《材料科學基礎》課程教學模式改革探討

張保豐，蔣愛云，朱世杰

(1.黃河科技學院 工學院，鄭州 450063;2.鄭州大學 材料科學與工程學院，鄭州 450002)

《材料科學基礎》課程教學模式改革探討

張保豐1，蔣愛云1，朱世杰2

(1.黃河科技學院 工學院，鄭州 450063;2.鄭州大學 材料科學與工程學院，鄭州 450002)

《材料科學基礎》課程是材料科學與工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課程，該課程對構建材料專業(yè)工程技術人員的專業(yè)知識體系和后續(xù)專業(yè)課程的學習具有非常重要的作用。文中從培養(yǎng)學生人文素質、教學方法和教學手段、實踐教學和課程建設等方面探討了該課程教學模式，以達到提高教學效果和學生綜合素質的目的。

材料科學基礎；教學模式；教學改革；探討

《材料科學基礎》是材料科學與工程專業(yè)一級學科中重要的專業(yè)基礎理論課之一，該課程系統(tǒng)、全面地介紹材料基礎理論知識。課程著眼于材料基本問題，從金屬材料的基本理論出發(fā)，但并不局限于金屬材料，而是將金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料及復合材料等結合在一起，將金屬、陶瓷、高分子等不同材料的微觀特性和宏觀規(guī)律建立在共同的理論基礎上。著重介紹各類材料的成分、組織結構、制備工藝與材料性能之間的關系，強調各類材料微觀結構與宏觀表現。由知識傳授和能力培養(yǎng)相互滲透形成的完整系統(tǒng)，加強基礎、拓寬專業(yè)、加強實踐訓練，使學生能把握材料的共性，熟悉材料的個性。通過理論教學與實驗教學，使學生不僅能掌握基本理論，善于分析和解決問題，還能增強動手能力、驗證理論、探索新知識的能力，提高學生的綜合素質。

1 培養(yǎng)學生的人文素質

課堂教學是人文素質教育的主渠道，加強人文素質教育應將人文素質教育與《材料科學基礎》課程的教學實際結合起來，使人文素質教育落實在課堂上。通過講解，讓學生站在一個更高的層次上，看待科學發(fā)展與人文及社會科學的緊密聯系。

授課中，以材料發(fā)展與人類文明為切入點，以人類使用材料的各個時代：舊、新石器時代，陶器時代，青銅器時代，鐵器時代，水泥時代，鋼時代，硅時代，新材料時代來講解人類社會進步與材料的發(fā)展，使學生深刻認識到材料的發(fā)展史就是人類社會的發(fā)展史，就是科學技術的發(fā)展史[1]。材料是人類社會進步的標志，是人類社會發(fā)展的巨大推動力，生產工具制造的物質基礎是材料。每一種新材料的應用是人類進化和發(fā)展的里程碑。以若干項有影響的科學技術(計算機與材料、能源與材料、航空航天材料、交通與材料、日常生活用品和材料、生命科學與材料等)和重大事件(如911事件、衡陽特大火災等)，講解科學技術進步與材料的發(fā)展。使學生深刻認識材料的發(fā)展史就是科學技術的發(fā)展史，以便加深理解材料發(fā)展在人類社會發(fā)展中，特別是在人類社會現代化過程中發(fā)揮的關鍵作用。這些生動的實例讓學生深刻地認識到科學技術包括材料及其制造技術在世界科學發(fā)展史上有著重要的地位。

在教學過程中結合日常生活用品，例如，在講到塑性變形時可以結合易拉罐的生產過程、銅導線的生產過程。還要不斷引入相關的學科前沿知識來擴充學生的知識面，例如，我國現在正在開發(fā)大型飛機，那么在課堂上可以給學生介紹大型飛機可能用到的先進材料及其制備技術，提出存在的科學問題，讓學生掌握目前國內外的研究現狀。

2 改革教學方法和教學手段

《材料科學基礎》是材料科學與工程一級學科基礎課程，其特點是課程內容枯燥、抽象，概念性強，教學難點突出，學生在學習時易感到枯燥難學。如何解決這些問題，提高教學效果，使教學內容不再是概念、原理和方法之間的簡單結合，而是由知識傳授、能力培養(yǎng)相互滲透形成的完整系統(tǒng)，因此必須在授課時加強基礎、拓寬專業(yè)、加強實踐訓練，以此提高課程的教學質量，培養(yǎng)學生的綜合素質。

