論多維教學(xué)法在無機(jī)材料性能學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用

關(guān) 磊，王 瑩

（遼寧石油化工大學(xué)a．化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院;b．化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)部實驗中心，遼寧撫順 113001）

論多維教學(xué)法在無機(jī)材料性能學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用

關(guān) 磊a，王 瑩b

（遼寧石油化工大學(xué)a．化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院;b．化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)部實驗中心，遼寧撫順 113001）

無機(jī)材料性能學(xué)是涉及到材料性能原理與影響因素的一門學(xué)科。多維教學(xué)法將本門課程的教學(xué)分為課堂、實踐和應(yīng)用教學(xué)三個方面。將支架式知識體系、腳手架式教學(xué)以及競爭與合作的課堂環(huán)境等教學(xué)方法和觀點融入課堂教學(xué)中。綜合設(shè)計性實驗、學(xué)徒式創(chuàng)新訓(xùn)練和情境式工廠實踐等實踐環(huán)節(jié)對課堂教學(xué)加以補(bǔ)充，提高學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。最后，應(yīng)用教學(xué)是多維教學(xué)法中重要的一環(huán)，是課堂和實踐教學(xué)的目的。

教學(xué)法;無機(jī)材料性能;高校;教學(xué)

1 研究背景

無機(jī)材料性能學(xué)是高等院校材料專業(yè)的主干基礎(chǔ)課之一，也是其專業(yè)課的理論基礎(chǔ)，可以說該門課程在培養(yǎng)無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域的應(yīng)用型人才的教學(xué)體系中起著舉足輕重的作用。因此，改革無機(jī)材料性能學(xué)課程的教學(xué)方法和課堂的教學(xué)效果就顯得尤為重要。只有在教學(xué)過程中不斷改革，探索授課的新思路、新方法和新模式，才能培養(yǎng)出符合社會發(fā)展需求的綜合性高素質(zhì)人才［1］。多維教學(xué)法是在傳統(tǒng)的教學(xué)方法基礎(chǔ)上，將傳統(tǒng)的教學(xué)法融合在一起，并融入新的觀點和模式而形成的一種綜合的教學(xué)方法［2］。多維教學(xué)法包括課堂、實踐和應(yīng)用教學(xué)，采用構(gòu)筑支架式知識體系、腳手架式教學(xué)和設(shè)置競爭與合作的課堂環(huán)境等觀點和模式使得課堂教學(xué)更有效地傳遞理論知識。綜合設(shè)計性實驗、學(xué)徒式創(chuàng)新訓(xùn)練、情境式工廠實踐和應(yīng)用教學(xué)相互輔助，構(gòu)筑實踐訓(xùn)練和實際應(yīng)用相互促進(jìn)的教學(xué)模式。歸根結(jié)底，只有將課堂、實踐和應(yīng)用教學(xué)相互補(bǔ)充和相互促進(jìn)，采用良好的表達(dá)方式將多維教學(xué)法發(fā)揮更大的作用，才能取得事半功倍的教學(xué)效果。

2 課堂教學(xué)

2．1 構(gòu)筑支架式知識體系

無機(jī)材料性能學(xué)課程的理論涉及到的材料性能的原理和影響因素較多。這些原理和影響因素抽象難懂，在平時的生活中留意不多。所以要把這些原理解釋清楚以及將其影響因素詮釋明白不是一件容易的事。這就要求教師在學(xué)生頭腦中構(gòu)建材料性能的知識體系。如何構(gòu)建這樣的體系，支架式教學(xué)方法非常重要。學(xué)生接受和理解知識的過程是循序漸進(jìn)的，所以在構(gòu)筑一個新體系時要在學(xué)生已有的認(rèn)知體系的基礎(chǔ)上開始，用學(xué)生已經(jīng)理解的知識或概念引申出新的概念，這樣逐漸地在學(xué)生的頭腦中構(gòu)筑起無機(jī)非金屬材料性能學(xué)的理論框架和體系。因為學(xué)生在接收外來知識的時候會不自覺地將其與已經(jīng)掌握的知識相互比較，兩者產(chǎn)生匹配和共鳴時，學(xué)生才能更好地接受和掌握新的知識。

