《無機材料工藝學(xué)》課程改革淺談*

韓 陽，尹曉杰，李宏林，張 楊，李明玲，尹艷君

(巢湖學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，安徽 合肥 238000)

《無機材料工藝學(xué)》作為無機非金屬材料工程專業(yè)課程體系的核心，主要以材料制備和生產(chǎn)需求為指導(dǎo)，對工藝流程和單元裝備進(jìn)行設(shè)計和布置。課程內(nèi)容包含傳統(tǒng)無機材料的生產(chǎn)工藝流程，介紹了無機材料的性質(zhì)、生產(chǎn)制度和單元設(shè)備。并且根據(jù)環(huán)境需要與生產(chǎn)需求的聯(lián)系，在課程中加入了環(huán)境保護(hù)相關(guān)內(nèi)容，主要介紹生產(chǎn)工藝對環(huán)境的影響、環(huán)保設(shè)備的功能以及在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用[1]。學(xué)生通過學(xué)習(xí)本門課程，掌握無機材料特別是無機非金屬材料的性質(zhì)和相關(guān)產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域、材料的生產(chǎn)工藝流程、以及生產(chǎn)制度和相關(guān)設(shè)備，并能夠依據(jù)經(jīng)濟、環(huán)境和安全等因素設(shè)計生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在設(shè)計過程中體現(xiàn)創(chuàng)新意識。

《無機材料工藝學(xué)》課程內(nèi)容是從生產(chǎn)實踐中總結(jié)而來，然而課程涉及的理論體系十分龐大，在學(xué)生未接觸生產(chǎn)過程前，可能對理論知識理解得不夠深刻，學(xué)習(xí)過程遇到障礙，造成學(xué)習(xí)熱情下降。學(xué)生在基礎(chǔ)知識沒有全面理解的條件下，即便有創(chuàng)新的意識和目標(biāo)，也較難根據(jù)實際問題和需求進(jìn)行靈活設(shè)計。為了提高學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識的掌握程度，能夠充分地了解知識在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)創(chuàng)新技能培養(yǎng)，該門課程從教學(xué)環(huán)節(jié)和學(xué)習(xí)方法兩方面進(jìn)行教學(xué)改革實踐，并總結(jié)經(jīng)驗[2-3]。

1 教學(xué)環(huán)節(jié)

1.1 基于生活實際引導(dǎo)學(xué)生深入教學(xué)內(nèi)容

在教學(xué)前把握教學(xué)內(nèi)容的核心，以及核心內(nèi)容在實際生活生產(chǎn)中的體現(xiàn)，根據(jù)提出問題，分析問題和解決問題的過程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生深入核心。在進(jìn)行授課時，分析日常生活中的事物，提出問題引發(fā)學(xué)生進(jìn)一步思考，在關(guān)鍵問題的驅(qū)動作用下將學(xué)生的思維引入到對課程核心。例如《無機材料工藝學(xué)》中的環(huán)境污染防治相關(guān)內(nèi)容，核心為污染的性質(zhì)和防治。課堂通過日常生活中案例和事故報道為切入點，結(jié)合國家“碳中和”政策，引入環(huán)境問題與生產(chǎn)需求的聯(lián)系，并且通過介紹重大環(huán)境事件中污染物的來源和造成危害的原因，詳細(xì)說明此次課程的核心部分——污染物性質(zhì)，最后針對污染物性質(zhì)介紹相應(yīng)的防治手段，從而引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)另一部分核心內(nèi)容——常見工業(yè)環(huán)保設(shè)備及其工作原理。《無機材料工藝學(xué)》課程核心內(nèi)容基本針對生產(chǎn)生活需求和問題，來進(jìn)行講解和分析，并給學(xué)生提供解決問題的思路和方法。

1.2 基于教材歸納總結(jié)理論，基于市場需求認(rèn)識行業(yè)發(fā)展

目前，《無機材料工藝學(xué)》課程選用武漢大學(xué)出版社出版的《無機非金屬材料工學(xué)》第四版作為參考教材。該教材內(nèi)容有三篇，第一篇各章主要內(nèi)容為生產(chǎn)工藝和設(shè)備，第二篇為無機材料及其性質(zhì)，第三篇為環(huán)境保護(hù)與治理，各篇均有其側(cè)重的內(nèi)容，而其中的內(nèi)容又存在相互聯(lián)系。在《無機材料工藝學(xué)》第二篇第10章介紹水泥性質(zhì)和生產(chǎn)工藝，水泥生產(chǎn)原料與第一篇第2章有關(guān)，而生產(chǎn)工藝內(nèi)容分布較多，涉及第一篇第3章粉磨工藝、第6章漿料成型工藝和第8章煅燒工藝。在介紹水泥工藝以及相關(guān)行業(yè)時，需要將教材內(nèi)有關(guān)內(nèi)容提煉形成主干，再將各章節(jié)有機整合在一起。再比如玻璃的生產(chǎn)工藝，包括第3章破碎粉磨工藝、第5章熔化工藝和第6章熔體成型和退火工藝，與水泥工藝的內(nèi)容有交集也有區(qū)別，在教學(xué)時需要進(jìn)行對比，歸納各種材料生產(chǎn)流程以及需要的設(shè)備，總結(jié)相似工藝和設(shè)備的共同作用和功能。課程將流程中各環(huán)節(jié)作為模塊，根據(jù)實際將模塊組合并加以調(diào)整，讓學(xué)生學(xué)會流程各工藝的具體內(nèi)容和工藝上下游聯(lián)系，為學(xué)習(xí)流程設(shè)計做好必要準(zhǔn)備。