《材料科學基礎》是材料科學與工程專業(yè)的主要專業(yè)基礎課。通過講課、實驗、課堂討論和課外實踐等各個教學環(huán)節(jié)，將金屬學、陶瓷學和高分子物理的基礎理論融合為一體，以研究材料共性規(guī)律。即研究材料的成分、組織結構、制備工藝和性能之間的相互關系，指導材料的設計和應用，并為學習后繼專業(yè)課程、從事材料科學研究和工程技術工作打下堅實的理論基礎。因此，要認真分析本課程中的教學重點和難點，注意教學內容的組織安排，課內外結合，開辟第二課堂。數字化和多媒體技術將會使人從虛擬的實驗場景中獲取過去只有在實踐中才能得到的經驗感受和理性知識。

在課堂教學中，注重學思結合，積極探索教學方法和教學手段的改革，摒棄滿堂灌和偏重講授的思想，采取啟發(fā)式、互動式、案例式、討論式和參與式教學等較先進的教學方法，力求講授生動活潑。充分利用現代化的教學手段，把課程教學與學生自學相結合，以教師講解為主，適當安排學生課堂討論和習題課。做到課堂信息量大，重點突出;課后輔導及時認真。要幫助學生學會學習，以便他們除完成課后作業(yè)外，自學教師布置的自學章節(jié)和閱讀相關的資料、完成教師布置的專題閱讀。同時在課堂上還常用提問、問答或引而不發(fā)方法，以調動學生積極思維能力。

教學模式強調以學生為中心，注重自主學習設計，鼓勵學生突破課堂內容的束縛，以自己所學的知識進行相關內容分析，注重協作學習和探索學習的新型教學模式(即研究式學習)。

在教學形式上使用現代化教學手段和多媒體形式，如文本、視頻、動畫、模型、圖像、圖形、聲音、QQ群交流、在線答疑等。制作從靜態(tài)到動態(tài)、從平面到立體、從單色到彩色、能全方位演示教學內容的多媒體課件。這樣也可以彌補傳統(tǒng)教學在時間和空間等方面的不足，使學生在有限的課時內學到更多專業(yè)理論知識，從而提高教學效果。

在教學指導方面采用主體引導和學生自主學習的方式，并具有在線答疑、作業(yè)講評、階段測試、專題討論等功能。充分實現了現代信息技術的方便性、及時性、多樣性和交互性等特點。注重因材施教。關注學生不同特點和個性差異，發(fā)展每一個學生的優(yōu)勢潛能。

在教學過程中注意教學內容組織安排，內外結合，對于材料科學中最基礎理論，如位錯理論、塑性變形等教學重點、難點，讓學生在課外通過大量閱讀文獻資料和充分準備，然后組織學生進行課堂討論，并以學生發(fā)言為主，讓學生直接參與教學。將授課與學術報告，理論與實際結合起來，及時向學生發(fā)布與材料科學基礎教學內容密切相關的學術報告會信息，鼓勵學生積極參與學術報告會，既擴大學生的知識面又使教學內容更加新穎。

對在課堂上教師難以用語言描述、學生又難以想象的內容，采用圖、文、聲、像、動畫等計算機多媒體技術，自行編制教學軟件、開發(fā)課件，制作動畫以及教學錄像、幻燈片在多媒體教室中使用，加深學生對課程內容的理解;在動畫制作和多媒體課件開發(fā)過程中，吸收優(yōu)秀學生參與進來，能提高學生的學習興趣。例如為了提高學生對那些需要有豐富空間想象力的晶體結構，復雜金相組織的轉變和識別，三元相圖的分析、位錯的生成發(fā)展過程，塑性變形過程中位錯增殖和纏結過程等知識難點的理解和掌握，將先進的多媒體現代化教學手段引入材料科學基礎教學中，并讓它們以二維或三維動畫形式生動形象地展示在學生面前。實現圖、文、聲、像并茂的視聽一體化教學，彌補傳統(tǒng)教學在時間和空間等方面的不足，以提高教學效果，并讓學生在有限的課堂授課學時中學到更多的專業(yè)理論知識[2]。

3 加強實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生基本技能和創(chuàng)新能力

本科教學環(huán)節(jié)的實驗一般包括基礎性實驗(驗證型)、綜合性實驗和創(chuàng)新性實驗。基礎性實驗要設計合理，實驗原理要正確，實驗步驟和實驗要求要詳細清楚，經過實驗最后形成實驗報告;綜合實驗型實驗由學生自己制定方案，自己操作和分析，最后寫出綜合實驗報告。創(chuàng)新性實驗一般要在老師的指導下，結合老師的科研項目來進行，學生主要協助老師完成一些開創(chuàng)性的工作，最后寫出論文性的實驗報告。