2．2 腳手架式教學(xué)

無機(jī)材料性能學(xué)是一門理論性較強(qiáng)的學(xué)科。在教學(xué)的過程中要培養(yǎng)學(xué)生相對獨立的學(xué)習(xí)和解決材料性能問題的能力。所以，在教學(xué)的過程中要逐漸地減少教師的講解和幫助，讓位于學(xué)生的獨立活動，直到完全撤去腳手架。在課堂上講解材料性能問題，如無機(jī)材料熱傳遞的原理和影響因素時，教師可以從材料中原子的受力、能量和振動三個角度詳細(xì)地解釋熱量的傳遞。然后，教師逐漸地減少講解和提供的材料，讓學(xué)生從這三個角度出發(fā)，根據(jù)文獻(xiàn)和課本上熱傳遞的基礎(chǔ)內(nèi)容，逐漸理解熱傳遞的影響因素。通過這種教學(xué)方式讓學(xué)生搭建起熱傳遞的腳手架式知識體系。老師將基礎(chǔ)搭建完畢后，由學(xué)生支起上層的腳手架。

2．3 設(shè)置競爭與合作的課堂環(huán)境

有學(xué)者認(rèn)為，不同的課堂結(jié)構(gòu)有利于激發(fā)不同的學(xué)習(xí)動機(jī)，競爭型課堂有利于激發(fā)以表現(xiàn)目標(biāo)為中心的學(xué)習(xí)動機(jī)，合作型課堂有利于激發(fā)以社會目標(biāo)為中心的學(xué)習(xí)動機(jī)［3］。在無機(jī)材料性能學(xué)課堂上，教師要建立競爭和合作型的課堂，如針對大多數(shù)無機(jī)材料不具有明顯的塑性問題，教師可以將學(xué)生分成三組，讓他們分別論述無機(jī)材料中陶瓷材料、玻璃材料和單晶材料為什么不具有明顯的塑性。鼓勵每組的學(xué)生堅持不懈地完成挑戰(zhàn)任務(wù)，使他們在完成任務(wù)時體驗到一種愉悅感、滿足感和自豪感，學(xué)生完成本組任務(wù)時要給予評價。三個組在完成各自任務(wù)時存在競爭關(guān)系，學(xué)生爭先恐后完成任務(wù)。同時，三個組也存在合作關(guān)系，只有三個組共同合作，將彼此的任務(wù)綜合在一起并加以組織才能回答為什么大多數(shù)無機(jī)材料不具有明顯的塑性。所以，在授課時，構(gòu)筑競爭和合作的課堂環(huán)境可以加快問題的解決，更全面理解問題。

3 實踐教學(xué)

3．1 綜合設(shè)計性實驗

無機(jī)材料性能學(xué)的內(nèi)容相互交叉，相互滲透，往往一個實際的現(xiàn)象涉及到不止一個材料性能，所以，學(xué)習(xí)本門課程需要綜合思維。為了加深學(xué)生對基礎(chǔ)內(nèi)容的印象，考察學(xué)生利用知識解決問題的能力，需要在高校現(xiàn)行的驗證性試驗課的基礎(chǔ)上開設(shè)綜合設(shè)計性實驗［4］。綜合設(shè)計性實驗與驗證實驗的區(qū)別在于它沒有既定的實驗步驟和結(jié)果，沒有規(guī)定解決問題的途徑，需要學(xué)生運(yùn)用自己所學(xué)和已掌握的知識提出方法和途徑，這對學(xué)生能力的要求是多方面的，需要學(xué)生考慮的因素較多，既要更快地解決問題，還要兼顧成本和現(xiàn)有的實驗條件等。為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識和實驗技能解決一個比較復(fù)雜的問題的能力提供了一條途徑。設(shè)計實驗擺脫了驗證實驗的枯燥和目標(biāo)的單一性，可以激發(fā)學(xué)生的潛力，使學(xué)生能夠主動思考問題和學(xué)習(xí)，運(yùn)用發(fā)散的思維多角度地考慮問題，發(fā)揮主觀能動性。通過設(shè)計實驗的過程，促進(jìn)了理論知識相互融合。目前，無機(jī)材料性能學(xué)實驗課開設(shè)的綜合設(shè)計性實驗較少，已編寫進(jìn)教材中的實驗考察的目的比較單一。所以本門課程的綜合設(shè)計性實驗的開設(shè)和改革模式主要把實驗裝置的配備、操作步驟、藥品和試劑的配制，設(shè)計的過程等作為設(shè)計性實驗的切入點，逐漸擴(kuò)大考察內(nèi)容、加深難度，使設(shè)計性實驗的改革不斷完善。

