基于化學基礎(chǔ)知識背景的金屬材料工程專業(yè)物理化學課程教學研究

劉榮梅

安徽工程大學生物與化學工程學院,安徽蕪湖,241000

基于化學基礎(chǔ)知識背景的金屬材料工程專業(yè)物理化學課程教學研究

劉榮梅

安徽工程大學生物與化學工程學院,安徽蕪湖,241000

根據(jù)金屬材料專業(yè)人才培養(yǎng)方案,從課程內(nèi)容的安排、教學方法的運用以及考核方法的改進等方面,探討物理化學課程教學改革,認為:在課程內(nèi)容安排上,應選擇與學生未來崗位需要和職業(yè)發(fā)展需要的知識,剔除理論性強而實際生產(chǎn)難以用到的內(nèi)容,同時引入學科前沿知識;在教學方法的運用上,應采取多媒體教學與傳統(tǒng)板書相結(jié)合的方法,充分發(fā)揮兩種教學方法的優(yōu)勢,從而提高教學效果;在考核方法上 ,在傳統(tǒng)考核方法的基礎(chǔ)上,引入以章為單位的學習過程考核,提高平時成績的比例,以促進學生平時學習。

物理化學;金屬材料工程專業(yè);教學研究

金屬材料工程專業(yè)的培養(yǎng)目標是培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展、誠信實干、基礎(chǔ)扎實、實踐能力強、綜合素質(zhì)高、具有創(chuàng)新精神,具備金屬材料基礎(chǔ)理論、鑄造及熱處理、表面工程等專業(yè)方向相關(guān)的工程技術(shù)知識,能在冶金、金屬材料的制備、金屬材料的鑄造成型及熱處理、材料結(jié)構(gòu)研究與分析、材料表面處理等領(lǐng)域從事科學研究、技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)、工藝和設(shè)備設(shè)計、生產(chǎn)和經(jīng)營管理等方面的應用型高級工程技術(shù)人才。物理化學是運用物理的原理和方法來研究化學變化的基本規(guī)律和理論,它所研究的是普遍適用于各個化學分支的理論問題,金屬材料的制備、鑄造成型及熱處理、材料表面處理等都需要物理化學的基礎(chǔ)理論知識為指導,因此,要實現(xiàn)該培養(yǎng)目標,學生必須掌握物理化學知識。但是,由于物理化學涉及到的知識面廣,應用條件嚴格,使用靈活,且較難理解,尤其是金屬材料專業(yè)學生只有高中化學知識背景,教師感到難教,學生感到難學,再加上課程內(nèi)容較多而課時較少,更增加了教學難度。如何提高教學質(zhì)量,是物理化學課程教學中必須面對和思考的問題。本文結(jié)合金屬材料專業(yè)人才培養(yǎng)方案,從課程內(nèi)容的安排、教學方法的運用、考核方法的改進等方面談幾點教學體會,供同行們參考。

1 課程內(nèi)容的安排與選擇

工科院校金屬材料工程專業(yè)培養(yǎng)的學生來說,今后走上工作崗位要接觸材料的合成、表面處理技術(shù)及應用等生產(chǎn)工藝,這就要求教師在選擇課程內(nèi)容方面盡量切合本專業(yè)學生的需要。目前,安徽工程大學金屬材料工程專業(yè)選用的教材為葛華才等主編的《物理化學》(多媒體版)教材。該教材共 10章,涵蓋了化學熱力學(熱力學第一定律、熱力學第二定律、多組分系統(tǒng)熱力學、化學平衡、相平衡、電化學、界面現(xiàn)象、膠體化學)、化學動力學及統(tǒng)計熱力學三部分的內(nèi)容[1]。對于金屬材料工程專業(yè)的學生來講,對理論知識的深度要求不高,所以化學動力學的反應速率理論、統(tǒng)計熱力學等內(nèi)容屬于理論性很強的內(nèi)容,可以略去不講[2-3]。熱力學第二定律研究的是變化的方向和限度的問題,主要涉及三個過程方向的判據(jù),該部分中的麥克斯韋關(guān)系式等一些關(guān)系式的推導等應用性不強,也可以略去不講。對于膠體化學內(nèi)容一般只安排 2個學時,簡單地講述膠體的基本性質(zhì)及制備等,至于涉及高分子溶液方面的理論知識也可以略去不講。而對于在工程實踐中應用到的一些知識,必須重點講授。例如,熱力學第一定律和熱力學第二定律在工程實踐中應用非常廣泛,前者解決能量守恒及轉(zhuǎn)化的問題,后者解決變化方向與限度問題,兩者都是工科學生在未來的學習與工作中經(jīng)常要用到的知識,所以要重點講授,同時要求學生加強這部分內(nèi)容的學習。另外,根據(jù)金屬材料工程專業(yè)的特點,還要加強一些重要知識點的講授。例如,金屬材料工程專業(yè)的學生將來會接觸到金屬材料的鑄造成型及熱處理等知識,這就要求學生必須認識單組分、兩組分等金屬及合金的相圖,并且能夠繪制,因此教師應詳細講授這部分內(nèi)容。在課時有限的情況下,對于其他組分的相圖可以不講。金屬材料工程專業(yè)學生將來會接觸大量與表面化學相關(guān)的知識,在講解電化學及界面平衡時,可以結(jié)合生產(chǎn)生活實例來講,為將來的專業(yè)課學習和應用打好基礎(chǔ)。

