基于材料科學(xué)基礎(chǔ)的教學(xué)優(yōu)化

潘海成

摘 要： 材料科學(xué)基礎(chǔ)是材料領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論課程。為了深入闡述材料科學(xué)的基本現(xiàn)象、基本概念、變化規(guī)律和處理方法，從明確課程學(xué)習(xí)目的、選擇針對(duì)性教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化教學(xué)方法和理論聯(lián)系實(shí)際等方面進(jìn)行教學(xué)改革和優(yōu)化，整體上提高教學(xué)質(zhì)量和專業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)出基礎(chǔ)理論扎實(shí)、實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力高的應(yīng)用型技術(shù)人才。

關(guān)鍵詞： 材料科學(xué)基礎(chǔ) 教學(xué)優(yōu)化 教學(xué)質(zhì)量 實(shí)踐能力培養(yǎng)

材料科學(xué)基礎(chǔ)作為材料科學(xué)與工程專業(yè)中一門基礎(chǔ)性的理論課程[1]，系統(tǒng)而全面地闡述了材料的基本理論，包括材料的微觀結(jié)構(gòu)與缺陷、材料的凝固與塑性變形、材料的組織與狀態(tài)等方面[2]?？紤]到應(yīng)用型技術(shù)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合其他非金屬材料和復(fù)合材料等系統(tǒng)理論，闡述材料的共性與個(gè)性。在此全面深厚的專業(yè)公共知識(shí)的基礎(chǔ)上，著重說明金屬材料的基本理論，諸如與其相關(guān)的基本現(xiàn)象、概念、規(guī)律和基本方法。通過明確課程學(xué)習(xí)的目的、選擇針對(duì)性的教學(xué)內(nèi)容、改革和優(yōu)化教學(xué)方法及理論聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際等多個(gè)方面，對(duì)材料科學(xué)基礎(chǔ)課程進(jìn)行改革與優(yōu)化，提高教學(xué)質(zhì)量，充分發(fā)揮理論基礎(chǔ)課的指導(dǎo)性作用。

1.明確課程學(xué)習(xí)目的

材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)為材料加工成型、材料測(cè)試等后續(xù)課程提供專業(yè)理論基礎(chǔ)。明確本課程學(xué)習(xí)目的，打下扎實(shí)的專業(yè)理論基礎(chǔ)，將對(duì)本課程及其他相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)效果產(chǎn)生積極的促進(jìn)作用。

教學(xué)效率直接影響課程教學(xué)效果。在強(qiáng)調(diào)課程重要性的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該增強(qiáng)課程教學(xué)的生動(dòng)性與豐富性，提高學(xué)生深入學(xué)習(xí)研究的主動(dòng)性與積極性，促進(jìn)學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)與認(rèn)知情趣的有益結(jié)合，從而發(fā)揮學(xué)習(xí)熱情與主觀能動(dòng)性，提高課程教學(xué)效率。

2.選擇針對(duì)性的教學(xué)內(nèi)容

材料科學(xué)基礎(chǔ)通過研究材料成分、結(jié)構(gòu)、組織與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系和相互變化的規(guī)律，為材料科學(xué)與工程領(lǐng)域提供相應(yīng)的理論基礎(chǔ)與生產(chǎn)實(shí)際指導(dǎo)，因此，本課程教學(xué)圍繞材料四要素這條主線展開。面對(duì)材料領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和繁雜的概念理論，有針對(duì)性地選擇教材和教學(xué)內(nèi)容顯得尤為重要。根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)教學(xué)分清主次，教學(xué)內(nèi)容有所側(cè)重。例如專業(yè)是金屬材料科學(xué)方向，教學(xué)中應(yīng)該著重介紹金屬學(xué)部分，比較深入地介紹金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)[3]、凝固結(jié)晶、塑性變形等方面的知識(shí)。通過查閱資料并結(jié)合本專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，精心選擇教材，滿足了本專業(yè)應(yīng)用型技術(shù)人才的培養(yǎng)需要。