《材料科學基礎》課程是一門實踐性很強的專業(yè)基礎課，它可幫助學生鞏固和加深課堂所學的理論知識，掌握基本實驗技能，培養(yǎng)理論聯系實際，自己動手分析問題、解決問題的能力，讓學生有更多的實踐和動手機會，以培養(yǎng)學生實踐技能和創(chuàng)新能力[3]。實驗課考核成績由實驗理論、實驗技能和實驗報告三部分組成，從材料的冶煉、凝固、變形加工、制備金相樣品及根據相圖進行組織分析的綜合實驗。使學生能了解和掌握金相分析的最基本技能和暗室技術，進一步鞏固和加深理解材料內部的結構和形成機理及對性能的影響等作用。對綜合實驗進行改革，注重提高學生動手能力和綜合分析解決問題能力，在實驗課安排上新開設一些新的綜合性實驗，讓學生由學生自己制定方案，根據所提供材料設計不同的處理以完成取樣、制備金相樣品、觀察組織、照相、分析、出報告等過程，以培養(yǎng)學生綜合實驗技能。

4 加強課程建設

由于《材料科學基礎》涉及許多基礎理論，概念性強，內容抽象，其教學內容的設定決定著學生對材料學基礎知識掌握的深度和廣度，并會影響后續(xù)課程的展開及實施。因此，除了在教學方法與手段上采取相應的措施外，在教學中還要更新課程內容，設計課程體系。在課程內容上，廣泛吸取先進的教學經驗并與本領域國民經濟發(fā)展的需要相結合，并將材料科學科學發(fā)展的最新成果和發(fā)展趨勢融入教學內容中，體現多學科的相互滲透、融合、交叉，以及技術科學化、科學技術化、自然科學人文化和工程技術系統(tǒng)化;正確處理好本課程建設與專業(yè)系列課程建設的關系，并在學習傳統(tǒng)材料知識的前提下，介紹與高新技術或產業(yè)有關的新材料、新工藝及新技術，使課程內容兼具基礎性和先進性，很好解決經典理論與現代材料科學之間的關系。

5 結束語

《材料科學基礎》課程對構建材料專業(yè)工程技術人員的專業(yè)知識體系和后續(xù)專業(yè)課程的學習具有非常重要的作用[4]。課程教學模式改革是一項長期的系統(tǒng)工程，需要在教學過程中不斷實踐和改善，以不斷提高教學質量，培養(yǎng)能夠適應社會的高級應用型人才。

[1]李洪波，王靜，劉洪麗，等.材料科學基礎的教學改革與實踐[J].鑄造設備與工藝，2009(4)：48_50.

[2]解念鎖.材料科學基礎課程教學改革與實踐[J].安徽工業(yè)大學學報：社會科學版，2006(5)：120_121.

[3]崔占全，趙品，景勤，等.材料科學基礎的教學改革與實踐[J].教學研究，2007(1)：53_57.

[4]寧向梅，李謙.材料科學基礎課程教學改革與實踐[J].中國現代教育裝備，2009(14)：70_72.

Innovation for M odel of Teaching of Fundamentals of Materials Science

ZHANG Baofeng1，JIANG Aiyun1，ZHU Shijie2
(1.School of Engineering，Huanghe Science and Technology College，Zhengzhou 450063，China; 2.School of Materials Science and Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450002，China)

Fundamentals ofmaterials science course is an importantbasic course of professional technology ofMaterials Science and Engineering Major，which is very important for structuring professional engineering and technical personnel professional knowledge system and the follow-up professional courses of study.This paper introduces the innovation formodel of teaching of this course from the education of humanistic quality，teaching methods，teaching means，practical teaching and course construction，in order to achieve the purpose of improving the teaching effect and students'comprehensive quality.

fundamentals ofmaterials science;teachingmode;teaching reform;innovation

G642.0；TU51；TU52

A

10.3969/j.issn.1672_4550.2014.01.054

2013_03_25

黃河科技學院教育教學改革項目（JG2011016，JG2012025）。

張保豐（1979_），男，碩士研究生，講師，主要從事材料工程專業(yè)課程教學和研究工作。