材料概論課程的改革與實(shí)踐

陳汪林　張世宏（安徽工業(yè)大學(xué)，馬鞍山　243002）

材料概論課程的改革與實(shí)踐

陳汪林張世宏
（安徽工業(yè)大學(xué)，馬鞍山243002）

材料概論是一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，努力提高教學(xué)水平，積極推進(jìn)該課程的教學(xué)改革，對(duì)于學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、考研、就業(yè)有著深遠(yuǎn)的影響。結(jié)合材料概論教學(xué)實(shí)踐，可從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、拓展前沿科學(xué)進(jìn)展、雙語(yǔ)教學(xué)、師生角色互換等方面推進(jìn)該課程的改革。

材料概論；課程；改革思路

材料概論是材料類專業(yè)開(kāi)設(shè)的一門入門基礎(chǔ)課，一般安排在大二講授。材料概論涵蓋了金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料、復(fù)合材料等材料學(xué)等各個(gè)專業(yè)的基本知識(shí)、實(shí)際應(yīng)用和前沿科學(xué)。該課程對(duì)拓寬學(xué)生視野、提高學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用，對(duì)后續(xù)各專業(yè)課程起著鋪墊、過(guò)渡和銜接作用。因此，推進(jìn)材料概論改革，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，本著理論和實(shí)際相結(jié)合的教學(xué)理念，激發(fā)學(xué)生自主參與性，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用，提高其分析和解決問(wèn)題的綜合能力有著重要的意義。為此，筆者結(jié)合材料概論的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)該課程的改革思路進(jìn)行了初步探索。本文主要從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、拓展前沿科學(xué)進(jìn)展、雙語(yǔ)教學(xué)、師生角色互換等四個(gè)方面進(jìn)行探討。

一、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

由于材料概論僅有32個(gè)課時(shí)，要在有限的時(shí)間內(nèi)為學(xué)生搭建一個(gè)完整的材料概論的理論框架，使學(xué)生對(duì)其有一個(gè)較為全面系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，就要求對(duì)材料概論的課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。目前有關(guān)材料概論方面的教材主要有高等教育出版社、化學(xué)工業(yè)出版社、重慶大學(xué)出版社、國(guó)防工業(yè)出版社、冶金工業(yè)出版社出版發(fā)行的書(shū)籍。上述書(shū)籍是材料工作者智慧的結(jié)晶，是學(xué)生們汲取知識(shí)的源泉，但是其各自側(cè)重的內(nèi)容有所不同，如有的側(cè)重于金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)的講解，有的側(cè)重于材料制備方法的講解，有的則側(cè)重于電性、磁性、超導(dǎo)、智能、新能源、生物醫(yī)藥等新型材料的發(fā)展概況。因此，為了面面俱到，筆者認(rèn)為不能單一的選擇其中的一本作為指定教材，應(yīng)將上述教材中的知識(shí)進(jìn)行歸納、總結(jié)，萃取其中的精華部分進(jìn)行講解。授課過(guò)程中以金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料四大類材料的基本概念、制備方法、應(yīng)用和發(fā)展為主線，同時(shí)輔助穿插當(dāng)今社會(huì)的新型、熱點(diǎn)材料的研究現(xiàn)狀。

另外，為了讓材料概論中的知識(shí)點(diǎn)不再顯得枯燥、無(wú)味，應(yīng)該尋找合適的切入點(diǎn)，將材料學(xué)術(shù)用語(yǔ)用一些淺顯易懂的生活現(xiàn)象引入課堂。如利用“如何從材料學(xué)角度分析泰坦尼克號(hào)失事原因？”這個(gè)問(wèn)題引入鋼鐵材料脆性斷裂失效概念；利用“為什么不銹鋼不會(huì)生銹？”這個(gè)問(wèn)題引入合金鋼的概念；利用“寶劍鋒從磨礪起，梅花香自苦寒來(lái)”的千古名句引入淬火熱處理的概念；利用“為什么曲別針會(huì)彎曲？”這個(gè)問(wèn)題引入塑性變形的概念。

此外，在材料概論課程結(jié)束的時(shí)候，教師可以結(jié)合自己的研究方向以講座的形式做一場(chǎng)專題報(bào)告，以點(diǎn)帶面，加深學(xué)生對(duì)材料概論知識(shí)的理解。通過(guò)這種講座的形式讓學(xué)生知道材料科學(xué)知識(shí)能夠解決實(shí)際生產(chǎn)生活中的哪些問(wèn)題；讓學(xué)生理解怎樣運(yùn)用材料科學(xué)知識(shí)開(kāi)展理論研究；讓學(xué)生了解怎樣運(yùn)用材料科學(xué)知識(shí)撰寫(xiě)科研論文。

