材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐*

潘建梅，唐麗永，喬冠軍

(江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇　鎮(zhèn)江　212013)

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材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐*

潘建梅，唐麗永，喬冠軍

(江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212013)

結(jié)合復(fù)合材料科學(xué)與工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，針對(duì)材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)中存在的問題，從課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段與方法等方面探討了對(duì)材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革的主要措施。初步建立了大材料專業(yè)材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的新教學(xué)體系，有效提高了教學(xué)效果及教學(xué)質(zhì)量，對(duì)于培養(yǎng)高素質(zhì)、復(fù)合型的材料科學(xué)與工程人才具有十分重要的意義。

材料科學(xué)基礎(chǔ)；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)改革

材料科學(xué)基礎(chǔ)是高等學(xué)校材料科學(xué)與工程一級(jí)學(xué)科下設(shè)的極其重要的公共性專業(yè)基礎(chǔ)理論課，在公共基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程之間起著承前啟后的作用，它既是大學(xué)物理、化學(xué)以及物理化學(xué)等課程中相關(guān)內(nèi)容的深入，又是材料專業(yè)基礎(chǔ)理論的“啟蒙”，為后續(xù)課程的展開起到基礎(chǔ)鋪墊和專業(yè)引導(dǎo)的作用[1]。材料科學(xué)基礎(chǔ)課程是研究材料的共性規(guī)律，即材料成分、組織結(jié)構(gòu)、制備工藝和性能之間的相互關(guān)系，指導(dǎo)材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，為學(xué)習(xí)后繼專業(yè)課程、從事材料研究和工程技術(shù)工作打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)[2-4]。材料科學(xué)基礎(chǔ)作為復(fù)合材料與工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，學(xué)生普遍反映概念多且抽象、知識(shí)點(diǎn)難理解、抓不住重點(diǎn)，學(xué)習(xí)困難等問題。針對(duì)材料科學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)過程中出現(xiàn)的教師教學(xué)難，學(xué)生畏學(xué)這一現(xiàn)狀，本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段及方式等方面探討如何提高材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的教學(xué)質(zhì)量并促進(jìn)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。

1　結(jié)合培養(yǎng)目標(biāo)，明確課程性質(zhì)

隨著現(xiàn)代材料學(xué)科的高科技化的快速發(fā)展，復(fù)合材料與工程專業(yè)作為極具發(fā)展?jié)摿Φ亩鄬W(xué)科交叉新型專業(yè)，培養(yǎng)目標(biāo)是使學(xué)生具備良好的復(fù)合材料與工程領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，掌握復(fù)合材料設(shè)計(jì)與制備技術(shù)，能從事材料、機(jī)械、汽車、航空航天、冶金、化工或能源等相關(guān)行業(yè)。材料科學(xué)基礎(chǔ)是以材料科學(xué)與工程的“四要素”—組成、制備、結(jié)構(gòu)、性能為出發(fā)點(diǎn)，以材料的結(jié)構(gòu)狀態(tài)為核心內(nèi)容，從完整晶體結(jié)構(gòu)出發(fā)至非晶體固體，通過集中和強(qiáng)化大材料專業(yè)材料科學(xué)基礎(chǔ)的理論知識(shí)學(xué)習(xí)，使學(xué)生具備更寬的專業(yè)知識(shí)面和一定深度的專業(yè)理論基礎(chǔ)，達(dá)到認(rèn)識(shí)各種材料基本屬性和明確未來專業(yè)發(fā)展方向的目的，并將材料科學(xué)基礎(chǔ)理論具體應(yīng)用到材料的制備工藝和性能研究中，從而闡明材料的形成過程，揭示材料結(jié)構(gòu)與性能的內(nèi)在聯(lián)系與規(guī)律，指導(dǎo)材料的實(shí)際生產(chǎn)及科研，解決材料在使用過程中的問題，為認(rèn)識(shí)和改進(jìn)材料的性能以及生產(chǎn)、研究及開發(fā)新型材料提供必備的基礎(chǔ)理論知識(shí)，并激發(fā)學(xué)生從事專業(yè)學(xué)習(xí)以及今后開展材料研究、材料設(shè)計(jì)與制造的專業(yè)興趣。

