材料物理課程教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法研究

劉亞冰

材料物理課程教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法研究

劉亞冰

材料物理是一門兼?zhèn)淅碚撔耘c實(shí)踐性的課程，是學(xué)生將來(lái)從事科研和工作不可或缺的專業(yè)基礎(chǔ)課。結(jié)合建筑類院校材料物理課程的特點(diǎn)，提出教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該特色化、信息技術(shù)化和一體化的原則；教師應(yīng)根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)和學(xué)生實(shí)際需要，充分利用多媒體教學(xué)手段，采用案例式教學(xué)方法；教學(xué)中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，訓(xùn)練學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，為走向社會(huì)儲(chǔ)備專業(yè)知識(shí)和創(chuàng)新能力。

材料物理；課程建設(shè)；教學(xué)方法

材料物理是一門理論性和實(shí)踐性兼?zhèn)涞恼n程，是材料科學(xué)與工程學(xué)院材料化學(xué)專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課。［1］該課程主要講授材料的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等物理性能的重要原理及微觀機(jī)制，材料的成分、組織結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，性能的測(cè)試手段及控制和改善性能的方法。［2］其理論性表現(xiàn)為：運(yùn)用已學(xué)過(guò)的材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)分析研究晶體內(nèi)部粒子的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)對(duì)材料物理性能的影響；運(yùn)用物理學(xué)和數(shù)學(xué)知識(shí)建立相應(yīng)的物理模型、推導(dǎo)公式并進(jìn)行驗(yàn)證和修正。其實(shí)踐性表現(xiàn)為：該課程與新材料的研制及開發(fā)緊密相連，需要靈活運(yùn)用材料學(xué)理論知識(shí)解決科研中遇到的各種實(shí)際問(wèn)題，更要把握學(xué)科發(fā)展的新成果和新動(dòng)態(tài)，并在科學(xué)探索中形成自己獨(dú)特的見解?？梢姡牧衔锢砭C合了材料學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)以及結(jié)晶學(xué)等多方面的內(nèi)容，理論知識(shí)抽象，內(nèi)容晦澀難懂，且對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)要求較高，加之課時(shí)有限、教學(xué)內(nèi)容較多，種種原因使學(xué)生容易因厭倦而失去學(xué)習(xí)興趣。因此，為了擔(dān)負(fù)起培養(yǎng)能適應(yīng)材料科學(xué)領(lǐng)域高速發(fā)展需求的、具有新知識(shí)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新型高素質(zhì)人才的重任，材料物理課程體系和教學(xué)內(nèi)容的改革勢(shì)在必行。

一、教學(xué)內(nèi)容的重構(gòu)

21世紀(jì)以來(lái)，人們通常把能源、材料和信息并列為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的三大支柱。材料涉及的范圍也越來(lái)越廣泛，從單一的結(jié)構(gòu)材料到各異的功能材料，單晶、多晶等常規(guī)材料到新型的納米材料，特種智能材料、機(jī)械材料不斷涌現(xiàn)，對(duì)材料專業(yè)人才的能力要求越來(lái)越高。［3］原有的專業(yè)教學(xué)體系不夠完善、已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)“厚基礎(chǔ)、寬口徑、理工融合”的創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)的時(shí)代要求。加之材料物理課程在材料科學(xué)與工程學(xué)科中的重要地位和在培養(yǎng)跨世紀(jì)的、能參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的高級(jí)材料技術(shù)人才方面的強(qiáng)大作用，重構(gòu)該課程體系已成為必然發(fā)展的趨勢(shì)。

1.教學(xué)內(nèi)容特色化。吉林建筑大學(xué)的材料科學(xué)與工程專業(yè)是在原有的土木工程材料和建筑工程材料的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，具有無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料和材料化學(xué)3個(gè)專業(yè)方向，開設(shè)了無(wú)機(jī)非金屬材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料物理、材料化學(xué)、建筑材料、土木工程材料、材料科學(xué)工程基礎(chǔ)、建筑裝飾材料等專業(yè)課。無(wú)論從專業(yè)方向還是開設(shè)的課程，我校的材料科學(xué)與工程專業(yè)設(shè)置都偏重于建筑材料方向，同時(shí)緊隨時(shí)代發(fā)展，也涉及一些金屬材料和高分子材料方向。在教材建設(shè)上充分體現(xiàn)建筑特色，結(jié)合吉林省“十二五”的發(fā)展策略和我校的“建筑特色和優(yōu)勢(shì)”，探索出以材料的物理性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系為主線，把材料的力學(xué)（14學(xué)時(shí)）和熱學(xué)性能（8學(xué)時(shí)）作為主要教學(xué)點(diǎn)，將課程與具有建筑特色的土木工程結(jié)構(gòu)材料、綠色節(jié)能環(huán)保材料相銜接，并結(jié)合教師的前沿領(lǐng)域的科研工作，開展6-8學(xué)時(shí)的先進(jìn)材料在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用和進(jìn)展等專題的學(xué)習(xí)和討論，約占總教學(xué)時(shí)數(shù)的1/8-1/6，這樣既體現(xiàn)出建筑特色，又引入建筑材料前沿；既激發(fā)學(xué)生專業(yè)認(rèn)同感，又收到了良好的教學(xué)效果。