3．2 學(xué)徒式創(chuàng)新訓(xùn)練

約翰布朗認(rèn)為:知識經(jīng)驗較少的學(xué)習(xí)者在專家的指導(dǎo)下參與某種真實性活動，從而獲得有關(guān)該活動的知識和技能。其基本活動過程包括:觀察示范，輔導(dǎo)嘗試，減少外部支持，不斷思考和總結(jié)，反思與交流，創(chuàng)新。對于一個大學(xué)生而言，經(jīng)過基礎(chǔ)課、專業(yè)課實驗訓(xùn)練后，開始進(jìn)入大學(xué)生科研創(chuàng)新訓(xùn)練計劃，最后完成與畢業(yè)設(shè)計論文相關(guān)的實驗教學(xué)課程。因此，科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是學(xué)生從學(xué)校走向工作崗位的轉(zhuǎn)折點，它起到了一個承前啟后的橋梁作用。同時不同工作崗位對無機(jī)非金屬材料人才的需求也各有不同，創(chuàng)新訓(xùn)練必須針對不同學(xué)生的要求有所取舍、有所側(cè)重。學(xué)生在科研訓(xùn)練的過程中要注重創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，理論課和實驗課的成績好，能夠按部就班地將實驗按程序做完，取得正確的實驗結(jié)果，不能說明其創(chuàng)新能力強(qiáng)，其僅僅是創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)和開始。創(chuàng)新能力的養(yǎng)成是一個過程，其最初是通過驗證實驗、觀察實驗取得解決問題的方法和能力，然后經(jīng)過學(xué)習(xí)和試驗獨立解決問題。每個學(xué)校從事科研工作的老師都很多，課題也是多種多樣，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣選擇自己的研究方向。在老師的指導(dǎo)下，查閱文獻(xiàn)資料，通過學(xué)習(xí)和實驗、交流和思考，相對獨立地完成研究內(nèi)容，取得研究結(jié)果。在本科教育階段參加過創(chuàng)新訓(xùn)練的同學(xué)，解決問題的能力要強(qiáng)于沒有參加的同學(xué)。他們對專業(yè)課的基礎(chǔ)內(nèi)容的掌握更牢固，理解得更透徹。走向工作崗位或考取研究生之后，他們的工作或研究能力要更強(qiáng)。

