《無(wú)機(jī)材料物理性能》教學(xué)方法與實(shí)踐模式初探

陳超　江向平　趙戈　涂娜　舒凱征　肖卓豪

摘 要：《無(wú)機(jī)材料物理性能》作為一門(mén)材料專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程，具有理論與邏輯性強(qiáng)、內(nèi)容涵蓋面廣、概念抽象等特點(diǎn)，因而教學(xué)難度較大。本文以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)自主性為出發(fā)點(diǎn)，從教學(xué)方式多樣化、實(shí)踐模式多元化、完善考核機(jī)制等教學(xué)環(huán)節(jié)著手，探索提升教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)效果的有效途徑，為社會(huì)培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)、寬口徑、實(shí)踐能力強(qiáng)”的綜合性素質(zhì)人才。

關(guān)鍵詞：無(wú)機(jī)材料物理性能；教學(xué)方法；實(shí)踐模式；考核機(jī)制；人才培養(yǎng)

一、引言

《無(wú)機(jī)材料物理性能》是景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院針對(duì)材料物理專(zhuān)業(yè)本科生開(kāi)設(shè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，所選用的教材是由關(guān)振鐸、張中太、焦金生編著，清華大學(xué)出版社出版的《無(wú)機(jī)材料物理性能》第2版，課程的主要內(nèi)容是無(wú)機(jī)材料（包括陶瓷、玻璃、單晶、耐火材料等）的各種物理性能。研究的性能包括無(wú)機(jī)材料的受力變形與力學(xué)性能、脆性斷裂與強(qiáng)度，以及熱學(xué)、光學(xué)、電導(dǎo)、介電、壓電和磁學(xué)等性能，這些均是無(wú)機(jī)材料應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域所應(yīng)具備的物理性能[1]。另外，課程中還安排了較多的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如驗(yàn)證性能參數(shù)、掌握基本檢驗(yàn)與測(cè)試技術(shù)等。對(duì)于剛步入專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)生而言，學(xué)習(xí)這門(mén)理論深、概念抽象、邏輯性強(qiáng)、內(nèi)容面廣的課程，容易產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣不濃、積極性不高等負(fù)面情緒[2]。為提高課程教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)效率，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性與學(xué)習(xí)興趣，探索新型的課程教學(xué)方式與實(shí)踐模式勢(shì)在必行。

二、教學(xué)方法多樣化

針對(duì)《無(wú)機(jī)材料物理性能》的課程特點(diǎn)，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提升學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性為出發(fā)點(diǎn)，倡導(dǎo)教師嘗試教學(xué)方式的研究與改革，不斷更新課程知識(shí)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)手段，積極開(kāi)展啟發(fā)演示型、互動(dòng)式課堂、網(wǎng)絡(luò)式微課等教學(xué)模式的探索，為學(xué)生建立良好的自主學(xué)習(xí)條件和氛圍。

（一）啟發(fā)演示型教學(xué)

《無(wú)機(jī)材料物理性能》課程知識(shí)體系覆蓋面廣、邏輯性強(qiáng)、相關(guān)概念及公式推導(dǎo)繁多，課程主要闡述無(wú)機(jī)材料物理性能的基本理論以及材料組成、制備工藝與微觀結(jié)構(gòu)等對(duì)性能的影響規(guī)律。僅采用傳統(tǒng)的“黑板+粉筆”的教學(xué)手段很可能會(huì)因?yàn)閮?nèi)容的枯燥和抽象而無(wú)法調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[3]，將不利于提高學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的理解、掌握及其運(yùn)用。相比于板書(shū)等傳統(tǒng)教學(xué)方式，多媒體教學(xué)可利用逼真的動(dòng)畫(huà)演示直觀的將微觀或抽象情景呈現(xiàn)，從而能極大的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺(jué)性和主動(dòng)性[4]。但多媒體教學(xué)方式同樣存在如授課連續(xù)性不強(qiáng)，前后知識(shí)點(diǎn)呼應(yīng)難等缺點(diǎn)。如果將“黑板+粉筆”的教學(xué)手段與多媒體的應(yīng)用相結(jié)合將能很好的彌補(bǔ)兩者的不足，使學(xué)生的目光與注意力始終聚焦到授課內(nèi)容上，從而有效提高教學(xué)效果。