2　改革課程體系，精選教學(xué)內(nèi)容

隨著高等教育課程體系改革的深化及材料科學(xué)的迅猛發(fā)展，材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的內(nèi)容不斷融合、拓展及更新，已由傳統(tǒng)單一的金屬材料、無機(jī)非金屬材料或高分子材料拓展到三大固體材料專業(yè)理論，課程內(nèi)容在深度和廣度上都發(fā)生了巨大的變化。針對(duì)復(fù)合材料科學(xué)與工程專業(yè)的特點(diǎn)，體現(xiàn)“重組基礎(chǔ)、體現(xiàn)現(xiàn)代、注重實(shí)踐、交叉滲透”的課程體系改革原則[5]，確保充足的大材料學(xué)基礎(chǔ)理論，兼顧學(xué)科知識(shí)的綜合性和實(shí)踐性，注重應(yīng)用技術(shù)本科人才的培養(yǎng)。復(fù)合材料科學(xué)與工程專業(yè)以材料的結(jié)構(gòu)狀態(tài)為主線，突破以傳統(tǒng)單一的材料為主線的思路，立足于材料科學(xué)的基本問題，引入金屬、陶瓷、高分子及復(fù)合材料的共性與個(gè)性特點(diǎn)的內(nèi)容，兼顧材料學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)性、綜合性及實(shí)踐性，強(qiáng)調(diào)材料科學(xué)的共性和材料的廣泛性、多樣性及新穎性。

(1)基礎(chǔ)理論教學(xué)

針對(duì)學(xué)科的培養(yǎng)計(jì)劃和課程教學(xué)目標(biāo)，選擇合適的教材及課程內(nèi)容對(duì)提高該課程的教學(xué)效果能起到良好的促進(jìn)作用。材料科學(xué)基礎(chǔ)涉及晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)的不完整性、固溶體和非晶體固體、質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)與遷移等。課程內(nèi)容應(yīng)著重基礎(chǔ)概念的建立與演繹，突出基本概念在具體材料中的應(yīng)用范例及普適性。由于該課程課時(shí)安排有限，知識(shí)點(diǎn)多且難，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)起來備感吃力，因此，精選教學(xué)內(nèi)容和明確重難點(diǎn)顯得格外重要。比如晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷及固溶體等是材料科學(xué)基礎(chǔ)的重要內(nèi)容需要重點(diǎn)講授，而后續(xù)課程還需深入學(xué)習(xí)的相圖及非晶態(tài)固體等內(nèi)容，在課程中可以盡量簡(jiǎn)化。同時(shí)，可以將部分知識(shí)點(diǎn)重新分配到其他專業(yè)基礎(chǔ)課中，從而降低課程的難度與深度，如晶體的空間群、極射投影、倒易點(diǎn)陣等內(nèi)容在晶體學(xué)基礎(chǔ)課程中講述，鐵-碳相圖可以在金屬學(xué)原理及熱處理中講述。同時(shí)，在課程內(nèi)容中應(yīng)當(dāng)注意合理運(yùn)用身邊的材料及日常生活中的物品進(jìn)行講解，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解；也可以抓住學(xué)生對(duì)新事物存在的好奇心理，在授課時(shí)結(jié)合本課程有關(guān)知識(shí)點(diǎn)的科技前沿動(dòng)態(tài)，適當(dāng)?shù)亟榻B新材料的性能來調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，如理解晶體缺陷的概念時(shí)，可以介紹納米材料作為半導(dǎo)體的發(fā)展及應(yīng)用，展現(xiàn)納米半導(dǎo)體材料獨(dú)特的性質(zhì)是與缺陷是密切相關(guān)的。