課程內(nèi)容選擇上,還需要將物理化學與前沿科學知識相結(jié)合,開闊學生的視野,讓學生加深對知識點的理解。前沿的新材料(或稱先進材料)是指那些新近發(fā)展或正在發(fā)展之中的具有比傳統(tǒng)材料的性能更為優(yōu)異的一類材料。新材料是指新近發(fā)展的或正在研發(fā)的、性能超群的一些材料,具有比傳統(tǒng)材料更為優(yōu)異的性能。新材料技術(shù)則是按照人的意志,通過物理研究、材料設(shè)計、材料加工、試驗評價等一系列研究過程,創(chuàng)造出能滿足各種需要的新型材料的技術(shù)。新材料包含特種金屬功能材料,如高純金屬及靶材、稀貴金屬、儲能材料、新型半導體材料、新一代非晶材料、精細合金等;高端金屬結(jié)構(gòu)材料,如高溫合金及耐蝕合金、耐蝕鋼、特種不銹鋼、工模具鋼、軸承鋼、齒輪鋼,軌道交通用鋁合金、特種鎂合金及鈦合金等。尤其是把金屬及合金新材料納米化,金屬材料工程專業(yè)的學生將來會接觸到這些新材料的制備及表面處理等知識,如納米金屬材料的制備——利用膠體化學中具有納米尺寸的油包水膠束作為納米反應器,選擇不同的表面活性劑,從而合成了各種納米金屬及合金材料;利用物理化學中界面現(xiàn)象在界面上生長納米金屬粒子等,尤其是現(xiàn)在研究比較熱門的高能面暴露的金屬及合金的納米晶的合成,以及納米金屬及合金在催化等領(lǐng)域的應用,可以大大提高催化效率,可能會對現(xiàn)在廣泛存在的環(huán)境及能源問題產(chǎn)生深遠的影響。這些方面知識的拓展,會大大提高學生的學習熱情和創(chuàng)新意識,從而大大地提高教學效果。

2 多媒體與板書相結(jié)合的教學方法

多媒體教學是利用計算機將教學內(nèi)容制作成幻燈片或者動畫等投影于屏幕上的一種教學模式,它有機地結(jié)合文字、圖片、聲音、動畫等多種媒體效果,使課件內(nèi)容豐富多彩、生動活潑[4]。物理化學中的一些內(nèi)容僅僅用板書或口頭講授很難講清楚,如果采用多媒體的授課形式會大大提高教學效果。例如,在講授可逆過程的概念、相圖的繪制、離子在電場中的遷移、燃料電池等內(nèi)容時,可以采用簡單的動畫進行演示,不僅可以充分調(diào)動學生的學習積極性,激發(fā)學生的學習興趣,還可以讓學生形象直觀地學習并且掌握這部分知識。每章小結(jié)及課程總結(jié)可以用多媒體課件展示,以節(jié)約教學時間。雖然多媒體授課具有許多的優(yōu)點,但也不能完全依賴多媒體教學。筆者認為,物理化學課程中涉及到的一些公式及公式的推導過程,仍然需要利用傳統(tǒng)的板書教學,一步一步推導,這樣學生容易跟著老師的思維去理解,記憶也深刻,尤其對于金屬材料工程專業(yè)只有高中化學背景的學生來說,更要慢慢地讓學生進入物理化學的情景中。因此,在教學過程中,將多媒體教學和傳統(tǒng)的板書教學相結(jié)合,發(fā)揮兩種教學方法的優(yōu)點,從而提高課堂教學效果。

3 平時考核機制的引入

金屬材料工程專業(yè)物理化學教學課時一般只有60學時,學時少、任務(wù)重,再加上物理化學理論性強,學生要學習和掌握的內(nèi)容又非常多,這就要求學生平時要勤奮學習,逐章逐節(jié)地掌握教師講授的每一個知識點。為檢驗學生平時的學習效果,教師可以章為單位進行平時小測驗,同時將小測驗成績納入課程總成績評定中,并提高計算比例,改變傳統(tǒng)的期末考試成績(80%)加平時成績(20%)的考核方法,促進學生平時學習,進而提高教學效果。

[1]葛華才,袁高清,彭程.物理化學 [M].北京:高等教育出版社,2008

[2]王艷玲.工科物理化學教學中的幾點體會 [J].科技信息,2010(18):789

[3]方文軍,雷群芳,王國乎,等.工科物理化學教學改革與實踐 [J].化工高等教育,2005(2):33-35

[4]徐云蘭,鐘登杰,李軍.淺談物理化學教學中的體會 [J].廣東化工,2012,39(234):166

G620.0

A

1673-2006(2013)10-0096-02

10.3969/j.issn.1673-2006.2013.10.029

2013-08-30

安徽省質(zhì)量工程項目“應用化學省級專業(yè)綜合改革試點”(2012zy043);安徽省質(zhì)量工程項目“應用化學省級特色專業(yè)”(20100717);安徽工程大學質(zhì)量工程項目“應用化學專業(yè)校級人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實驗區(qū)”。

劉榮梅(1979-),女 ,河南安陽人,博士 ,講師,主要從事功能納米材料的控制合成及性能研究。

(責任編輯:劉小陽)