二、拓展前沿科學(xué)進(jìn)展

現(xiàn)代材料科學(xué)的發(fā)展突飛猛進(jìn)、日新月異，不斷有新的材料、新的工藝誕生。因此，教師在傳授學(xué)業(yè)的時(shí)候，不能故步自封，僅拘泥于教材上的知識(shí)，應(yīng)將當(dāng)今的熱點(diǎn)材料和最新進(jìn)展及時(shí)擴(kuò)充到課堂教學(xué)中。在活躍課堂氣氛的同時(shí)，讓學(xué)生也能與材料科學(xué)中的前沿科學(xué)知識(shí)有所接觸，拓寬其視野，為其在今后的學(xué)習(xí)、科研、工作中奠定一個(gè)扎實(shí)的基礎(chǔ)。

例如，在講解納米材料特性時(shí)，可以將因2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)而引起全世矚目的石墨烯引入課堂。用通俗易懂、簡(jiǎn)單直觀的事例讓大家對(duì)“黑金子”——石墨烯有一個(gè)了解，如：它是世界上強(qiáng)度最大的材料，僅100納米厚的石墨烯能夠承受約2噸重物的壓力而不斷裂；低成本石墨烯電池或?qū)崿F(xiàn)“一分鐘充電”等。

在講解材料加工制備新技術(shù)時(shí)可將一種改變傳統(tǒng)工業(yè)的加工方法，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)快速成型的新技術(shù)——3D打印技術(shù)引入介紹給學(xué)生。它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。目前，3D打印技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于人體器官、機(jī)械零件、房屋建筑等，將3D打印技術(shù)引入課堂可讓學(xué)生對(duì)該技術(shù)的工作原理、常用材料、制備過(guò)程、應(yīng)用領(lǐng)域有一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。

在講解新材料的時(shí)候，可將柔性玻璃這一前沿新穎的材料介紹給學(xué)生，它是由著名的玻璃與陶瓷制造商康寧公司研制的。它最大的特點(diǎn)是厚度僅為100微米，且具有塑料一樣的柔軟特性，能夠任意彎曲。它的出現(xiàn)，勢(shì)必會(huì)掀起一場(chǎng)手機(jī)等數(shù)碼產(chǎn)品的新變革，據(jù)悉，一款屏幕可以彎曲、折疊的手機(jī)正在研發(fā)階段，不久的將來(lái)即將問(wèn)世。

材料概論課堂中因?yàn)槿谌肓诉@些新穎、有趣的前沿科學(xué)知識(shí)案例，會(huì)變得更加豐富多彩，學(xué)生也會(huì)在老師的引導(dǎo)下叩開(kāi)材料科學(xué)這扇大門，在知識(shí)的海洋中遨游。

三、雙語(yǔ)教學(xué)

作為材料專業(yè)的入門基礎(chǔ)課程，材料概論課程具有內(nèi)容簡(jiǎn)單易懂、涉獵廣泛的優(yōu)點(diǎn)，可以將其作為雙語(yǔ)教學(xué)的典型課程來(lái)探索、推廣。通過(guò)雙語(yǔ)教學(xué)，可使學(xué)生掌握與材料有關(guān)的最基本的概念和知識(shí)，了解材料組成、制備工藝、結(jié)構(gòu)與性能之間聯(lián)系等內(nèi)容，同時(shí)，也能使學(xué)生掌握一些材料專業(yè)常用的英語(yǔ)詞匯和表達(dá)方式，為日后深入學(xué)習(xí)專業(yè)課程打下良好基礎(chǔ)。關(guān)于材料概論的雙語(yǔ)教學(xué)工作，國(guó)內(nèi)一些高校已經(jīng)進(jìn)行了探索，也取得了較為理想的效果。因此，在教學(xué)過(guò)程中可借鑒前人的成功經(jīng)驗(yàn)，如：教師應(yīng)依據(jù)學(xué)生的英文水平，靈活調(diào)整教學(xué)過(guò)程中英文的使用比例，避免學(xué)生因英文基礎(chǔ)薄弱而出現(xiàn)材料基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)英語(yǔ)都不能很好掌握的現(xiàn)象。此外，為了讓學(xué)生能夠掌握更為純正、地道的專業(yè)外語(yǔ)，應(yīng)推薦學(xué)生閱讀英文原版書(shū)籍，追本溯源，由James F.Shackelford編寫(xiě)的原版英文教材《Introduction to Materials Science for Engineers》原汁原味、內(nèi)容豐富，可供參考。

雙語(yǔ)教學(xué)在提升學(xué)生綜合素養(yǎng)的同時(shí)，也是對(duì)教師綜合能力的一種歷練和提高。雙語(yǔ)教學(xué)不僅要求教師具有扎實(shí)的材料專業(yè)基礎(chǔ)，還對(duì)其英語(yǔ)口頭表達(dá)能力有較高要求，需流利、準(zhǔn)確的應(yīng)用專業(yè)詞匯。目前，對(duì)于大多數(shù)教師而言，經(jīng)過(guò)高等教育的培養(yǎng)，材料專業(yè)知識(shí)和英文寫(xiě)作能力是毋庸置疑的，但英語(yǔ)口頭表達(dá)能力還有所欠缺。因此，要求教師在備課過(guò)程中加倍努力，提升英語(yǔ)口頭表達(dá)能力，只有將自己的能力提高了，才能更好地教書(shū)育人，將雙語(yǔ)教學(xué)落實(shí)到實(shí)處。

