。因此，對“材料化學”課程教學進行改革和探索，對推動材料化學專業應用型人才的培養具有重要意義。

1 “材料化學”課程教學現狀分析

“材料化學”是遼寧科技大學針對材料化學專業本科生開設的一門專業基礎課，理論學時為56學時，與本課程相關的實驗教學內容在材料化學專業實驗課程中講授。“材料化學”開設在材料化學專業大二下學期，學生在此之前已學習了“無機化學”“有機化學”“分析化學”等基礎化學課程，掌握了化學的基礎理論和知識。課程選用的教學用書是曾兆華和楊建文主編、化學工業出版社出版的《材料化學》，主要參考書目是朱光明和秦華宇主編、機械工業出版社出版的《材料化學》，宿輝主編、北京大學出版社出版的《材料化學》及Fahlman主編、Springer出版社出版的《Materials Chemistry》。課程共分十個章節進行講授，除第一章緒論外，其余九章分為兩部分——基礎部分和應用部分[4]。基礎部分包括材料的結構、材料的性能、材料化學熱力學基礎和材料的制備；應用部分包括金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料、復合材料和納米材料。基于作者在授課過程中的教學經驗和反思，現階段“材料化學”課程教學主要存在如下問題：

(1)“材料化學”課程涵蓋材料、物理、化學等多學科的相關內容，對學生的理論基礎要求相對較高。學生在本門課程之前尚未學習“物理化學”課程，缺少化學熱力學和動力學及電化學等方面的理論基礎，因而在材料化學熱力學基礎和涉及電化學的能源材料等內容的學習過程中感覺難度較大。另外，在應用部分內容中主要介紹各類先進材料如功能陶瓷、電子信息材料、納米材料等，要求學生具有半導體物理、量子力學等物理知識儲備，這在一定程度上增加了學習難度。

(2)由于材料化學學科交叉性的特點，使得“材料化學”課程的授課內容與材料化學專業其他課程存在交叉重疊的地方。例如，材料的結構這一章節與“材料科學基礎”課程中晶體結構和缺陷部分內容相近；材料化學熱力學基礎這一章節的內容在“物理化學”課程中也會涉及；材料的制備部分內容與“材料合成與制備技術”課程也存在重疊之處。因此，在教學過程中難免會存在對相同知識點重復講解的問題。

(3)“材料化學”課程中基礎部分理論性較強，應用部分涉及的內容較為廣泛，知識點雜而多，整體上教學內容較多，而理論教學學時有限。如何平衡各章節間的學時分配，并將理論知識與各類材料的應用相結合，做到知識點詳略得當、融會貫通，對教學團隊在課程設計、學時安排、教學方法等方面有很高的要求。

(4)材料化學學科具有前沿性的特點，隨著新材料、新技術的快速發展，材料的合成和制備手段不斷創新，各類新型材料也層出不窮。課程使用的教材及參考書目撰寫較早，因而無法跟蹤最新研究成果和材料相關產業發展現狀。另外，遼寧科技大學材料化學專業以培養能夠在新能源電化學材料合成與制備、金屬腐蝕與防護、材料化學成分分析、材料組織結構與性能表征等相關行業和領域從事生產、制造、研發等工作的應用型高級工程技術人才為目標，而“材料化學”課程與專業培養目標結合不夠緊密，與工程應用相關的內容較少。

(5)教學方式較為傳統，現階段“材料化學”課程主要以多媒體課件結合板書講解為主，授課方式相對單一，學生參與度較低，學習興趣不高。課件內容多以靜態形式展示，而動畫和視頻較少。同時，考核方式仍以期末考試為主，這導致部分學生平時聽課不認真，僅在期末階段突擊復習，學習效果不佳。