材料的獨特功能賦予其一定價值，而其價值空間和該材料行業(yè)的發(fā)展則取決于應(yīng)用前景和市場需求。在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)以及指導(dǎo)學(xué)生就業(yè)時，除了學(xué)習(xí)和總結(jié)歸納設(shè)備功能與工藝需求，還要讓學(xué)生主動收集教材以外的信息，了解前沿材料的功能與生產(chǎn)技術(shù)，認(rèn)識到材料的發(fā)展歷程和未來人們對該材料的需求，加深對無機材料的價值和行業(yè)發(fā)展的了解。以特種功能陶瓷——生物陶瓷的課程為例，從傳統(tǒng)陶瓷的功能和生產(chǎn)流程為引入點，引出生物醫(yī)藥領(lǐng)域陶瓷材料部件(人工關(guān)節(jié)、人工骨骼、人工心臟瓣膜等)的應(yīng)用要求和生物陶瓷的獨特結(jié)構(gòu)與功能，并對比傳統(tǒng)陶瓷生產(chǎn)工藝，以及為滿足生物陶瓷應(yīng)用要求而對傳統(tǒng)工藝實施的改進(jìn)。此部分內(nèi)容和社會發(fā)展緊密相關(guān)，具有時效性，因此教師密切關(guān)注發(fā)展動態(tài)，才能讓學(xué)生理解生產(chǎn)需求導(dǎo)向與工藝流程的關(guān)系。

總之，課程的內(nèi)容和素材源自教材和行業(yè)發(fā)展兩個方面，而生活生產(chǎn)實踐情況和社會需求又是推動教材與行業(yè)發(fā)展的動力。由實際生活生產(chǎn)的相關(guān)問題引出該課程的內(nèi)容，使學(xué)生的學(xué)習(xí)具有目標(biāo)性。

1.3 內(nèi)容豐富化，展示多樣化，評價公認(rèn)化

對于知識內(nèi)容的展示，通常由感性的方式來激發(fā)興趣，再由理性思考對知識內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)歸納，深入提煉。《無機材料工藝學(xué)》內(nèi)容源自生產(chǎn)生活實踐，知識體系龐大而復(fù)雜，在較短課時內(nèi)完全展示課程內(nèi)容并不現(xiàn)實。不過很多知識內(nèi)容有相似度或具有一定關(guān)聯(lián)性，在以問題為導(dǎo)向進(jìn)行授課時，展示并梳理內(nèi)容中的關(guān)聯(lián)或規(guī)律，有利于將知識歸納成體系。比如在典型無機非金屬材料生產(chǎn)工藝流程的內(nèi)容中包含水泥、玻璃、陶瓷等多套生產(chǎn)流程，這些流程中包含破碎、成型、熱處理等相似的工藝環(huán)節(jié)，在授課時比較分析工藝環(huán)節(jié)，可展示出各環(huán)節(jié)的相似特點與組合方式等內(nèi)容，構(gòu)成有關(guān)工藝環(huán)節(jié)的知識體系。因此要挖掘內(nèi)容中的重點，以點構(gòu)線，組成多條線索并構(gòu)成多重體系，使內(nèi)容豐富而且更有條理性。

目前，《無機材料工藝學(xué)》課程的授課方式較為傳統(tǒng)，以講授為主、輔助多媒體技術(shù)來展示，而學(xué)生在日常生活中學(xué)習(xí)的過程多種多樣，不乏通過互聯(lián)網(wǎng)“快餐式”和“互動式”的學(xué)習(xí)，對感興趣的知識學(xué)習(xí)效率很高。因此，傳統(tǒng)授課模式較為單一，不能全面激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)欲望，授課環(huán)節(jié)的交互性不強，學(xué)生參與程度不高。結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣，該課程推出線上和線下并舉的方式引導(dǎo)學(xué)習(xí)，線上內(nèi)容分兩部分，一是知識學(xué)習(xí)，以動畫或模擬的方式展示各類材料在生產(chǎn)生活上的應(yīng)用、生產(chǎn)設(shè)備的工作原理和生產(chǎn)制度、工業(yè)上各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的關(guān)系；二是問題分析，建立設(shè)備模型供學(xué)生分析設(shè)備性能和運轉(zhuǎn)條件，并模擬不同工況下生產(chǎn)的多種產(chǎn)品及其性質(zhì)。線下內(nèi)容更為靈活，除了對內(nèi)容的講授和總結(jié)，結(jié)合實驗、實習(xí)和課程設(shè)計等實踐科目，評價線上內(nèi)容的仿真程度，并且根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的習(xí)慣和實際情況評估課程的價值。

