材料性能學教學內(nèi)容與教學方法的改革與思考

李　暉，田中青，張春艷

(重慶理工大學材料科學與工程學院，重慶　400054)

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材料性能學教學內(nèi)容與教學方法的改革與思考

李暉，田中青，張春艷

(重慶理工大學材料科學與工程學院，重慶400054)

材料性能學是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，需要不斷開展教學改革、提高教學水平。本文圍繞提高教學質(zhì)量、激發(fā)學習積極性，闡述了獲得知識覆蓋面廣、結(jié)構(gòu)合理、重點突出的教學內(nèi)容體系的思路和方法；介紹了通過強化記憶、豐富教學案例、靈活運用多種教學方式和先進教學手段等進行教學方法改革的措施，有效的改善教學效果。

材料性能學；教學內(nèi)容；教學方法

提高教學質(zhì)量和教學水平是普通高等學校生存和發(fā)展的重要保證，不斷深入的開展教學改革和課程建設(shè)則是實現(xiàn)的重要途徑[1]。其中以課程為核心的教學改革包括課程內(nèi)容體系的優(yōu)化、更新先進的教學手段、采用靈活的教學方法以及建設(shè)師資隊伍等方面，力求提高教學水平和教學效果。教學方法改革方面，不同高校根據(jù)自身的經(jīng)驗在不同的課程當中已經(jīng)開展了很多有益的嘗試，取得了較好的效果，如發(fā)現(xiàn)式教學法[2]、參與式教學[3]、直觀教學法和興趣教學法等[4]，但是，“教與學”依然是困擾當前教學、尤其課堂教學的重要難題。材料性能學課程是材料科學與工程專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，課程具有內(nèi)容廣泛、覆蓋的知識面多等特征，與生產(chǎn)實際有一定的結(jié)合，學生普遍反映課程的學習具有較大的難度。

教學方法改革是提高高校教學質(zhì)量的切入點，這就要求教學方法具有普適性與多樣性的雙重特征,[5]依然需要教學組織者投入相當精力，根據(jù)其自身的具體情況、學生的能力等條件，探索適應具體課程的教學方法。本文結(jié)合課程組多年從事材料性能學的教學經(jīng)驗，介紹材料性能學的教學內(nèi)容和教學方法的思考、應用和經(jīng)驗。

1　理論教學內(nèi)容的組織

材料性能學課程的內(nèi)容對于學生，具有“四多”的特征，即課程的覆蓋面廣、涉及的的相關(guān)學科多，課程的知識點多、內(nèi)容頭緒多，課程中的基礎(chǔ)知識和原理多，除此之外，與課程相關(guān)的實驗方法多。盡管從教師的角度來看，課程的難度不如材料科學基礎(chǔ)這類課程，但是學生的反饋的結(jié)果卻是這門課程比材料科學基礎(chǔ)還難以掌握。學生感到難學的重要原因在于，課程與物理、化學、材料科學基礎(chǔ)等抽象的課程相比，其教學內(nèi)容與各種試驗方法密切相關(guān)，而受條件所限，學生恰恰最缺乏豐富的實踐經(jīng)驗，因此對于各種材料的性能特征缺少直觀、感性的認識和了解，形成了只能“死記硬背”的學習方法,學習效果較差，乃至產(chǎn)生對材料科學與工程專業(yè)的厭煩情緒。

清晰完整的知識結(jié)構(gòu)是學生認識、理解課程內(nèi)容的必要條件。為此，需要將課程內(nèi)容的“四多”通過合理的調(diào)整、優(yōu)化、簡化、梳理、歸納，優(yōu)化教學內(nèi)容。為此課程采取了以下措施。

知識體系的整理和細化。盡管材料的性能很多，但是不外乎材料的力學性能、物理性能、化學性能乃至一些特殊的性能和新材料的性能，因此課程內(nèi)容明確分解為以上幾個模塊，使學生對于整體的內(nèi)容有初步的認識和了解。針對不同的知識模塊，根據(jù)不同行為的特點，進行進一步的細化，如力學性能模塊又分解為靜載力學性能、沖擊性能、材料的失效(斷裂、疲勞、磨損)、溫度因素下(高溫、低溫)的力學性能，物理性能則細分為“熱、電、光、磁、壓電與鐵電”等知識模塊，基本上使學生對教學內(nèi)容有了較為完整的了解。

合理安排重點內(nèi)容，引導學生認識普遍共性的知識和原理。如材料的力學性能當中，從材料受載后的規(guī)律即變形→破壞為出發(fā)點，以靜拉伸力學性能的知識點為重點，類似于生物學中的“實驗鼠”概念，強調(diào)“典型材料”+“典型性能”觀念，以低碳鋼靜拉伸試驗現(xiàn)象，闡明金屬材料的彈性變形、屈服、塑性變形及應變強化、縮頸的現(xiàn)象及其本質(zhì)，從中結(jié)合材料科學基礎(chǔ)等課程中內(nèi)容，引導學生思考材料力學行為的共性原理。在掌握靜拉伸內(nèi)容的基礎(chǔ)上，引導學生學習其他應力狀態(tài)(壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等)的相關(guān)內(nèi)容。

