材料熱力學(xué)與動力學(xué)教學(xué)體系的改革探索

賈淑果　寧向梅　黃金亮　王順興　田保紅

【摘 要】本文結(jié)合我校材料科學(xué)工程學(xué)科材料熱力學(xué)與動力學(xué)課程的教學(xué)實(shí)踐，根據(jù)該門課程自身的特點(diǎn)，從精選教材及教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、以及考核方式等方面的教學(xué)改革進(jìn)行初步探索，以更好地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，從而最終達(dá)到更好地提高改善材料熱力學(xué)與動力學(xué)課程教學(xué)效果的目的。

【關(guān)鍵詞】材料熱力學(xué)與動力學(xué)；教學(xué)方法；考核方式

中圖分類號： TB331 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）09-0043-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.09.019

材料熱力學(xué)與動力學(xué)課程是我校材料科學(xué)工程學(xué)科碩士研究生的一門重要的學(xué)位必修課程。該門課程主要涉及經(jīng)典熱力學(xué)和統(tǒng)計熱力學(xué)理論在材料中的相和組織形成規(guī)律方面中的應(yīng)用，以及材料在制備與加工過程中的動力學(xué)問題。該課程涵蓋大量抽象晦澀難懂的內(nèi)容，一系列的公式推導(dǎo)；學(xué)生們反映該課程十分重要，但理論性太強(qiáng)、公式太多、且抽象難以理解；同時該門課程對老師的教學(xué)也具有很大的挑戰(zhàn)性。基于此，如何提高該門課程的授課效果，進(jìn)而提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)積極性顯得尤為重要。本文著重從教材及教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核方式等三方面對該門課程的教學(xué)改革進(jìn)行初步探索，以期更好提高教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

我校材料科學(xué)與工程學(xué)科的碩士研究生的材料熱力學(xué)與動力學(xué)這門課程，是在2015年研究生培養(yǎng)方案修訂時在原有材料熱力學(xué)課程的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)置的，修訂后的材料熱力學(xué)與動力學(xué)課程不僅是材料科學(xué)與工程學(xué)科學(xué)術(shù)型碩士研究生的學(xué)位課，同時也是該學(xué)科學(xué)術(shù)型碩士研究生的必修課程，課程設(shè)置學(xué)分2個學(xué)分，學(xué)時32個學(xué)時。

1 精選教材及教學(xué)內(nèi)容

一本好的教材是承載知識的載體；是教師進(jìn)行教學(xué)的主要依據(jù)，也是學(xué)生獲得系統(tǒng)知識的主要途徑。而由于材料熱力學(xué)與動力學(xué)課程自身的特點(diǎn)，使得該門課程不僅難學(xué)且難教，因此選擇一門較為合適的教材是十分關(guān)鍵的。

目前已出版的與材料熱力學(xué)相似的教材有10多種，另外還有與熱力學(xué)相類似的教材約有20多種。針對版本繁多的相似教材，毫無疑問其涵蓋的內(nèi)容是不盡相同的，同時其側(cè)重點(diǎn)也有一定的差別。如針對材料科學(xué)與工程學(xué)科研究生教學(xué)用書的徐祖耀主編[1]的材料熱力學(xué)和郝士明等[2]編著的材料熱力學(xué)。其中徐祖耀主編主要包括統(tǒng)計熱力學(xué)、熱容與熵、相變熱力學(xué)、相圖熱力學(xué)、界面熱力學(xué)及熱力學(xué)在材料工程中應(yīng)用示例等，每一章節(jié)有不同的編者執(zhí)筆。郝士明等編著的重點(diǎn)介紹了經(jīng)典熱力學(xué)和統(tǒng)計熱力學(xué)理論在揭示材料中的相和組織形成規(guī)律方面的應(yīng)用，通過材料問題實(shí)例說明熱力學(xué)的基本規(guī)律，主要包括單組元材料的熱力學(xué)、二組元相、二組元材料熱力學(xué)、兩個重要的溶體模型、相變熱力學(xué)、多組元相、多元材料熱力學(xué)、集團(tuán)變分法、次級相平衡、材料設(shè)計與熱力學(xué)等內(nèi)容；該教材于2004年由化學(xué)工業(yè)出版社出版，于2005年進(jìn)行了第二次印刷，并隨后進(jìn)行了再版；國家教育部于2005年將此書確定為全國研究生推薦教材。結(jié)合我校具體情況，并仔細(xì)對比分析了這兩種以及徐瑞主編[3]的材料熱力學(xué)與動力學(xué)，最后選用郝士明等編著的材料熱力學(xué)作為主講教材，徐瑞及徐祖耀主編的作為參考教材。

