應(yīng)用型大學(xué)材料物理化學(xué)教學(xué)改革

胡磊

摘要：本文針對應(yīng)用型大學(xué)材料物理化學(xué)教學(xué)中出現(xiàn)的公式概念難理解，學(xué)時少，學(xué)生基礎(chǔ)差等問題進行教學(xué)改革。教學(xué)改革后學(xué)生學(xué)習(xí)積極性增強，教學(xué)質(zhì)量明顯提高。

關(guān)鍵詞：材料物理化學(xué)；應(yīng)用型大學(xué)；教學(xué)改革

材料物理化學(xué)是材料類專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，它與材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料物理性能共同構(gòu)成材料類專業(yè)最重要的三門專業(yè)基礎(chǔ)課。材料物理化學(xué)與物理化學(xué)最大的區(qū)別是前者主要研究凝聚態(tài)物質(zhì)，凝聚態(tài)物質(zhì)對常壓不太敏感，故在材料物理化學(xué)中通常忽略壓強的影響。筆者在講授該課程時發(fā)現(xiàn)其中存在一些問題，并采取了一些相應(yīng)的教學(xué)改革措施。

1存在問題

1.物理公式多，概念難理解

在上課時學(xué)生普遍反映該課程概念難理解，公式多，難記憶，對公式的適用條件把握不準。有部分學(xué)生對該課程學(xué)習(xí)出現(xiàn)畏難情緒，上課注意力不集中，學(xué)習(xí)效率低，嚴重影響教學(xué)效果。

2.教學(xué)學(xué)時少，教學(xué)進度快

最近幾年，一些應(yīng)用型高校在制定人才培養(yǎng)方案時不斷壓縮學(xué)分，增加實踐課學(xué)時，縮減理論課學(xué)時，強調(diào)理論夠用就行。在縮減理論課學(xué)時的大背景下，材料物理化學(xué)這門理論性強、內(nèi)容多的課程學(xué)時也大幅下降，這就要求任課教師盡可能加快教學(xué)進度才能講授更多知識。而教學(xué)進度加快后難免造成部分學(xué)生難以消化所學(xué)知識，上課聽不懂。

3.學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)壓力大

由于廣西高招在2015年二本和三本合并招生，再加上擴招的影響，廣西二本線從2014年的407分降為2015年的320分，這就造成2014年之后的二本分數(shù)線大幅下降。筆者所在的高校2015年錄取分數(shù)線也比2014年下降了大約50分。授課時發(fā)現(xiàn)2015年入學(xué)的學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)差一些，接受新知識要比之前的學(xué)生略微困難些，學(xué)習(xí)壓力也更大些。

2改革措施

為提高材料物理化學(xué)教學(xué)質(zhì)量，針對存在的問題我們從以下幾個方面進行教學(xué)改革：

1.注重概念講解和公式的推導(dǎo)

針對物理公式多、概念難理解的問題，上課時應(yīng)注重基本概念的講解和基本公式的推導(dǎo)。在講解理想氣體和實際氣體區(qū)別時特別強調(diào)理想氣體分子間距較大，可以忽略分子間勢能，故理想氣體的內(nèi)能只是溫度T的函數(shù)；而實際氣體存在分子間相互作用力，分子勢能不能忽略不計，故實際氣體內(nèi)能是溫度T和壓強p的函數(shù)。又如在講解焓概念時強調(diào)焓是狀態(tài)函數(shù)，在節(jié)流過程中焓不變。在講解講解pVT過程、相變、和化學(xué)反應(yīng)上用實例來比較三種變化的熱效應(yīng)，讓學(xué)生對以上三種變化在熱量上有深刻理解。公式最多的章節(jié)是熱力學(xué)部分，在大學(xué)物理課程中已經(jīng)簡單學(xué)習(xí)過熱力學(xué)三大定律，但教學(xué)中發(fā)現(xiàn)把這三大定律應(yīng)用在材料物理化中時學(xué)生普遍出現(xiàn)了困難。學(xué)生對公式的推導(dǎo)證明感到吃力，甚至有部分學(xué)生認為這么多公式根本記不住。熱力學(xué)中內(nèi)能U、焓H、自由能A、吉布斯函數(shù)G、外界對系統(tǒng)做的功W、熵S、溫度T、壓強p、體積V滿足如下幾個公式：

