《材料科學(xué)與工程專業(yè)導(dǎo)論》課程建設(shè)與教學(xué)改革研究

吳苗苗 馬向東 王 琪

（中國礦業(yè)大學(xué)〈北京〉材料科學(xué)與工程，中國 北京 100083）

0 引言

材料是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，20世紀(jì)70年代人們把信息、材料和能源譽(yù)為當(dāng)代文明的三大支柱。材料科學(xué)是研究材料的結(jié)構(gòu)/成分、合成/制備工藝、材料性能相互關(guān)系的科學(xué)，是一門多學(xué)科相互交叉的新興綜合學(xué)科[1]。隨著材料科學(xué)日新月異地發(fā)展，材料專業(yè)課程建設(shè)也迫切的需要創(chuàng)新和改革以適應(yīng)時代的發(fā)展。

我校對新入學(xué)材料專業(yè)的本科生開設(shè)了材料專業(yè)導(dǎo)論課，旨在讓材料專業(yè)的學(xué)生掌握傳統(tǒng)材料專業(yè)知識的同時，也能夠熟悉其他各類材料特別是新材料的特性，從而比較全面的掌握材料科學(xué)與工程的基本專業(yè)知識，提高學(xué)生的綜合科學(xué)素質(zhì)。目前這門課的內(nèi)容包括：高性能材料、先進(jìn)復(fù)合材料、電學(xué)材料、磁學(xué)材料、光學(xué)材料、生物材料、信息功能材料、新能源材料、納米材料等。但由于存在教材內(nèi)容普遍落后于時代發(fā)展、新入學(xué)學(xué)生對材料專業(yè)了解較片面以及教學(xué)方法不得當(dāng)?shù)纫恍﹩栴}，使得該課程的教學(xué)效果和質(zhì)量結(jié)果一般，因此對該課程進(jìn)行建設(shè)與改革有非常重要的理論意義和實(shí)際價值。

2 教學(xué)研究與改革

我校非常重視對專業(yè)基礎(chǔ)必修類課程以及創(chuàng)新實(shí)踐類課程的建設(shè)，在嚴(yán)格遵循教學(xué)大綱及充分實(shí)現(xiàn)教學(xué)與培養(yǎng)目標(biāo)的前提下，筆者結(jié)合自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對《材料科學(xué)與工程專業(yè)導(dǎo)論》課程教學(xué)改革進(jìn)行了積極的嘗試和探索，提出了以下幾點(diǎn)建設(shè)與改革方法。

2.1 強(qiáng)調(diào)材料的四要素的關(guān)系，突出結(jié)構(gòu)和性能的核心地位

材料科學(xué)是研究材料的結(jié)構(gòu)/成分、合成/制備工藝、材料性能以及使用效能（即考慮經(jīng)濟(jì)的、社會的成本和效益，在實(shí)際條件下其有用性的度量），以及應(yīng)用之間相互關(guān)系的科學(xué)，通常我們將材料的結(jié)構(gòu)/成分、合成/制備工藝、材料性能以及使用效能稱為材料科學(xué)與工程的“四要素”[2]。上述四要素可以說是構(gòu)成了整個材料學(xué)科研究的基礎(chǔ)，我們在授課過程，不管講解何種類型的材料時，都應(yīng)該向?qū)W生強(qiáng)調(diào)四要素的重要性，牢記上述四要素立體圖，緊抓四要素之間的關(guān)系，這樣才能抓住整個材料科學(xué)的主線。不可否認(rèn)的是，上述要素的關(guān)系也對有志從事材料科學(xué)科研工作的學(xué)生，有重要的指導(dǎo)意義。就上述四要素中，“性能”是目的，是材料科學(xué)發(fā)展的根本推動力，“結(jié)構(gòu)”是獲得該性能的本質(zhì)，而“工藝”是獲得“結(jié)構(gòu)”的途徑與手段，可以歸結(jié)為“結(jié)構(gòu)”形成的內(nèi)容范疇。因此材料科學(xué)導(dǎo)論的課堂上，教師要有意識地引導(dǎo)學(xué)生遇到問題時，從四要素這個源頭出發(fā)思考問題。例如，在講解納米材料這一章節(jié)的內(nèi)容時，首先抓住學(xué)生眼球的必然是當(dāng)今納米材料所展現(xiàn)出的那些令人印象深刻的性能或應(yīng)用，如超高導(dǎo)電、導(dǎo)熱、超導(dǎo)等性能，而很“自然”地“忽視”這些現(xiàn)象背后的原因，這時教師應(yīng)該要有針對性的引導(dǎo)學(xué)生從四要素的關(guān)系出發(fā)進(jìn)行分析，在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)里提出結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系這一話題，引發(fā)學(xué)生去思考和討論，讓學(xué)生腦海中加深四要素的印象。