四、師生角色互換

愛(ài)因斯坦曾說(shuō)：“提出一個(gè)問(wèn)題往往比解決一個(gè)問(wèn)題更重要?！痹诔Ｒ?guī)的教學(xué)過(guò)程中，教師充當(dāng)?shù)氖菃?wèn)題提出者的角色，教師首先將知識(shí)凝練、梳理、消化后再傳授給學(xué)生，某種程度而言，學(xué)生是一個(gè)被動(dòng)的接收者，沒(méi)有主導(dǎo)性。為了調(diào)動(dòng)學(xué)生課堂的積極性提升參與度，培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題、解決問(wèn)題以及口頭表達(dá)等綜合能力，筆者認(rèn)為在材料概論教學(xué)過(guò)程中，部分章節(jié)應(yīng)采取師生角色互換，即學(xué)生講課老師聽(tīng)的教學(xué)模式。其具體操作方式為：采取自愿報(bào)名的方式，學(xué)生選取其感興趣的一個(gè)章節(jié)，經(jīng)查找資料、充分準(zhǔn)備后，在講臺(tái)上講解，教師和其他學(xué)生一起聽(tīng)課，聽(tīng)課過(guò)程中可以提問(wèn)，學(xué)生講課結(jié)束后，教師和其他學(xué)生為其進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。

角色互換是拉近師生距離，增進(jìn)感情的一種方式，也是讓師生換位思考互相體會(huì)對(duì)方課堂感受的有效途徑。讓學(xué)生敢于將自己對(duì)材料概論課程中相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的疑惑、想法，甚至是創(chuàng)新及時(shí)和老師進(jìn)行探討、交流。蕭伯納曾說(shuō)過(guò)：“你有一個(gè)蘋果，我有一個(gè)蘋果，我們彼此交換，每人還是一個(gè)蘋果；你有一種思想，我有一種思想，我們彼此交換，每人可擁有兩種思想。”當(dāng)教師和學(xué)生的思想在一起探討、交流時(shí)，有可能會(huì)碰撞出一個(gè)關(guān)于新材料、新工藝的火花。

相信在師生角色互換過(guò)程中，學(xué)生能夠更加深入的理解專業(yè)知識(shí)，教師也能發(fā)現(xiàn)自己教學(xué)中存在的一些不足，做到教學(xué)相長(zhǎng)，共同進(jìn)步。當(dāng)然，在師生角色互換的初期，可能會(huì)遇到學(xué)生因畏懼、膽怯，不敢嘗試上臺(tái)講課的情況。這時(shí)，教師就應(yīng)該做好心理疏導(dǎo)工作，鼓勵(lì)同學(xué)積極參與，克服畏懼心理。同時(shí)，制定適當(dāng)?shù)募?lì)政策促使更多同學(xué)積極參與其中，如將學(xué)生講課成績(jī)作為額外加分項(xiàng)計(jì)入平時(shí)成績(jī)等。

五、結(jié)束語(yǔ)

材料概論作為一門重要的基礎(chǔ)學(xué)科，在材料科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的同時(shí)，它所包括的內(nèi)容也在不斷的更新、擴(kuò)展，教學(xué)模式也在不斷的改進(jìn)、創(chuàng)新。筆者在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，提出了上述四點(diǎn)關(guān)于材料概論的教學(xué)改革思路，認(rèn)為其有利于提高教育教學(xué)水平與質(zhì)量，有利于加深學(xué)生對(duì)材料科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)，有利于提升學(xué)生英語(yǔ)水平及其他綜合能力，為學(xué)生后期的學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，在此課程教學(xué)改革的過(guò)程中對(duì)教師的教學(xué)水平和專業(yè)素養(yǎng)的提升也有良好的促進(jìn)作用。

［1］徐曉虹，吳建鋒，王國(guó)梅，等.材料概論［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［2］周達(dá)飛.材料概論［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

［3］雅菁，吳芳，周彩樓.材料概論［M］.重慶：重慶大學(xué)出版社，2006.

［4］陳光，崔崇，徐鋒，等.新材料概論［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2013.

［5］譚毅，李敬鋒.新材料概論［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2004.

［6］張建華.《材料概論》雙語(yǔ)教學(xué)改革的研究與實(shí)踐［J］.機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2011（5）：188-189.

［7］雷麗文，水中和，劉啟明，等.《材料概論》雙語(yǔ)課程教學(xué)模式的探索與實(shí)踐［J］.高教研究，2011（29）：47-48.

Reform in the Course of Introduction to Material Science

CHEN Wanglin，ZHANG Shihong
（Anhui University of Technology，Ma’an Shan 243002，China）

Introduction to Materials Science for Engineering majors is a basic academic course.The teaching of this course needs to be improved and a teaching reform should be promoted，which may have a profound impact on students’learning，postgraduate education and employment.Taking current teaching practice into considerationreformneedstobecarriedoutonoptimizingteachingcontents，introducingthelatest development in science and technology，bilingual lecturing andtherolechangebetweenteachersand students.

introduction to materials science；course；reform

G642

陳汪林（1982—），男，講師，研究方向：金屬涂層技術(shù)。