公式（9）-（12）給出了在特定條件下求T、p、V、S的方程，這四個方程在以后的計算證明中作用很大。公式（5）-（12）是由最基本公式（1）-（4）進行數(shù)學(xué)運算得到的。課堂教學(xué)時應(yīng)讓學(xué)生懂得公式重在理解，不能死記硬背，對公式多推導(dǎo)幾遍就能慢慢理解。在教學(xué)中還發(fā)現(xiàn)個別學(xué)生不明確公式的適用條件就盲目套用公式計算，如公式（9）只有在體積V不變的情況下溫度T才等于內(nèi)能U對熵S求偏導(dǎo)，忽略了體積V不變這個條件得到的也是錯誤的結(jié)果，因此在課堂教學(xué)時要時時強調(diào)公式的適用條件。針對學(xué)生高等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱的問題，在上課時補充一些數(shù)學(xué)知識，這樣可以減少公式推導(dǎo)時遇到的困難而加深對公式的理解。我們在推導(dǎo)相平衡理論時補充多元函數(shù)的泰勒展開公式，函數(shù)極大值和極小值的條件等數(shù)學(xué)知識。學(xué)生具備了充足的數(shù)學(xué)知識后普遍反映公式容易推導(dǎo)和理解。在講解本課程概念和公式時與材料物理化學(xué)實驗和后續(xù)課程相聯(lián)系，進一步加深學(xué)生對本課程知識的掌握，使學(xué)生明白該課程的重要性，學(xué)習(xí)也會更加認真。

2.調(diào)整章節(jié)內(nèi)容

針對學(xué)時少的問題，對章節(jié)內(nèi)容進行調(diào)整修改，避免上課趕進度。該課程在我校金屬材料工程專業(yè)中主要講授熱力學(xué)三大定律、化學(xué)勢、相平衡、電化學(xué)和表面與界面。與物理化學(xué)主要關(guān)注氣體和化學(xué)變化不同，材料物理化學(xué)更加重視凝聚態(tài)物質(zhì)相變過程，尤其是金屬材料相變。針對這種情況筆者剔除了金屬材料工程專業(yè)幾乎用不到的化學(xué)平衡、化學(xué)動力學(xué)、膠體化學(xué)等章節(jié)，這樣就可以把有限的學(xué)時用在熱力學(xué)和固體相變理論的學(xué)習(xí)上。相圖是金屬材料工程專業(yè)最重要的理論基礎(chǔ)，對研究鋼鐵、鋁合金、鎂合金等金屬材料性質(zhì)尤其重要，為了突出重點在上課時應(yīng)對該章節(jié)重點講授。為了充分利用上課學(xué)時，我們采用傳統(tǒng)教學(xué)和多媒體相結(jié)合的教學(xué)方法。對一些文字比較長的概念、案例、圖表等采用多媒體教學(xué)，這樣就可以節(jié)省板書時間，而對重要公式的推導(dǎo)則采用黑板板書的方式，這樣就可以重點突出推導(dǎo)過程，加深學(xué)生對公式的理解。學(xué)時減少不可避免造成教學(xué)進度有所加快，我們要求學(xué)生做好預(yù)習(xí)和課后作業(yè)，對預(yù)習(xí)和課后作業(yè)的完成情況計入期末平時成績。另外，對在大學(xué)物理課程中已經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識章節(jié)減少學(xué)時，以此爭取更多的學(xué)時對重點章節(jié)進行講解。

3.修改人才培養(yǎng)計劃

針對2015年入學(xué)的學(xué)生基礎(chǔ)薄弱這一情況，我們在2015年修改了人才培養(yǎng)計劃，在滿足專業(yè)要求的前提下適當(dāng)降低本課程的難度，突出本課程最重要的內(nèi)容及其在本專業(yè)中的應(yīng)用。精心選擇學(xué)習(xí)的章節(jié)，授課時的講解更加詳細，公式推導(dǎo)更加完備。要求學(xué)生課前做好預(yù)習(xí)，課后加強復(fù)習(xí)。課堂教學(xué)時多和學(xué)生互動，以便隨時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，對學(xué)生理解困難的知識點進行針對性的講解。自習(xí)課上加強對學(xué)生的輔導(dǎo)。課后作業(yè)和期末考試也適當(dāng)降低難度，避免出現(xiàn)偏題和怪題，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的信心。

3改革效果

通過以上教學(xué)改革的措施，教學(xué)效果明顯改善，學(xué)生普遍反映材料物理化學(xué)這門理論性強的課程不再那么難學(xué)，學(xué)習(xí)的積極性提高了。通過教師的講解，對于這門課程中的公式，學(xué)生學(xué)會運用數(shù)學(xué)工具來推導(dǎo)，從而發(fā)現(xiàn)公式不再需要刻意記憶，對于課本中的概念理解也更加深刻。教師修改人才培養(yǎng)計劃，上課時忽略重復(fù)內(nèi)容，突出講授重點章節(jié)，避免趕進度，學(xué)生學(xué)習(xí)壓力普遍減小，學(xué)習(xí)更加輕松，增強了學(xué)習(xí)的興趣和自信心。

總之，材料物理化學(xué)作為一門理論性強、內(nèi)容多、公式概念多的專業(yè)基礎(chǔ)課，對于金屬材料工程專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)而言具有重要的意義。作為教師要不斷在教學(xué)中進行改革，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生學(xué)好并能用好課程中的理論知識，從而為后續(xù)的專業(yè)學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。endprint