(2)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)

材料科學(xué)基礎(chǔ)課程是一門實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐密切關(guān)聯(lián)的學(xué)科。通過強(qiáng)化課程實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)，可以有效幫助學(xué)生鞏固和加深對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解，注重學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的思維的培養(yǎng)，通過實(shí)驗(yàn)技能、綜合應(yīng)用以及解決問題的完整過程的訓(xùn)練，提高大材料學(xué)科專業(yè)人才的創(chuàng)新能力與動(dòng)手能力，有助于促進(jìn)學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。結(jié)合培養(yǎng)目標(biāo)及大材料學(xué)科的背景，材料科學(xué)基礎(chǔ)課程可以設(shè)置驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)踐。材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)作為驗(yàn)證課堂講授的理論知識(shí)的必要環(huán)節(jié)，通過驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，如材料金相顯微組織的觀察、陶瓷燒結(jié)、力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)等，使學(xué)生既驗(yàn)證并鞏固了已學(xué)習(xí)過的基礎(chǔ)理論，又掌握了基本實(shí)驗(yàn)技能，加深對(duì)相關(guān)的概念和理論的理解。通過綜合性實(shí)踐提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力及解決工程實(shí)際問題的能力，并培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。

3　改進(jìn)教學(xué)方法和手段，提高教學(xué)效果

材料科學(xué)基礎(chǔ)課程作為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)后續(xù)專業(yè)課的繼續(xù)學(xué)習(xí)及學(xué)生知識(shí)體系的構(gòu)筑具有及其重要的作用。所以，除了掌握科學(xué)合理的課程體系及教學(xué)內(nèi)容，還需對(duì)教學(xué)方法及手段進(jìn)行改革，從而提高教學(xué)質(zhì)量及效果。

(1)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性

教學(xué)的藝術(shù)性就在于教學(xué)方式的靈活性、多樣性和趣味性。為適應(yīng)培養(yǎng)研究型人才的課程定位，課堂教學(xué)應(yīng)打破傳統(tǒng)的滿堂灌教學(xué)方式，精心設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程，引導(dǎo)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的求知欲。教學(xué)過程中注重主講重點(diǎn)、講難點(diǎn)、講思路、講方法，加強(qiáng)啟發(fā)式及討論試教學(xué)方式，如在講授晶體與非晶體材料的理解時(shí)，可以采用討論式教學(xué)，增強(qiáng)師生間課堂交流互動(dòng)，貫徹傳授-引導(dǎo)-思維-歸納-發(fā)展的教與學(xué)模式，以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立思維的能力。

(2)多媒體教學(xué)和板書相結(jié)合

針對(duì)不同的講授內(nèi)容，將多媒體教學(xué)和板書講授方式相結(jié)合來提高課堂的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果。多媒體作為輔助教學(xué)的手段，能否有效利用多媒體達(dá)到教學(xué)事半功倍的效果，關(guān)鍵在于授課老師的合理運(yùn)用。例如在講授課程內(nèi)容中的晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷時(shí)，可以將實(shí)物模型與3Dmax動(dòng)畫輔助的多媒體課件教學(xué)相結(jié)合，增強(qiáng)了學(xué)生形象思維的能力，使學(xué)生在理解過程中更深刻、更形象，以現(xiàn)代化教學(xué)提高教學(xué)水平、教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。此外，利用多媒體輔助教學(xué)時(shí)，授課教師還需以語言、手勢(shì)、聲調(diào)、表情等信息來加強(qiáng)教學(xué)效果，增加學(xué)生與教師的交流互動(dòng)，使學(xué)生直觀地感受到知識(shí)，教師通過學(xué)生的信息反饋來調(diào)整教學(xué)過程。在教學(xué)實(shí)踐中，教師應(yīng)發(fā)揮多媒體教學(xué)、板書教學(xué)及信息反饋的相互協(xié)調(diào)。

