《材料科學基礎》課程教學如何提高教學效果

黃潤　吳青璇

【摘 要】《材料科學基礎》是材料科學與工程一級學科的基礎課，是材料類專業(yè)學生的必修核心課程。提高該課程教學質量對學生設計和開發(fā)新材料及運用材料學基本原理分析材料加工、制備過程的影響因素有著十分重要的作用，筆者結合自己一年來帶課的心得和體會，對提高該課程的教學效果提出了自己的一些想法。

【關鍵詞】材料科學基礎；核心課程；教學質量；教學效果

材料是社會文明和科技進步的物質基礎和先導，材料科學和能源科學、信息科學一起被列為現(xiàn)代科學技術的三大支柱，其發(fā)展水平更是成為一個國家綜合國力的主要目標之一[1]。為了培養(yǎng)更多材料領域的人才，國內自20世紀70年代開始，在不同高校設置材料科學與工程一級學科并相應的開設了一系列材料相關的專業(yè)課程，而在這些課程中《材料科學基礎》的地位可以謂之為重中之重，它立足于闡明材料制備、組成、組織結構與性能之間關系的基本規(guī)律，訓練學生材料設計、材料性能和產(chǎn)品質量控制、材料開發(fā)與檢測的基本能力，在公共基礎課和專業(yè)課程之間起著紐帶的作用，對構建材料科學與工程學科人才整體能力結構、知識結構及素質結構具有奠基性的作用[2-3]。

具體到筆者所在的安徽理工大學材料科學與工程學院無機非金屬材料工程專業(yè)，《材料科學基礎》在學生大二學年下學期開放，是學生最先學習的一門專業(yè)課程，它既是學生學習后續(xù)各門專業(yè)課程的保障，也是學生以后從事材料相關生產(chǎn)和科學研究所必備的理論基礎，因而保證該門課程的教學質量意義非常重大。然而，就筆者備、授課的經(jīng)歷來看，該課程具有術語概念多、涉及知識面廣及抽象枯燥等特點，學生在學習過程中不易抓住重點，且學習難度大，學生不易產(chǎn)生足夠的學習興趣，針對上述問題，結合本院的具體情況，筆者提出提高該課程教學效果的幾點想法。

1 重視基礎，注重術語解讀

針對無機非金屬材料工程專業(yè)的特點，筆者目前所使用的教材為武漢理工大學出版社出版，由張聯(lián)盟、黃學輝、宋曉嵐主編的《材料科學基礎》。該教材能較全面的覆蓋一級學科的基本內容，既闡述了金屬、無機非金屬、高分子等典型材料結構上的共性，又突出了無機非金屬材料的個性；既描述了熱力學平衡狀態(tài)下的問題，又兼顧了非平衡條件下的材料結構的形成過程；既以材料制備、加工過程中的科學原理及共性規(guī)律為主，又兼顧了材料服役中的環(huán)境行為效應，做到了將科學與工程融為一體。但在教學時，筆者發(fā)現(xiàn)學生在自己研讀教材時會感覺到生澀難懂，究其原因是由于很多涉及到材料類的專業(yè)術語教材沒有詳細的介紹，而這些專業(yè)術語是學習材料科學的基礎，一旦一知半解、含混不清就會影響到對相關整個知識點的掌握，而一個個小知識點的理解不清最終導致學生對整門課程的掌握不到位，失去對課程的學習興趣。例如在學習第二章的晶體結構時，學生對晶面及晶界的概念理解不清，為此筆者做了很生動的動畫來解釋，單晶材料是由一個晶粒生長而成的，因而它只具有一圈大大的晶界，同時它的（hkl）晶面是唯一的平行族；而多晶材料是由多個晶粒生長而成的，因而它的晶界包括各個小晶粒一圈圈的界，同時每一個晶粒由于生長取向不同具有自己的（hkl）晶面，因而多晶材料的（hkl）晶面是多個相互交叉的平面。結合筆者的繪圖，學生很快對這些基本概念有了很深的理解和認識，因而在學習后續(xù)的結晶學指數(shù)、晶向與晶面關系等結晶學基本內容時非常順利，收到了不錯的教學效果。

2 突出重點，注重理論體系融會貫通

《材料科學基礎》這門課程內容繁多，在本院有限的72個學時里對每個章節(jié)均仔細講解，做到面面俱到是一項不可能完成的任務。因而，需要對知識點進行梳理，在有限的時間里突出重點，同時將知識點串聯(lián)起來，讓整個理論體系融為一體，這樣學生在學習完課程后也會倍感輕松，受益匪淺。例如在學習晶體結構時，考慮到金屬結構模型主要為等徑球體堆積模型，而無機非金屬材料的晶體結構主要為不等徑球體堆積模型，兩者的知識點是相通的。因而在講述時，筆者著重以金屬結構模型為例進行動畫展示，從立體結構的各個方向講述，如何堆垛，并結合制作的球棍模型讓學生充分理解最密排堆積及配位數(shù)這些基礎概念，學生對金屬堆垛有了全面、深刻的認識后，自己主動對教材上關于無機化合物的晶體結構進行理解，在提問時發(fā)現(xiàn)學生對AX、AX2、A2X3的空間結構均有著較正確的認識，抓住了重點，很多知識的傳授就變得容易了很多。另外，理論體系的融會貫通對該課程的學習也大有裨益，在學習鮑林規(guī)則時，筆者要求學生認真掌握鮑林第二及第四規(guī)則，運用第二規(guī)則去判定離子化合物的可靠性，運用第四規(guī)則去檢驗硅酸鹽晶體島群結構的穩(wěn)定性，加深了學生對硅酸鹽晶體結構的認識，促進了學生對硅酸鹽晶體具有的結晶、解離及介電性能差異的理解。

3 拓寬專業(yè)，加強前沿成果介紹

由于我院無機非金屬材料工程專業(yè)的學生畢業(yè)后不僅是進入各種傳統(tǒng)建材（包括玻璃、水泥、陶瓷、耐火材料）企業(yè)工作，近幾年的簽約情況看相當部分的學生最終會從事納米、新材料開發(fā)等領域的工作。拓寬專業(yè)，在教學中適度的把目前社會上較前沿和熱點的知識引入課堂教學，并對傳統(tǒng)材料科學基礎教學內容進行適當?shù)闹R延伸和拓展，這不僅讓學生強烈地感受到科學發(fā)展的脈搏和動力，有效的拓寬學生的知識結構，開闊學生的視野，而且也給課堂教學增添了活力[4]。例如在講授共價鍵晶體結合時，筆者通過查閱最新發(fā)表的相關文獻，介紹了目前碳納米管和石墨烯的一些最新研究進展，結果學生在課堂上自發(fā)的展開了針對石墨烯結構與性能的討論，表現(xiàn)出對新材料探索的強烈欲望。事實表明，在教學中加強前沿成果的介紹能夠激發(fā)學生的學習興趣，大大提高《材料科學基礎》課程的教學效果。

【參考文獻】

[1]代凱.大學本科材料科學基礎課程教改初探[J].牡丹江師范學院學報（自然科學版），2011（1）：66-68.

[2]潘建梅，唐麗永，喬冠軍.材料科學基礎課程教學改革的探索與實踐[J].廣州化工，2016，44（3）：148-149.

[3]劉冠辰，耿樹東，陳連發(fā)，王巍，于曉波，王辰，張鈺.初探材料化學專業(yè)材料科學基礎課程的教學改革[J].吉林化工學院學報，2015，32（10）：42-44.

[4]張春艷.“材料科學基礎”課程建設探索與實踐[J].山東化工，2015，44（23）：104-105.

[責任編輯：田吉捷]