2.教學(xué)內(nèi)容信息技術(shù)化。充分利用高度發(fā)展的信息技術(shù)化資源、信息技術(shù)方法和手段開展教學(xué)活動(dòng)。建立內(nèi)容豐富、便于學(xué)習(xí)、可以充分進(jìn)行師生互動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)課堂，給學(xué)生提供一個(gè)開放式的教學(xué)環(huán)境是未來(lái)發(fā)展著力主攻的方向。網(wǎng)絡(luò)課程通過(guò)課程介紹、教學(xué)大綱、師資隊(duì)伍、電子教案、教學(xué)錄像、實(shí)踐教學(xué)、自測(cè)習(xí)題、參考書目、網(wǎng)上答疑等欄目，與學(xué)生始終保持無(wú)時(shí)間和空間阻礙的互動(dòng)式教學(xué)，極大地方便了學(xué)生的課后學(xué)習(xí)。

教學(xué)內(nèi)容信息技術(shù)化的另一個(gè)方向是教師充分利用互聯(lián)網(wǎng)上材料科學(xué)資源，查詢材料科學(xué)領(lǐng)域的最新科技動(dòng)態(tài)，將其融入相關(guān)的日常教學(xué)內(nèi)容中，讓學(xué)生了解書本上沒(méi)有知識(shí)，達(dá)到既開闊了學(xué)生的視野，又良好地完成教學(xué)任務(wù)的效果。作為材料物理實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，教師引導(dǎo)學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)上的材料學(xué)資源，分析、研究、歸類、整理并撰寫出與材料物理課程相關(guān)的課程論文，極大提高了學(xué)生自我獲取信息、綜合運(yùn)用信息及更新知識(shí)的能力。信息技術(shù)化在教學(xué)中的應(yīng)用不僅給晦澀的理論學(xué)習(xí)注入了新鮮活力，還激活了學(xué)生的學(xué)習(xí)目的性，極大地提高了學(xué)習(xí)興趣。

3.教學(xué)內(nèi)容一體化。培養(yǎng)德、智、體全面發(fā)展的、具備材料科學(xué)與工程的基本理論及基本技能，在材料結(jié)構(gòu)研究與分析、材料制備與復(fù)合、材料成形及性能和功能檢測(cè)與分析等領(lǐng)域，從事研究、技術(shù)開發(fā)、工藝和設(shè)備設(shè)計(jì)等方面的高級(jí)工程技術(shù)創(chuàng)新人才是吉林建筑大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)。課程體系的改革必須以此為依據(jù)。為此，我們提出材料物理課程體系教學(xué)內(nèi)容一體化的原則。所謂教學(xué)內(nèi)容一體化，就是基礎(chǔ)理論知識(shí)教學(xué)、綜合專業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)和實(shí)踐能力提高在教學(xué)中三位合一。這就要求我們制定教學(xué)計(jì)劃要按整體性原則設(shè)計(jì)課程體系，用以學(xué)生為中心的進(jìn)行整體性教育的新體系替代以學(xué)科為中心的進(jìn)行知識(shí)分割的教育模式。與之相適應(yīng)的，教育觀念和教育模式的設(shè)定也要緊密結(jié)合實(shí)際情況，當(dāng)學(xué)生直面建筑工程實(shí)際問(wèn)題，能夠具備解決困難的初步經(jīng)驗(yàn)。

二、教學(xué)方法的探索

教學(xué)是一門藝術(shù)。對(duì)于在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)如何提高課堂教學(xué)效果、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性、培養(yǎng)學(xué)生既具備扎實(shí)的材料物理學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)又能熟練掌握物理性能的研究和實(shí)驗(yàn)技能并培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，總結(jié)了如下教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。