根據(jù)我們學(xué)校材料科學(xué)與工程學(xué)科培養(yǎng)方案及該門課程的大綱要求，在教學(xué)內(nèi)容的講解上，不可能嚴(yán)格按照教材面面俱到，而是要根據(jù)專業(yè)特色及大綱學(xué)時要求有所側(cè)重、有所舍棄；另外在開課之初，利用開會交流之際，調(diào)研了西安交通大學(xué)、東北大學(xué)、昆明理工大學(xué)、中科院金屬所等高校和科研院所，借鑒了兄弟院校的一些經(jīng)驗(yàn)；同時考慮是研究生課程，在大綱要求的學(xué)時之外加入了自學(xué)學(xué)時，并且自學(xué)部分納入考試內(nèi)容?；谶@種想法，內(nèi)容講解上側(cè)重于熱力學(xué)部分，動力學(xué)部分屬于自學(xué)范疇；且熱力學(xué)部分重點(diǎn)講述單組元材料熱力學(xué)、二組元相、二組元材料熱力學(xué)、兩個重要的溶體模型及相變熱力學(xué)等五章內(nèi)容。其它部分內(nèi)容不做課堂講解，但作為學(xué)生的自學(xué)內(nèi)容。另外，為了拓寬學(xué)生視野，使學(xué)生增加對專業(yè)的興趣，學(xué)習(xí)的熱情，教學(xué)過程中，引入最新的相關(guān)領(lǐng)域的科研成果。

2 教學(xué)方法改革

我校材料科學(xué)與工程學(xué)科的學(xué)術(shù)型碩士研究生生源比較雜，有的學(xué)生本科期間學(xué)的是材料類專業(yè)，有的學(xué)的是機(jī)械類專業(yè)等，有些學(xué)生甚至本科學(xué)習(xí)期間物理化學(xué)就沒有修過。導(dǎo)致很多學(xué)生們在學(xué)習(xí)這門課程相對比較吃力，其對材料相關(guān)的專業(yè)知識十分薄弱，同時鑒于材料熱力學(xué)與動力學(xué)的課程特點(diǎn)，不同于純粹的理論課也不同于純粹的專業(yè)課，而是專業(yè)和理論兼具，使得該門課程相對于其它專業(yè)課程比較枯燥無味，相對不容易調(diào)動或者激發(fā)學(xué)生的積極性。而若在這個階段學(xué)生對專業(yè)一旦失去興趣，相對來說后果是十分嚴(yán)重的。因此，教師如何教好學(xué)生如何學(xué)好該門課程顯得相對十分重要。對于該門課程教學(xué)方法的探討顯得十分必要，本節(jié)主要從如何更好調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、以及如何靈活運(yùn)用多媒體和板書兩個方面進(jìn)行初步探討。

任何的一個教學(xué)環(huán)節(jié)，如何有效地調(diào)動學(xué)生們上課的積極性往往是一個永恒的話題。針對自己近二十年的教學(xué)，并結(jié)合近幾年材料熱力學(xué)與動力學(xué)的教學(xué)體會，主要從從三個方面討論如何調(diào)動積極性。首先就是利用名人效應(yīng)，也即有關(guān)材料熱力學(xué)方面的名人典故。如講解熱容時引入Einstein生平簡介，講解單組元材料兩相平衡時引入Clapeyron的介紹等等。另外講課時不要脫離材料領(lǐng)域前沿的研究成果，以及將書本上的理論知識與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合。教學(xué)中的舉的例子不要生搬教科書上的例子，多舉一些學(xué)科前沿的例子；特別是切合自己的科研實(shí)際和生產(chǎn)實(shí)際，包括現(xiàn)實(shí)的生活現(xiàn)象等。如講解表面能時，可以舉例為什么落到荷葉上的水滴都是呈球形、而兩顆水滴相遇又會形成大水珠；講到Clapeyron方程時，可以問為什么我們在高山上米飯煮不熟，溜冰時為什么通過加壓可以增加潤滑作用等。通過這些實(shí)實(shí)在在的例子，不僅增加學(xué)生的感性認(rèn)識，同時還可以大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對自己專業(yè)的了解和認(rèn)識，既能拓寬學(xué)生的知識面，又能開闊學(xué)生的視野。再者充分利用課前幾分鐘。可以簡短回顧上節(jié)內(nèi)容，把學(xué)生們的思緒從上節(jié)課或者課間的喧鬧拉回課程，讓學(xué)生們快速進(jìn)入狀態(tài)；也可以穿插重點(diǎn)問題的提問，讓學(xué)生精神一振，大腦緊張起來。同時還可以在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)讓學(xué)生們自己組織課堂，進(jìn)行講解，最后教師點(diǎn)評總結(jié)?？梢赃x擇書中的一部分相對簡單的內(nèi)容，提前布置給學(xué)生，讓他們自己動手查資料，準(zhǔn)備課堂；或者簡單的可以讓學(xué)生自己評講作業(yè)。這不僅僅只是學(xué)到了知識，更重要的是學(xué)生的能力得到了極大的鍛煉。