(3)答疑輔導(dǎo)與課后鞏固

課程教師在課余時(shí)間為學(xué)生提供答疑輔導(dǎo)，師生間可以對(duì)思考問題進(jìn)行討論，以達(dá)到教師教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)兩方面共同提高的目的。同時(shí)通過答疑討論，可以有效加深師生間的了解，提高學(xué)生對(duì)專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣。教師按課程進(jìn)度給學(xué)生布置相應(yīng)的作業(yè)，通過批改作業(yè)了解學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握情況，在授課時(shí)適時(shí)講解習(xí)題答案。另外，讓學(xué)生通過上網(wǎng)調(diào)用題庫習(xí)題進(jìn)行練習(xí)，通過完成習(xí)題過程的思考加深對(duì)課程知識(shí)的理解，訓(xùn)練學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

(4)貫徹客觀全面的課程考核方式

為了客觀、合理、全面地考核學(xué)生的課程學(xué)習(xí)，要積極探索課程考核方式的改革。既注重學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，同時(shí)注重學(xué)生分析解決問題的能力和綜合素質(zhì)的提高。課程采用“平時(shí)+期中+期末”的考核模式，通過課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況、期中測(cè)試、實(shí)踐與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目考核、期末測(cè)試等環(huán)節(jié)，增強(qiáng)學(xué)生的求知欲望，加大學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)力度，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，增強(qiáng)他們自主學(xué)習(xí)和分析問題、解決問題的能力。

4　結(jié)　語

材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的教學(xué)改革是一項(xiàng)復(fù)雜、科學(xué)性強(qiáng)、涉及面廣的系統(tǒng)工程。在教學(xué)改革與實(shí)踐過程中，既要不斷提高教師自身的能力，還需要根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段，有效地提高教學(xué)效果和質(zhì)量。同時(shí)，始終抓住基礎(chǔ)理論和工程實(shí)踐相結(jié)合的特征，以學(xué)生為主體，勇于實(shí)踐和探索，達(dá)到培養(yǎng)具有扎實(shí)理論基礎(chǔ)、較強(qiáng)的實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力的高素質(zhì)和復(fù)合型人才的目標(biāo)。

[1]杜丕一,潘穎.材料科學(xué)基礎(chǔ)[M].北京:中國(guó)建材工業(yè)出版社,2002:15-24.

[2]崔占全,趙品,景勤,等.材料科學(xué)基礎(chǔ)的教學(xué)改革與實(shí)踐[J].教學(xué)研究,2007,30(1):53-57.

[3]田春艷,姜海.“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J].裝備制造技術(shù),2010(2):203-204.

[4]齊義輝,韓萍.“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程的教學(xué)改革與實(shí)踐[J].遼寧工學(xué)院學(xué)報(bào),2007,9(2):138-139.

[5]靳正國(guó),郭瑞松,侯信,等.大材料專業(yè)“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程的教改認(rèn)識(shí)與實(shí)踐[J].高等工程教育研究,2005(z1):31-34.

Teaching Reform and Practice of Foundation of Materials Science Course*

PANJian-mei,TANGLi-yong,QIAOGuan-jun

(School of Materials Science and Engineering, Jiangsu University, Jiangsu Zhenjiang 212013, China)

Combined with the training target of composite material science and engineering, the main measures for foundation of materials science course were explored from curriculum system, teaching content, teaching means and methods to solve the problems in teaching process. The new teaching system of foundation of materials science course was established initially, which improved the teaching effect and teaching quality effectively. It is great significance to cultivate the high quality and compound talents in the field of materials science and engineering.

Foundation of Materials Science; teaching content; teaching reform

江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(1033000003)。

潘建梅(1985-)，女，講師，主要從事結(jié)構(gòu)功能一體化材料。

G642.0

A

1001-9677(2016)03-0148-02