梳理清晰的知識主線，便于學生快速理解教學內(nèi)容的脈絡(luò)，形成良好的認知習慣。通過對教學內(nèi)容的整理，對各個知識點形成“現(xiàn)象(案例)→特征→分類→機制→性能指標→主要影響因素→應用”教學主線，通過“典型材料”力學性能知識的講解引導學生根據(jù)以上模式思考其他材料的教學主線和主要性能特征，如材料的熱學性能中，就熱容、熱膨脹、熱傳導的內(nèi)容按照這一方法進行教學，普遍反映能很快的抓住知識點的重點。

豐富教學案例、簡化理論推導。工科教學中采用生動的案例和實例進行教學遠遠勝于僅僅反復強調(diào)抽象的理論知識，因此在教學內(nèi)容組織中教師需要查閱、搜集與知識點密切相關(guān)的工程實例。結(jié)合案例中的現(xiàn)象切入教學內(nèi)容能夠很好的抓住“眼球”，活躍教學氣氛、提高學生的興趣；同時根據(jù)教學要求，將其中的一些理論、公式推導和介紹進行簡化處理，從而更進一步突出教學重點，如解理斷裂的內(nèi)容中，斷裂機制的柯垂爾的位錯反應理論和甄納-斯特羅的塞積理論需要具備較好的位錯理論水平，因此我們對這一部分僅做定性的介紹，重點內(nèi)容在于宏、微觀斷口特征的觀察和分析，便于學生更好的掌握和理解。材料的物理性能內(nèi)容中，教材中的案例少、數(shù)學模型的推導多，在有限的教學時間中通過簡化理論推導，充實應用案例，刪繁就簡突出重點，極大的提高了學生的學習積極性。

2　教學方法、方式的改進

教學方法改革的宗旨是提高教學質(zhì)量,激發(fā)學生學習熱情,使學生最大限度地獲得知識及能力培養(yǎng)[6]，好的教學方法能調(diào)動學習的主動性，反之則能使課堂教學的效果大大折扣，因此探索適應課程教學的方式和方法是確保教學效果的重要手段。當前，關(guān)于教學方法的研究和改革有大量的經(jīng)驗可以借鑒，因此我們通過歸納、總結(jié)并結(jié)合我校課程教學的實際情況，提出“記得住、想得通”等措施以供參考。

(1)“記得住”，強化基礎(chǔ)知識記憶，促進知識理解和掌握。培根說過“一切知識的獲得都是記憶,記憶是一切智力活動的的基礎(chǔ)”[7]，課程知識點難是因為不懂，理解了就不難，材料性能學具有工科課程的普遍特征。即描述性的材料多、抽象的概念和理論多、知識點多，同時教學中發(fā)現(xiàn)前后知識的聯(lián)系多，比如塑性變形的基礎(chǔ)知識不僅在第一章介紹，在后續(xù)的內(nèi)容也會不斷的用到，學生如果不能把前面的知識記住，則在后續(xù)的知識點中往往會出現(xiàn)“不知所云”的情況，因此需要在教學中強調(diào)學生對于相關(guān)內(nèi)容的強化記憶。我們在教學中明確把各個知識點中需要理解、掌握的內(nèi)容列舉出來，通過抽查督促學生記憶，為知識的理解、掌握打下良好的基礎(chǔ)。

(2)“想得通”，完全掌握大綱要求的知識和內(nèi)容。僅僅將基本的概念和原理記住還遠遠不夠，還需要通過以上課程教學內(nèi)容的整理和優(yōu)化，形成教學主線，進而采用啟發(fā)式教學、討論式教學、類比法等多種手段，引導學生對內(nèi)容的理解和認識，如圍繞靜拉伸力學性能中低碳鋼拉伸中的彈性變形、塑性變形、斷裂過程，教學中類比于人的幼年、中年、老年的全壽命周期，學生感覺很生動；在塑性變形的內(nèi)容，通過位錯的運動和破壞，引導學生思考強化材料的機制和手段；通過對比材料學和力學中對于斷裂現(xiàn)象的分析，引導學生思考兩種觀點教學內(nèi)容中的體現(xiàn)，知識的結(jié)構(gòu)清楚，道理也很淺顯易懂。

(3) 精心準備豐富的案例，提高學習興趣。抽象的理論需要直觀的現(xiàn)象支撐，才能變得有血有肉，具體生動，課程組為此搜集整理了與教學內(nèi)容密切相關(guān)的教學案例。材料的低溫脆性中，列舉“泰坦尼克”案例和“比利時阿爾拜特橋梁事故”的案例，材料的疲勞中列舉了阿羅哈航空公司蒙皮斷裂的案例，將學生帶入到教學內(nèi)容當中，有關(guān)材料物理性能的功能材料的例子更是數(shù)不勝數(shù)，通過案例教學加深學生對知識的進一步認識和解。