多媒體是指信息的各種表現(xiàn)形式，包括音頻、視頻、圖像、圖像及文本等，具有集成性、交互性和實(shí)時性等特點(diǎn)。由于該門課程內(nèi)容繁多，但目前課時又極少的情況下，同時鑒于多媒體的特點(diǎn)，該門課程輔以多媒體教學(xué)，不僅能夠更好地表現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，同時還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，其作用是不言而喻的。但是任何事物都存在兩面性，多媒體也同樣。單從學(xué)生角度來說，多媒體雖然信息量大、圖文并茂，比起傳統(tǒng)的板書有其獨(dú)到的地方，但存在教師講解時會翻頁過快，學(xué)生們沒有辦法更好地消化所講的內(nèi)容；再若多媒體制作質(zhì)量不高，如文字過多、字跡太小等，會更加劇學(xué)生的聽課自覺性，從而起不到多媒體教學(xué)該有的效果。對于材料科學(xué)基礎(chǔ)課程，多媒體雖然是一種比較先進(jìn)的教學(xué)方式，但教師不能完全依賴多媒體教學(xué)，而要合理的運(yùn)用多媒體，以達(dá)到更好地激發(fā)學(xué)生的興趣，最終提高教學(xué)質(zhì)量。

3 考核方式優(yōu)化

課程結(jié)束后，都要對學(xué)生進(jìn)行考評，考評不僅考察學(xué)生對知識能力的提高程度，同時也考察教師的講授效果。但考評的方式有多種有筆試、面試，或者兩者結(jié)合。但就材料熱力學(xué)與動力學(xué)課程考評的主要方式仍采取的是筆試。但一般學(xué)生們的最終成績并非僅僅只是有期末的筆試成績決定?？荚u成績一般有期末的開卷筆試、作業(yè)和平時三部分組成。期末開卷考試占總評的70%，作業(yè)和平時分別占30%。這個比例看起來還是一考定終身，感覺考試前突擊即可。但實(shí)際上不是這樣。首先對于期末的開卷考試考場秩序嚴(yán)格控制，嚴(yán)格杜絕作弊；其次對于試卷內(nèi)容，僅只有40%左右的內(nèi)容依靠依靠書本可以得分，剩下的60%的內(nèi)容必須靈活利用所學(xué)知識才能完全做對，并且有20%的分值是結(jié)合實(shí)際情況，重在考查學(xué)生對知識的掌握，這些僅只憑借考試之前的突擊是得不到高分的。對于作業(yè)的評價，要當(dāng)面進(jìn)行考核，隨機(jī)抽取學(xué)生講評作業(yè)。而平時的10%，并非只要不曠課不早退即可得到，而是要結(jié)合平時課堂表現(xiàn)的情況來給分，其中平時課堂的表現(xiàn)情況占到平時成績的50%。按照這種方式實(shí)行后，學(xué)生們上課的參與性高了，相對的學(xué)習(xí)的積極性有極大的改善，教學(xué)的根本目的也得到了提升。

4 結(jié)語

基于材料熱力學(xué)與動力學(xué)在課程中的重要性，以及該課程存在的自身特點(diǎn)，對于各個院校來說，該門課程的教學(xué)改革將是永無止境的。近幾年，針對我們學(xué)科的材料熱力學(xué)與動力學(xué)的教學(xué)的改革都進(jìn)行了一定的探討和實(shí)踐，取得了初步成效，該課程評獲省級優(yōu)質(zhì)課程?；谀壳安牧蠠崃W(xué)與動力學(xué)涵蓋內(nèi)容的廣泛，而各個高校的特點(diǎn)也不盡相同，該門課程的教學(xué)改革也不能照抄照搬，應(yīng)根據(jù)各個高校實(shí)際情況進(jìn)行合適的改進(jìn)。以達(dá)到最終提高該門課程的教學(xué)效果，更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)一步提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題以及解決問題的綜合素質(zhì)及創(chuàng)新實(shí)踐能力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]徐祖耀.材料熱力學(xué).北京：高等教育出版社，2009.

[2]郝士明，蔣敏，李洪曉.材料熱力學(xué).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[3]徐瑞.材料熱力學(xué)與動力學(xué).哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003.