1.充分利用多媒體教學(xué)手段。材料物理課程的講授過(guò)程中，需要使用大量公式、圖表和材料科學(xué)領(lǐng)域的最新科技動(dòng)態(tài)等信息，經(jīng)多媒體的動(dòng)態(tài)演示會(huì)更加生動(dòng)、形象，這種教學(xué)效果是傳統(tǒng)的授課方式無(wú)法給予的。多媒體教學(xué)作為高科技的手段，在有限的單位教學(xué)時(shí)間內(nèi)，即豐富教學(xué)內(nèi)容，又增加了教學(xué)容量。［4］在講授材料電學(xué)性能時(shí)，借助多媒體的教學(xué)手段，讓學(xué)生觀看p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體材料不同導(dǎo)電機(jī)制的視頻動(dòng)畫，使學(xué)生有更多的感性認(rèn)識(shí)，為后來(lái)的理性認(rèn)識(shí)打下基礎(chǔ)。

2.采用案例式教學(xué)方法。20世紀(jì)二十年代起源于美國(guó)哈佛大學(xué)商學(xué)院案例教學(xué)法，經(jīng)近百年的推廣、成熟，逐漸得到其它專業(yè)領(lǐng)域的重視。通過(guò)引入真實(shí)發(fā)生的案例，闡明材料在不同應(yīng)用領(lǐng)域中應(yīng)用時(shí)應(yīng)該具備的物理性能，并討論這些物理性能的影響因素以及克服的辦法，加深了學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解。例如，在講授“材料的斷裂與強(qiáng)度”時(shí)，通過(guò)二戰(zhàn)時(shí)美國(guó)238艘全焊接的“自由輪”下水后完全破壞，有的甚至斷成兩截；1950年ESSO公司的原油罐因脆性斷裂而倒塌；同年美國(guó)北極星導(dǎo)彈固體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)殼體在試驗(yàn)發(fā)射場(chǎng)發(fā)生爆炸等，引導(dǎo)學(xué)生探討這些斷裂現(xiàn)象是脆性斷裂，是突然發(fā)生的損害，斷裂前沒(méi)有明顯的征兆，因此常常引起災(zāi)難性的事故。通過(guò)事故碎片-鋼板的檢測(cè)結(jié)論來(lái)告訴學(xué)生斷裂多半是發(fā)生在焊接缺陷處。在引導(dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題的基礎(chǔ)上，提出改進(jìn)問(wèn)題的辦法：斷裂力學(xué)理論。通過(guò)把枯燥的理論融入案例的分析中，就能夠吸引學(xué)生通過(guò)案例對(duì)相關(guān)物理性能產(chǎn)生興趣，教師啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生積極討論、總結(jié)，得出正確的結(jié)論。在接受知識(shí)的同時(shí)，還增強(qiáng)了對(duì)本專業(yè)的認(rèn)知度。

3.激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。現(xiàn)代教育心理學(xué)已經(jīng)證明：學(xué)習(xí)動(dòng)力是由動(dòng)力因素即非智力因素構(gòu)成的。著名的教育學(xué)家托爾斯泰也曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“成功的教育所需要的不是強(qiáng)制，而是激發(fā)學(xué)生的積極性?！迸d趣是影響學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的重要因素。當(dāng)學(xué)生對(duì)這門學(xué)科感興趣時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的學(xué)習(xí)動(dòng)力，激發(fā)起他們的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，在學(xué)習(xí)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生的提高學(xué)習(xí)興趣，既是完成教育過(guò)程的手段，更是教育的重要目標(biāo)。

三、結(jié)語(yǔ)

材料物理課程的教學(xué)改革不是簡(jiǎn)單地改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，而是要結(jié)合建筑專業(yè)特點(diǎn)，結(jié)合材料科學(xué)的發(fā)展新動(dòng)態(tài)，結(jié)合社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐對(duì)創(chuàng)新人才需求的新標(biāo)準(zhǔn)。我們對(duì)材料物理教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法與手段的改革與實(shí)踐探索，目的是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，訓(xùn)練學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，為走向社會(huì)儲(chǔ)備足夠?qū)I(yè)知識(shí)和創(chuàng)新能力。

［1］李艷紅，李鵬，郭思辰.材料物理課程改革與創(chuàng)新能力培養(yǎng)［J］.科教文匯，2008（12）：182.

［2］劉艷改，黃朝暉.“材料物理”課程建設(shè)與改革體會(huì)［J］.中國(guó)地質(zhì)教育，2006（1）：92.

［3］劉亞冰.關(guān)于材料物理課程教學(xué)的思考.長(zhǎng)春教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（3）：83-84.

［4］馮仲仁，連岳泉.創(chuàng)新能力——專業(yè)課教學(xué)的首要目標(biāo)［J］.科教文匯，2006（3）141-142.

責(zé)任編輯：姚旺

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1671-6531（2015）01-0074-02

劉亞冰/吉林建筑大學(xué)副教授，博士（吉林長(zhǎng)春130118）。