科技發(fā)展與材料理論更新相輔相成，在基礎(chǔ)理論框架中，應(yīng)加強(qiáng)學(xué)科前沿知識(shí)[4]的引入。新材料的研究、新工藝的發(fā)展等教學(xué)內(nèi)容的引入，不但能保持理論的科學(xué)性，而且能極大地豐富教學(xué)內(nèi)容。例如納米材料、3D打印技術(shù)等前沿科技的發(fā)展與應(yīng)用，可以讓學(xué)生逐步了解專業(yè)領(lǐng)域的最新進(jìn)展，更能激發(fā)學(xué)生求知探索的興趣，寓學(xué)于樂，提高教學(xué)質(zhì)量和專業(yè)素養(yǎng)。

3.優(yōu)化教學(xué)方法

材料科學(xué)基礎(chǔ)課程內(nèi)容繁多，理論性強(qiáng)，學(xué)習(xí)內(nèi)容包括基本概念的記憶、基礎(chǔ)理論的理解、基本工藝方法及其應(yīng)用等各個(gè)方面，教學(xué)工作有一定的難度。通過優(yōu)化教學(xué)方法，建立逐層遞進(jìn)的專業(yè)知識(shí)體系，由淺入深、形象生動(dòng)地?cái)⑹龈拍罾碚?，培養(yǎng)學(xué)生積極探索和實(shí)踐應(yīng)用的能力，取得令人滿意的教學(xué)效果。

3.1構(gòu)筑逐層遞進(jìn)的知識(shí)體系

課程教學(xué)內(nèi)容圍繞材料、結(jié)構(gòu)、組織與性能之間的相互關(guān)系及變化規(guī)律這條主線展開。在教學(xué)過程中構(gòu)筑以材料成分歸屬（金屬或非金屬）為起點(diǎn)的基本框架，介紹其由來、特點(diǎn)、性能等背景知識(shí)，將學(xué)生帶入到專業(yè)領(lǐng)域的視野中。有意識(shí)地結(jié)合實(shí)物（如手機(jī)或筆記本外殼等）引導(dǎo)學(xué)生注意和思考諸如產(chǎn)品是什么材料的、有什么特性等問題，慢慢培養(yǎng)專業(yè)思維和素養(yǎng)。

不同種類（或者種類相同但成分不同）的材料具有不同的結(jié)構(gòu)，還能形成不同的組織，使得材料性能大不相同。討論材料的特性需要逐層遞進(jìn)地研究和分析從理論條件下材料的晶體結(jié)構(gòu)到實(shí)際條件下材料的結(jié)構(gòu)和組織變化，再結(jié)合生產(chǎn)加工條件，一步步研究其性能的變化規(guī)律。在這個(gè)知識(shí)架構(gòu)中，既要培養(yǎng)學(xué)生逐層理解剖析的能力，又要強(qiáng)調(diào)各層知識(shí)的關(guān)聯(lián)性，使其思考問題較為全面而又深刻。

3.2生動(dòng)地?cái)⑹龈拍罾碚?/p>

作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，繁雜抽象的概念理論成為教學(xué)工作中的一個(gè)難點(diǎn)。因此，在教學(xué)過程中要避免平鋪直敘，多用圖文結(jié)合、多媒體演示、視頻錄像等手段，形象而生動(dòng)地講解基本概念理論，強(qiáng)化教學(xué)效果。

在教學(xué)內(nèi)容中，晶體結(jié)構(gòu)部分知識(shí)抽象，可以通過書寫板書寫下概念加深學(xué)生的記憶，繪制模型示意圖幫助學(xué)生理解結(jié)構(gòu)，采用多媒體動(dòng)畫演示形象展示晶體結(jié)構(gòu)及缺陷，讓學(xué)生深刻記憶和理解這些內(nèi)容。在合金相圖中的曲線和組織變化中的金相組織照片都能幫助學(xué)生建立微觀結(jié)構(gòu)的立體描述[5]，并形象地理解材料結(jié)構(gòu)和組織狀態(tài)的改變，總結(jié)性能的變化規(guī)律。