3．3 情境式工廠實踐

情境式學(xué)習(xí)是指學(xué)習(xí)實踐活動環(huán)境與文化氛圍，學(xué)生將學(xué)習(xí)與情境化的活動結(jié)合起來的學(xué)習(xí)。其特征是將學(xué)習(xí)活動與某種有意義的大情境掛鉤，讓學(xué)生在真實的情境中進(jìn)行學(xué)習(xí)。無機(jī)材料性能學(xué)的基本理論是基于人們的生產(chǎn)實踐得來的。在課堂講解的理論知識，學(xué)生即使理解，也很難體會深刻，因為學(xué)生無法直觀觀看和熟悉材料的某種性能以及影響因素。在本課程教學(xué)中所涉及的材料性能如果能在工廠中得到驗證，不但能使理論講解更生動，而且學(xué)生更能直觀感受材料的性能，親手驗證材料的性能，觀察材料具有某種性能的原因、生產(chǎn)過程及用處。這樣，學(xué)生對知識接受起來更容易，理解更深刻。這種方式能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且有利于培養(yǎng)他們運(yùn)用理論知識解決實際問題的能力。在課堂上講解材料的形變過程包括彈性形變，塑性形變和斷裂這樣簡單的力學(xué)性能等學(xué)生在實際的生活中能夠普遍接觸到的內(nèi)容時，理解得比較深刻。但是對于材料的介電性能學(xué)生在實際的生活中很少看到則理解不深刻。比如熱擊穿和電擊穿的原理大家都能明白，在工廠的生成車間，我們能夠更加直觀地看到工人師傅是如何試驗和生產(chǎn)合格的蓄電池的，如果在設(shè)計或生產(chǎn)等某一道工序不合格，在檢驗步驟時蓄電池在重放電的過程中就會發(fā)生擊穿現(xiàn)象，我們可以清楚地看到這種現(xiàn)象，并且掌握影響和避免擊穿的因素。這樣就能更好地理解擊穿的原理和影響因素，加深了對理論的掌握。

4 應(yīng)用教學(xué)

無機(jī)材料性能學(xué)是來源于實踐，又指導(dǎo)實踐的一門學(xué)科。學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)了材料性能的知識后，如何將其應(yīng)用于實踐，更好地解釋生活中有關(guān)材料性能方面的現(xiàn)象等是非常重要的。一方面可以激發(fā)學(xué)生更好地理解和加深對理論的認(rèn)識，另一方面可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)材料性能的興趣。教師可以在課堂上列舉生活中遇到的各種現(xiàn)象并加以解釋，比如靜態(tài)疲勞理論解釋自行車在沒有征兆的情況下就突然壞掉，裂紋擴(kuò)展理論解釋褲子的裂口會越裂越大，牛頓流體模型解釋墻體大白漿料為什么不會向下流，熱輻射理論解釋熱成像儀的工作原理等。利用這些生活中經(jīng)常能夠接觸到但又不是特別留意到的現(xiàn)象與課本上的理論相互連接，作為解釋和補(bǔ)充，能夠使學(xué)生對理論的學(xué)習(xí)更加感興趣，教學(xué)效果會更好。

5 結(jié)語

無機(jī)材料性能學(xué)是理論性和實踐性統(tǒng)一的課程。其涉及到的理論和影響因素抽象、難懂。利用多維教學(xué)法對于學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程是至關(guān)重要的。多維教學(xué)法是課堂教學(xué)、實踐教學(xué)和應(yīng)用教學(xué)三者兼用、融于一身的教學(xué)方法，同時又是在每種教學(xué)中都融入不同于常規(guī)教學(xué)方法的觀念和角度的教育方法。應(yīng)建立起支架式知識體系、腳手架式教學(xué)和設(shè)置競爭與合作的課堂環(huán)境等課堂教學(xué)模式，綜合設(shè)計性實驗、學(xué)徒式創(chuàng)新訓(xùn)練和情境式工廠實踐相互補(bǔ)充的實踐教學(xué)模式。

［1］廖正衡．化學(xué)方法論［M］．杭州:浙江教育出版社，1989．

［2］吳鑫德．化學(xué)教育心理學(xué)［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2011．

［3］蔡 兵．大學(xué)教學(xué)方法改革的操作［J］．天津理工學(xué)院學(xué)報，1999，15（增刊）:149．

［4］張季爽，蔡炳新，柴雅琴．以物理化學(xué)為先導(dǎo)的化學(xué)課程體系研究與實踐［J］．大學(xué)化學(xué)，1999（2）:32．

（責(zé)任校對 莫秀珍）

G642．4

A

1674－5884（2014）06－0064－02

2014－02－24

關(guān) 磊（1981－），男，遼寧沈陽人，講師，主要從事理論課教學(xué)方法研究。