例如在講解無(wú)機(jī)材料的透光性時(shí)，可給學(xué)生演示光通過(guò)介質(zhì)發(fā)生反射、吸收以及散射的動(dòng)畫(huà)，并結(jié)合一些典型的例子來(lái)講解，如利用光的散射來(lái)解釋灰霾天氣或大霧天氣的能見(jiàn)度不高，讓學(xué)生能結(jié)合多媒體演示和現(xiàn)實(shí)例子來(lái)加深對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解和掌握。另外，教師在利用幻燈片授課的同時(shí)，還需要將重要公式的計(jì)算推導(dǎo)或相關(guān)知識(shí)要點(diǎn)在黑板上一條條梳理出來(lái)，以幫助學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)課程內(nèi)容的理解?？梢哉f(shuō)，多媒體的引入為教師的授課提供了一個(gè)強(qiáng)而有力的工具，但在設(shè)計(jì)多媒體教程時(shí)，需要注意的是正確處理多媒體教學(xué)、板書(shū)與語(yǔ)言表達(dá)之間的關(guān)系，使三者有機(jī)結(jié)合從而達(dá)到提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量的目的。

（二）互動(dòng)式課堂教學(xué)

課堂教學(xué)是教與學(xué)的統(tǒng)一，必須使學(xué)生的學(xué)習(xí)方式和教師的教學(xué)方式在教學(xué)過(guò)程中達(dá)到最佳結(jié)合，但僅憑授課教師的單向教學(xué)過(guò)程將很難實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，還必須以學(xué)生為主要對(duì)象，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，通過(guò)多樣的課堂教學(xué)方式使學(xué)生自覺(jué)參與到學(xué)的過(guò)程中，從而保證教師和學(xué)生的主動(dòng)性和積極性都能得到充分的體現(xiàn)[5，6]。

與單純的教師授課相比，采用學(xué)生講授、課堂討論的方式將更有利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與掌握。留有部分課堂時(shí)間用于學(xué)生講授，在每章內(nèi)容講解過(guò)程中，設(shè)計(jì)一個(gè)“小課題”，要求學(xué)生結(jié)合本章節(jié)的相關(guān)概念和基本理論，以各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)為主線查閱文獻(xiàn)資料。從選擇/設(shè)計(jì)材料、材料制備工藝以及改善材料性能途徑等方面來(lái)講解，并鼓勵(lì)學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與老師之間的互動(dòng)交流，以達(dá)到充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和營(yíng)造良好學(xué)習(xí)氛圍的目的。例如，關(guān)于無(wú)機(jī)材料的熱傳導(dǎo)內(nèi)容，以“如何設(shè)計(jì)一個(gè)保溫水杯”為題目，讓學(xué)生通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料來(lái)挖掘知識(shí)在我們生活中的應(yīng)用，并以幻燈片或紙質(zhì)報(bào)告等形式在課堂上進(jìn)行講解，通過(guò)比較學(xué)生不同的設(shè)計(jì)思路，可以很容易得出保溫效果的好壞關(guān)鍵在于調(diào)控材料的熱導(dǎo)率，再通過(guò)分析影響熱導(dǎo)率的不同因素來(lái)對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深入講解，相信在此種授課方式下學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)將產(chǎn)生更濃厚的興趣，從而更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的吸收與消化。

（三）網(wǎng)絡(luò)式微課教學(xué)

微課是一種新型微型網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方式[7]，不同于課堂教學(xué)，它具有不受空間、時(shí)間的局限性，學(xué)生可以在課后根據(jù)自身的需求來(lái)選擇相應(yīng)章節(jié)或知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)習(xí)和鞏固。僅僅依靠短短幾十個(gè)學(xué)時(shí)的上課時(shí)間，學(xué)生很難完全掌握《無(wú)機(jī)材料物理性能》課程的全部?jī)?nèi)容，而通過(guò)網(wǎng)絡(luò)微課的形式可以讓學(xué)生以自學(xué)的方式有針對(duì)性的學(xué)習(xí)課程中的難點(diǎn)和重點(diǎn)，從而加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，以期達(dá)到鞏固課堂教學(xué)的效果。