2 “材料化學”課程改革實踐探索

2.1 優化課程結構設計

依照材料化學專業培養計劃，結合學校專業自身特點，對“材料化學”課程整體結構進行優化設計，并與其他相關課程做好承上啟下的銜接。在前三個學期的“創新教育”“創新創業專題”等課程中，由材料化學專業多位教師結合專業特色和團隊及個人科研方向以專題講座的形式向學生介紹材料發展歷史和前沿進展，增加學生對材料化學學科的了解和興趣。在大二上學期的“認識實習”實踐教學中，帶領學生到鋼鐵、化工、能源等相關企業參觀學習，使學生對實際生產和應用有直觀的認識。在課堂教學過程中，將生產及科研實際與理論相結合，使學生能夠初步運用材料化學基礎理論和研究方法解決材料研發及應用中的問題。例如，在講授材料的化學性能時，通過列舉典型的腐蝕失效案例，啟發學生從化學腐蝕及電化學腐蝕機理中尋找金屬材料腐蝕防護的方法。

同時，本專業任課教師圍繞不同課程中重疊的知識點進行討論和梳理，分清主次，避免相同知識點的反復講解。例如，“材料化學”課程中可以適當減少對材料的結構、化學熱力學基礎等章節的學時分配，因為在同學期“材料科學基礎”和“物理化學”課程中會對這些內容進行更具體深入的講解；金屬材料部分可以減少對鋼鐵材料的介紹，這部分內容主要在“金屬材料學”課程中詳細學習。另外，還需注意一些知識點在“材料化學”課程各章節中的前后銜接。例如，材料的制備章節中包含晶體生長技術的內容，其中提拉法已成熟應用于硅、鍺、砷化鎵等半導體材料的制備，而在無機非金屬材料章節中也涉及半導體材料的特點、制備和應用等相關知識點。因此，在介紹提拉法時以半導體材料的應用背景作為引入點，在講授半導體材料時引導學生復習提拉法制備單晶硅的原理，讓學生將材料的制備技術和應用有機結合起來，真正做到知識點的融會貫通。

2.2 及時更新完善教學內容

“材料化學”課程授課內容應做到與時俱進，教師將材料前沿進展和科研成果融入教學中[5-6]。例如，在材料的制備章節中增加關于增材制造的內容，在金屬材料章節中增加關于高熵合金的介紹等。授課內容還應緊跟國家戰略新興產業規劃和“卡脖子”的關鍵技術，向學生們介紹新材料、新能源、高端裝備制造等領域急需解決的材料問題，提高學生民族責任感和使命感，培養學習興趣。例如，在講授納米材料時，以不同維度的碳基材料為例，向學生介紹我國碳基材料的發展現狀和亟待攻關的“卡脖子”技術難題。課程還可以與日常生活相結合，讓學生可以更直觀地了解材料在生活中的應用。例如，介紹形狀記憶合金時以眼鏡架材料為例，介紹復合材料時以玻璃鋼材料為例等。另外，教師也可將最新研究成果、學術論文與課程知識點相結合，讓學生了解材料化學領域最前沿的研究熱點。例如，在講授鈣鈦礦型晶體結構時，可以向學生們介紹鈣鈦礦太陽能電池領域的最新研究成果。