形象生動(dòng)的教學(xué)方法使學(xué)生克服學(xué)習(xí)障礙，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題，積極思考，讓教與學(xué)都變成一件有意義的事。

4.理論聯(lián)系實(shí)際

材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容很大一部分來自生產(chǎn)實(shí)際的規(guī)律總結(jié)及試驗(yàn)現(xiàn)象整理和數(shù)據(jù)分析，實(shí)踐性強(qiáng)。抽象的理論教學(xué)離不開實(shí)際，可以從實(shí)物產(chǎn)品的材料、外觀和特性入手，結(jié)合生產(chǎn)工藝過程的圖片或視頻錄像，讓學(xué)生慢慢熟悉各類加工工藝、熱處理工藝和表面處理工藝，引導(dǎo)學(xué)生將基本理論知識(shí)理解運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中。在總結(jié)生產(chǎn)規(guī)律的基礎(chǔ)上進(jìn)行試驗(yàn)分析（如研究狀態(tài)、溫度等現(xiàn)象變化，強(qiáng)度、硬度等變化曲線，以及金相試驗(yàn)觀察到的組織轉(zhuǎn)變照片等），從宏觀到微觀充分反映材料四要素的基礎(chǔ)理論及內(nèi)在聯(lián)系。在教學(xué)過程中可以設(shè)立開放式課堂，分組討論試驗(yàn)現(xiàn)象，讓學(xué)生測(cè)量性能數(shù)據(jù)并繪制表格曲線，要求學(xué)生認(rèn)真完成金相試樣制備并進(jìn)行金相組織觀察和記錄。結(jié)合理論基礎(chǔ)進(jìn)行分析和總結(jié)，完成試驗(yàn)報(bào)告。強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性，將其作為成績考核的重要方面，強(qiáng)化教學(xué)效果。

科技在不斷進(jìn)步，新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)，生產(chǎn)設(shè)備和工藝不斷改進(jìn)更新，科學(xué)發(fā)展需要理論指導(dǎo)實(shí)踐和應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展。教學(xué)過程中聯(lián)系實(shí)際，插入先進(jìn)制造設(shè)備的圖片和先進(jìn)生產(chǎn)工藝的視頻錄像，多與學(xué)生探討前沿科學(xué)的熱點(diǎn)問題。比如可以讓學(xué)生分組完成擬定題目的資料搜集整理并按組作報(bào)告完成工作介紹，還可以在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)研究性課題或?qū)嵺`創(chuàng)新項(xiàng)目，要求學(xué)生自由查閱資料和設(shè)計(jì)方案，整理分析后完成設(shè)計(jì)，納入成績?cè)u(píng)定或者獎(jiǎng)勵(lì)考核。這樣不僅可以調(diào)動(dòng)學(xué)生了解專業(yè)動(dòng)向的積極性，學(xué)習(xí)更加認(rèn)真，還可以開闊學(xué)生的視野，提高學(xué)生的應(yīng)用和創(chuàng)新能力。

5.結(jié)語

材料科學(xué)基礎(chǔ)課程內(nèi)容豐富，專業(yè)性強(qiáng)，需要耐心記憶和理解材料的基本概念理論，認(rèn)真分析總結(jié)材料的組織轉(zhuǎn)變與性能變化規(guī)律。材料科學(xué)理論不斷豐富，應(yīng)用不斷深入，需要積極關(guān)注前沿科技，不斷補(bǔ)充和完善基礎(chǔ)理論知識(shí)。因此，材料科學(xué)基礎(chǔ)課程改革是一項(xiàng)長期而艱巨的工程，必須不斷改革優(yōu)化，與時(shí)俱進(jìn)，勇于實(shí)踐，在理論和實(shí)踐教學(xué)效果上不斷獲得突破。只有這樣才能達(dá)到培養(yǎng)理論基礎(chǔ)扎實(shí)、實(shí)踐能力強(qiáng)和創(chuàng)新能力高的應(yīng)用型技術(shù)人才的培養(yǎng)目的。

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