無(wú)機(jī)材料物理性能微課是將這門(mén)課程各章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出來(lái)。為了能更好的體現(xiàn)出“無(wú)機(jī)材料物理性能微課”的特別之處，需要精心設(shè)計(jì)微課的題材和內(nèi)容，注意與課堂教學(xué)內(nèi)容的區(qū)別與聯(lián)系。之所以選擇“微視頻”作為無(wú)機(jī)材料物理性能微課的重要載體，是因?yàn)橐曨l（如多媒體動(dòng)畫(huà)或其他媒體資源）具有生動(dòng)、直觀、形象等特點(diǎn)，它能夠?qū)W(xué)生的注意力迅速轉(zhuǎn)移到課程學(xué)習(xí)中，結(jié)合形象的教學(xué)視頻將課堂教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)逐一回顧并加深。在講解一些理論上非常抽象的知識(shí)點(diǎn)時(shí)例如本征電導(dǎo)和非本征電導(dǎo)時(shí)，采用這些微視頻手段將更容易幫助學(xué)生消化與理解，達(dá)到事半功倍的效果。

三、實(shí)踐模式多元化

實(shí)踐教學(xué)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力具有至關(guān)重要的作用，故其在大學(xué)本科教學(xué)體系的重視度愈來(lái)愈顯著。一直以來(lái)，高等院校所開(kāi)設(shè)的基礎(chǔ)課程仍然是以理論課程為主，而實(shí)踐教學(xué)所占的比重相對(duì)較小，這一現(xiàn)象對(duì)材料專(zhuān)業(yè)的學(xué)生尤為明顯，較弱的實(shí)踐動(dòng)手能力將直接影響其在未來(lái)工作崗位上的表現(xiàn)[4]。而《無(wú)機(jī)材料物理性能》課程中存在大量的基本概念與理論公式推導(dǎo)，并從理論上闡述材料物理性能的影響因素，如果學(xué)生僅靠課堂上單純的理論學(xué)習(xí)，勢(shì)必會(huì)讓學(xué)生覺(jué)得枯燥乏味，無(wú)法進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生運(yùn)用課程理論知識(shí)的興趣。因此，依托于各類(lèi)實(shí)驗(yàn)、科研項(xiàng)目、創(chuàng)新訓(xùn)練平臺(tái)增設(shè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)于學(xué)生更深入地了解物理性能的機(jī)理和增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力是十分必要的。

（一）基于專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐教學(xué)

與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中多驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)相比，無(wú)機(jī)材料專(zhuān)業(yè)綜合性實(shí)驗(yàn)是通過(guò)讓學(xué)生完成從材料制備到檢測(cè)分析的整個(gè)過(guò)程，使學(xué)生更好的熟悉和掌握基礎(chǔ)知識(shí)，在了解專(zhuān)業(yè)研究對(duì)象與研究方法的同時(shí)加深對(duì)專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)理解，達(dá)到實(shí)踐與理論相結(jié)合的目的。

在綜合性實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生運(yùn)用課程中學(xué)到的基礎(chǔ)知識(shí)去設(shè)計(jì)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與總結(jié)，構(gòu)成實(shí)驗(yàn)與理論學(xué)習(xí)相互促進(jìn)的良性循環(huán)。例如以《無(wú)機(jī)材料物理性能》課程中無(wú)機(jī)材料的介電性能章節(jié)為對(duì)象，設(shè)計(jì)“鈦酸鋇功能陶瓷的制備及其電性能表征”綜合性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生采用不同的成型方法和燒結(jié)制度來(lái)制備不同致密度的鈦酸鋇陶瓷，并通過(guò)對(duì)所制備鈦酸鋇陶瓷的介電性能測(cè)定，加深對(duì)相關(guān)知識(shí)概念如介電常數(shù)、介電損耗的理解與掌握；通過(guò)對(duì)鈦酸鋇陶瓷進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征（如掃描電鏡、x射線衍射）來(lái)分析比較不同顯微結(jié)構(gòu)對(duì)陶瓷介電性能的影響，思考并掌握調(diào)控陶瓷物理性能的方法途徑，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手與研究分析問(wèn)題的綜合能力。

（二）基于科研創(chuàng)新的實(shí)踐教學(xué)

教學(xué)與科研是一個(gè)具有內(nèi)在聯(lián)系不可分割的統(tǒng)一體，它們之間是相互促進(jìn)，彼此依賴(lài)的關(guān)系。大多數(shù)《無(wú)機(jī)材料物理性能》課程的授課教師均是各類(lèi)科技項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人或主要參與成員，如果能將教師的科研工作很好的融入到教學(xué)中，勢(shì)必會(huì)形成兩者相互促進(jìn)的良性循環(huán)[2]。一方面，從事科研工作有助于教師及時(shí)將最前沿的學(xué)術(shù)成果不斷充實(shí)到教學(xué)課堂中，確保知識(shí)結(jié)構(gòu)的更新和教材內(nèi)容的補(bǔ)充。另一方面，教師可吸收來(lái)自相關(guān)科研領(lǐng)域中最新、最豐富的科學(xué)知識(shí)，有利于其開(kāi)闊教學(xué)思路，教學(xué)更易做到深入淺出，有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣， 進(jìn)而更好地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課程學(xué)習(xí)。