2.2 重視章節(jié)之間的差異，切忌無差別授課

眾所周知，材料是由具體品種組成的，不同的材料具有其鮮明的個性，所以我們在材料專業(yè)導(dǎo)論這一門課程的設(shè)計上，在體現(xiàn)四要素等共性的同時，也要突出這門學(xué)科的個性。例如，在金屬材料章節(jié)，可著重講解原子排列、位錯等基本知識和理論；在功能材料章節(jié)，可將重點(diǎn)放在展現(xiàn)材料的獨(dú)特的性能及應(yīng)用上；而在有機(jī)或高分子材料章節(jié)，可有意識地講解一些物理化學(xué)的化學(xué)機(jī)理等。再就是可根據(jù)學(xué)校及專業(yè)要求對這門課的設(shè)計要求，著重講解某些重點(diǎn)章節(jié)，為以后的專業(yè)課打下基礎(chǔ)，起到拋磚引玉的作用。例如，有的學(xué)校的材料學(xué)院/系一直重視金屬材料的研究或致力建設(shè)相關(guān)金屬材料的精品課程，這樣教師在講解專業(yè)導(dǎo)論課程時，可以有意識地強(qiáng)調(diào)金屬材料的介紹，為打造本校的有特色的研究方向或課程建設(shè)打好基礎(chǔ)。

2.3 利用外部信息技術(shù)和資源，輔助教學(xué)。

在當(dāng)代信息數(shù)據(jù)爆炸的時代，如果教師一味地墨守成規(guī)、不求變通的話，材料專業(yè)導(dǎo)論這一門就會失去本身的意義。因?yàn)樵撻T專業(yè)導(dǎo)論課開設(shè)的目的，就是為了引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入材料領(lǐng)域的大門，培養(yǎng)他們對材料研究的興趣。材料科學(xué)本身也是一門具有很強(qiáng)時效性、信息性的學(xué)科。當(dāng)今科技發(fā)展的熱點(diǎn)，無不與材料科學(xué)息息相關(guān)。因此，如果只是一味局限于教材和課本上的內(nèi)容，教師講解照本宣科、毫無新意，學(xué)生聽課也興趣止然、毫無動力。為解決上述問題，好好利用現(xiàn)代信息技術(shù)，教師可以采用以下的方法。首先，全方位利用多媒體技術(shù)，制作生動的課件。例如，一張生動、直觀的金屬原子堆積立體圖，勝過千言萬語；其次，可以利用豐富的互聯(lián)網(wǎng)資源。例如，目前網(wǎng)上很多國外的大學(xué)公開課是個非常有用的資源，應(yīng)該鼓勵學(xué)生在課余時間多看看網(wǎng)上這些視頻；教師也可以借鑒國外先進(jìn)的教學(xué)理念，為自己的課程作出必要的改變。最后，就是密切關(guān)注當(dāng)代最前沿的有關(guān)材料的新發(fā)現(xiàn)和進(jìn)展。例如：以石墨烯、碳納米管為代表的新興碳材料的發(fā)展。在課堂中，及時穿插目前科學(xué)的熱點(diǎn)，對學(xué)生興趣的提高無疑是非常有利的。

3 總結(jié)

目前材料專業(yè)導(dǎo)論這門課程的教學(xué)體系與教學(xué)內(nèi)容沿襲了多年前的舊模式，現(xiàn)在在必須突破舊的專業(yè)框架、全面推進(jìn)素質(zhì)教育這樣的大環(huán)境下，授課教師面臨的首要挑戰(zhàn)就是如何合理設(shè)計教學(xué)結(jié)構(gòu)以及拓展教學(xué)資源。打鐵還需自身硬，大學(xué)教師必須不斷地加深自身專業(yè)能力的修養(yǎng)，才能在課堂上合理地引導(dǎo)學(xué)生更好的學(xué)習(xí)這門課程。同時，在現(xiàn)行教材普遍雷同，創(chuàng)新內(nèi)容少的條件下，如何最大限度地設(shè)計出適合本學(xué)校特色和本校學(xué)生特點(diǎn)的教學(xué)內(nèi)容，以及合理地利用外部資源也是教師需要重視的方面。

同時我們也應(yīng)看到機(jī)遇，目前國家非常重視材料科學(xué)的發(fā)展[3]，絕大多數(shù)高校開設(shè)了材料科學(xué)相關(guān)的導(dǎo)論課程，同時也在積極探索適合現(xiàn)代發(fā)展的教學(xué)方法。我們教師也應(yīng)該與時俱進(jìn)，迎難而上，積極努力參與課程建設(shè)的創(chuàng)新和改革，從而更好地發(fā)揮專業(yè)導(dǎo)論課的潛在價值和意義。

［1］師昌緒.材料科學(xué)導(dǎo)論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［2］李強(qiáng).美國和歐洲的材料科學(xué)與工程教育[J].高等理科教育，2002(6)：33-40.

［3］李云，吳玉程.《材料科學(xué)導(dǎo)論》課程內(nèi)容及教學(xué)的改革與實(shí)踐[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2006(20)：12-14.