2.3 創新教學方法

在多媒體課件和板書的線下教學基礎上，利用超星學習通、藍墨云班課、雨課堂等線上學習平臺進行混合式教學，并結合優質慕課資源，提高學生學習質量[7-8]。以學習通學習平臺為例，在平臺上創建“材料化學”課程，將學生全部添加至課程班級中，并在平臺資源模塊共享課件、視頻、練習題等輔助學習資料。課前在平臺上發布預習內容，讓學生提前明確即將學習的章節和重點、難點，學生也可反饋預習過程中遇到的問題，以便老師掌握學生預習情況，并對課堂教學內容加以調整。課中可以利用活動模塊與學生展開教學互動，例如簽到活動可以讓教師及時掌握學生出勤情況，搶答活動可以適當活躍課堂氣氛，調動學生積極性。同時，可以借助測試活動進行簡短的隨堂小測驗，題型以選擇題、判斷題、填空題為主，加深學生對本節所學重點內容的理解，教師也可通過測試結果掌握學生的學習效果。課后通過平臺上的作用模塊發布作業，也可利用頭腦風暴和討論活動發布課后思考題，對重難點問題加以鞏固。整個授課周期中，教師可以通過學習通平臺的數據及時跟進學生的學習情況，關注學習積極度不高的同學，培養他們的學習興趣，激發他們的學習動力。另外，還可以在授課過程中適當采用PBL教學法和“翻轉課堂”的教學模式。例如，在講授生物醫用材料時可應用PBL教學法，以問題為基礎，提出“同學們了解的生物醫用材料有哪些”“對生物醫用材料的性能有哪些要求”等相關問題；并以學生為主導，讓學生結合這些問題去思考。教師也可提前布置一些課程相關的開放性課題，學生分組查閱相關文獻資料、歸納總結、制作PPT，并在課堂上進行講解，教師和其他學生可以根據講解內容進行提問和交流。整個過程鍛煉了學生提出問題、分析問題、解決問題的能力，同時也加深了對相關知識點的掌握。

2.4 課程考核方式改革

考核的目的是激勵學生學習的自主性和積極性，并掌握學生對整門課程的學習情況。以往平時成績主要參考學生的出勤情況、課上回答問題情況及課后完成作業情況，很難評價整個教學過程中學生的表現。因此，可以將混合式教學和翻轉課堂的結果引入成績評價體系中[9]。線上學習平臺可以對學生參與學習情況進行定量評價，包括相關學習資料查看情況、出勤情況、課堂測試成績、討論參與情況等。翻轉課堂過程中，每組成員講解后可由老師和其他學生共同打分評價。另外，期末考試逐漸從任課教師獨立命題的傳統考試模式向教考分離的新型考試模式過渡，以便更客觀地對教學過程和效果進行評價。

新的考核方式由出勤、課堂測試、課后作業、翻轉課堂PPT演講、期末考試構成。各項考核占比如下：出勤(10%)、課堂測試(10%)、課后作業(10%)、翻轉課堂PPT演講(20%)、期末考試(50%)。具體評分標準如下：

(1)出勤及課堂表現占總成績的10%，出勤及表現考核貫穿整個學習過程，主要考核學生個體在上課過程中的出勤、學習積極性、學習態度、課堂紀律、聽課狀態、課堂互動等情況。

(2)課堂測試成績占總成績的10%。借助線上學習軟件測試活動進行簡短的隨堂小測驗，題型以選擇題、判斷題、填空題為主，主要考核學生對本節所學重要知識點的理解。

(3)課后作業占總成績的10%。題型以名詞解釋、簡答題、論述題為主，主要考核學生在課后的復習情況和對重難點知識的掌握。

(4)翻轉課堂PPT演講占總成績的20%。具體實施方式是將全部學生分為若干個討論小組，每組3至5人，并提前布置一些與材料化學課程相關的開放性課題。學生可以圍繞這些開放性課題進行選題，也可以結合個人興趣進行自主選題，并對所選課題進行文獻資料調研。在此基礎上結合課程所學內容制作PPT，在課堂上進行翻轉課堂講述與討論，促進培養學生文獻檢索、綜合分析的能力。PPT演講分數由PPT內容(50%)、PPT演講(30%)和回答問題(20%)三部分構成。

(5)期末考試占總成績的50%。期末考試采取閉卷考試的方式進行，考試題型有選擇題、填空題、名詞解釋、簡答題和論述題。材料化學課程授課團隊教師們共同創建課程題庫，在考試前，由指定教師按照章節、知識點、題型及難易程度等對題目進行選擇組卷。

結語

綜上所述，通過對“材料化學”課程的結構設計、教學內容、教學方法及考核方式進行創新和探索，可以提高學生自主學習能力，提高教學質量，同時還有利于培養學生綜合運用材料化學基礎知識和研究方法解決實際應用問題的能力。在今后的教學中，要繼續結合應用型大學人才培養目標，不斷對課程進行優化和改進。