同時，對學(xué)生成績的評價也是重要一環(huán)，建立被學(xué)校和社會承認(rèn)的、而且獨立于學(xué)分和獎學(xué)金以外的成就系統(tǒng)，讓學(xué)生親身體會到通過學(xué)習(xí)解鎖的成就體系，鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

2 學(xué)習(xí)方面

2.1 知識內(nèi)容的梳理

根據(jù)學(xué)生課堂反饋，《無機材料工藝學(xué)》的信息量龐大，知識要點很多，在學(xué)時內(nèi)全部掌握對理解能力和記憶力是種挑戰(zhàn)；以往隨堂記筆記等學(xué)習(xí)方式需要在課后進(jìn)行整理歸納，記憶過程更需要大量時間；一旦學(xué)習(xí)拖沓跟不上課程進(jìn)度，豐富的內(nèi)容可能會轉(zhuǎn)為負(fù)擔(dān)，因此失去學(xué)習(xí)興趣。究其原因主要是學(xué)生在學(xué)習(xí)各個知識要點時沒有建立好要點間的聯(lián)系、知識脈絡(luò)不成體系，加重了學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。學(xué)生是課堂學(xué)習(xí)的主體，而每一個學(xué)生有各自的學(xué)習(xí)方法。對于內(nèi)容復(fù)雜且龐大的《無機材料工藝學(xué)》這門課程來講，需要更有效的學(xué)習(xí)方法有效梳理內(nèi)容，構(gòu)建知識體系，在應(yīng)用時能及時調(diào)出相關(guān)內(nèi)容，全面分析。

通過調(diào)研眾多課程發(fā)現(xiàn)，思維導(dǎo)圖法可將思維路線直觀表示出來，路線中每個思維節(jié)點存在聯(lián)系，而且還可以根據(jù)聯(lián)系向外拓展，與更多知識點連接構(gòu)成知識體系，這樣可從全局視角將各個要點展示給學(xué)生[4]。而對眾多的知識點的記憶并不能完全依靠死記硬背，以關(guān)鍵字記憶或者口訣記憶[5]，讓知識體系“壓縮”成幾個關(guān)鍵詞或幾句關(guān)鍵語句，在學(xué)生回憶要點時，從關(guān)鍵詞句反向“展開”，復(fù)原知識點內(nèi)容。比如《無機材料工藝學(xué)》第3章對物料參數(shù)和反映出的性質(zhì)，可通過口訣加以概括：“七上硬，三下軟(莫氏硬度)，硬度抗力壓表面。抗斷-韌，抗沖-脆(脆性和韌性)，機械強度抗破碎。”口訣交代了物料的硬度、脆性、韌性和機械強度等參數(shù)，以及物料抗壓、抗斷裂、抗沖擊和抗破碎等物理性質(zhì)。進(jìn)一步“壓縮”可簡略稱為：斷刃(韌)，沖摧(脆)，硬崖(硬壓)，破碎力極強(機械強度)。從簡略版口訣展開，可以反向“復(fù)原”物料參數(shù)和性質(zhì)的知識要點，如能習(xí)慣使用或能進(jìn)一步改善該學(xué)習(xí)方法，可有效減輕學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，讓學(xué)習(xí)過程富有創(chuàng)造力。

2.2 知識內(nèi)容的提取和延伸

知識要點的記憶需要方法，實踐應(yīng)用過程也能對要點加深記憶。而在實踐過程中會遇到各種問題，需要學(xué)生從知識內(nèi)容中自主發(fā)覺，并用創(chuàng)新性思維來進(jìn)行分析。在授課過程中需要在講授教材的基礎(chǔ)上，啟發(fā)學(xué)生利用所學(xué)知識體系并通過創(chuàng)新思維來解決問題[6]。在介紹工藝設(shè)備時，首先通過講授教材讓學(xué)生理解設(shè)備工作原理，然后對比分析間歇式設(shè)備和連續(xù)式設(shè)備的運作過程，再總結(jié)出設(shè)備能夠進(jìn)行連續(xù)操作的原因。最后提出關(guān)鍵問題：如何在間歇式設(shè)備上進(jìn)行改進(jìn)，實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，提高效率。讓學(xué)生分組討論，老師對結(jié)果進(jìn)行分析，提煉其中包含的知識要點，加深記憶的同時，鼓勵學(xué)生積極探索的精神和創(chuàng)新能力。

3 結(jié) 語

學(xué)習(xí)《無機材料工藝學(xué)》不僅是學(xué)生的事情，也是相關(guān)授課教師的工作，是課程教學(xué)改革持續(xù)關(guān)注的內(nèi)容。以實際問題和需求為導(dǎo)向，提高教師與學(xué)生、授課與學(xué)習(xí)的互動性，提高理論與實踐的關(guān)聯(lián)性，鍛煉教師的授課能力，總結(jié)學(xué)習(xí)規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)、分析和創(chuàng)新能力，實現(xiàn)教學(xué)相長。總之，通過教學(xué)改革，使《無機材料工藝學(xué)》這門課程成為不斷提高教師授課技巧和學(xué)生學(xué)習(xí)能力的階梯。