依托學(xué)院各專(zhuān)業(yè)的科研項(xiàng)目，結(jié)合無(wú)機(jī)材料課程中的理論知識(shí)，組織部分學(xué)有余力的學(xué)生在課程開(kāi)始之前或?qū)W習(xí)過(guò)程中加入各科研團(tuán)隊(duì)。在教師或團(tuán)隊(duì)成員的指導(dǎo)下開(kāi)展相關(guān)課題的科學(xué)研究，通過(guò)參與材料的制備以及了解材料的實(shí)際應(yīng)用，讓本專(zhuān)業(yè)學(xué)生發(fā)自?xún)?nèi)心的感覺(jué)到學(xué)有所得、學(xué)有所用，從而極大的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的渴望。不僅如此，參加科學(xué)研究還能使學(xué)生逐步養(yǎng)成科學(xué)研究所必備的嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、勇于探索的科學(xué)態(tài)度，掌握基本的科學(xué)研究方法。如“稀土摻雜鈦酸鉍鈉基無(wú)鉛壓電陶瓷的上轉(zhuǎn)換發(fā)光及其壓電耦合研究”科研項(xiàng)目，其中涉及到《無(wú)機(jī)材料物理性能》中的電學(xué)與光學(xué)部分的課程內(nèi)容。學(xué)生可以通過(guò)參與科研項(xiàng)目更好的理解并掌握基礎(chǔ)理論以及思考如何運(yùn)用相關(guān)知識(shí)，在激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的同時(shí)不斷提高他們的實(shí)際動(dòng)手能力和分析解決問(wèn)題的能力。

四、完善課程考核機(jī)制

如何評(píng)估教師的教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，課程考核環(huán)節(jié)具有至關(guān)重要的作用。它應(yīng)最大限度的反映學(xué)生的知識(shí)水平、動(dòng)手能力和職業(yè)綜合素質(zhì)，并且在教師、學(xué)生和教學(xué)模式三者之間起到積極的反饋與促進(jìn)作用。目前，《無(wú)機(jī)材料物理性能》的考核方式仍以單一的理論考試為主，不利于學(xué)生綜合素質(zhì)的評(píng)價(jià)?？紤]到教學(xué)方式的多樣化，考核也應(yīng)采用與之相對(duì)應(yīng)的考核評(píng)價(jià)辦法。對(duì)于課程考核可以采取“理論+實(shí)踐”的方式，將“單一死板”的考核方式變?yōu)椤岸鄻屿`活”，從而更加全面的評(píng)估學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的掌握與運(yùn)用水平，反映實(shí)際的教學(xué)水平和教學(xué)成果。

（一）理論考核

對(duì)于課程理論部分考核，考核方式可采用“期末考試+平時(shí)成績(jī)”的成績(jī)?cè)u(píng)定方式。其中，期末考試主要內(nèi)容為理論知識(shí)，著重考查學(xué)生對(duì)基本概念與基礎(chǔ)理論的理解與掌握；平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)定主要包括上課出勤率、課堂提問(wèn)回答情況、課堂報(bào)告情況、課后作業(yè)完成情況等方面。

（二）實(shí)踐考核

實(shí)踐考核著重考查學(xué)生的實(shí)踐能力及科研創(chuàng)新能力，實(shí)踐成績(jī)由綜合性實(shí)驗(yàn)報(bào)告、科研論文、口頭答辯三部分構(gòu)成，其中實(shí)驗(yàn)報(bào)告主要評(píng)價(jià)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的操作規(guī)范程度以及對(duì)材料物理性能測(cè)試結(jié)果的理解程度，科研論文主要以考查學(xué)生從設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案→實(shí)施方案→結(jié)果分析→結(jié)論整個(gè)過(guò)程所表現(xiàn)出來(lái)的創(chuàng)新精神與動(dòng)手能力，而口頭答辯則是學(xué)生綜合素質(zhì)的體現(xiàn)。因此，通過(guò)理論考試和實(shí)踐考核相結(jié)合的方式，不僅能完善無(wú)機(jī)材料物理性能課程的反（下轉(zhuǎn)第131頁(yè)）