(4)采用多種方式，營造生動的課堂氛圍。在講授法教學的基礎(chǔ)上，教學團隊通過集體備課，集思廣益，對各知識點進行剖析，與精選的課程案例有機的結(jié)合成一體。鼓勵教師把自身豐富的科研和工程經(jīng)歷融入到課程當中，形成個性化教學，啟發(fā)學生思維并形成良好的師生互動，講課中既要傳達科學的嚴謹和規(guī)范，同時不拘泥枯燥的課本，如在光學性能授課環(huán)節(jié)中，從事玻纖研究的教師將其與企業(yè)合作研究的產(chǎn)品帶到課堂，拉近了學生與課程的關(guān)系；在斷口分析中，我們將研究中的新型合金樣品的拉伸斷口實物和SEM觀察結(jié)果展示給學生，啟發(fā)學生思考教科書的內(nèi)容與實物之間產(chǎn)生差異的原因，很好調(diào)動了課堂氣氛。

(5)豐富多樣的教學手段和精美的課件富有吸引力。采用多媒體教學已經(jīng)成為當前的主流，具有信息量大、教學內(nèi)容生動、形象、圖文并茂等優(yōu)點，但是這一教學手段也對教學組織提出了更高的要求。多媒體的課件中注意了以下問題，對待PPT等課件態(tài)度要端正而不是敷衍了事，要求課件設(shè)計上新穎、奪目，配色、文字、圖片均需精心準備；其次課件所用的素材如照片、圖片要表達準確、清晰整潔。此外，還必須能使課件“動起來”，課程在某些理論的表述中采用了大量的動畫的形式，如金屬的彈性變形、塑性變形、材料的熱傳導、熱膨脹、壓電與鐵電性能以及耐蝕性能等通過動畫演示，將枯燥、復雜的理論簡單、直觀化。相比于動畫與靜態(tài)圖片，錄像是更有力的教學手段，一方面注重搜集與課程內(nèi)容相關(guān)的科教片素材，另一方面通過錄制試驗的方式，初步建立了視頻資源庫，極大的改善了課堂教學的效果。

3　結(jié)　語

針對材料性能學課程通過教學內(nèi)容的優(yōu)化和組織，形成了知識全面、結(jié)構(gòu)合理、重點突出的教學內(nèi)容體系；采用強化基礎(chǔ)知識記憶、多種教學方式的綜合應用、豐富的教學案例和高水平的先進教學手段，營造生動的課堂教學氛圍，能有效的激發(fā)學習積極性和熱情，促進教學質(zhì)量的提高。此外，進一步優(yōu)化師資力量，加強實踐教學，采用多種多樣的課外動手創(chuàng)新活動，能充分發(fā)揮學生的創(chuàng)新性和能動性，實現(xiàn)培養(yǎng)高素質(zhì)專業(yè)人才的目標。

[1]王新春,肖繼先,韓冰.高等教育也要重視教學方法[J].河北聯(lián)合大學學報(社會科學版),2013,13(3):39-41.

[2]馮濤,王偉,惲為民.運用發(fā)現(xiàn)式教學方法在個人機器人上開展自動控制學科的創(chuàng)新教育[J].機器人技術(shù)與應用,2001(5):16-21.

[3]李臻.淺析參與式教學方法[J].科技信息,2007(9):159-160.

[4]劉金明,劉國平.“金屬材料與熱處理”課程體系構(gòu)建及教學方法優(yōu)化[J].中國電力教育,2013(14):115-116.

[5]蔣家瓊,王輝,李娟.深化教學方法改革,提高高校教學質(zhì)量：湖南省高等教育學會2009學術(shù)年會綜述[J].大學教育科學,2010(2):39-41.

[6]喻利花.“材料近代分析方法”課程教學方法的思考[J].渤海大學學報(自然科學版),2008,29(3):27-29.

[7]殷志云.實用記憶在工科基礎(chǔ)課教學中的運用[J].有色金屬高教研究,1991(2):25-28.

Thinking and Reform of Teaching Content and Teaching Method of Material Properties

LIHui，TIANZhong-qing，ZHANGChun-yan

(Material Science and Engineering college. Chongqing University of Technology, Chongqing 400054,China)

Material Properties is one of the important basic professional courses of Material Science and Engineering, which needs to carry out teaching reform to improve teaching level. Focusing on improving the quality of teaching and stimulating learning enthusiasm, some idea and method were elaborated to construct the overall and proper knowledge structure with focal points content in this paper. In additional, some measures of teaching research and reform, such as memorizing method, case teaching, advanced teaching methods and manifold teaching method, and so on, were introduced, which made the level of teaching improved.

Materials Properties course; teaching content; teaching method

李暉(1972-)，男，副教授，主要從事金屬材料及表面工程的研究與教學。

G642.0

B

1001-9677(2016)03-0181-03