《材料物理性能》課程的教學(xué)改革

鄭贛鴻　戴振翔　馬永青

摘要：《材料物理性能》是材料與工程專業(yè)的一門核心專業(yè)課程。針對該課程教學(xué)中的內(nèi)容多且抽象的特點，我們從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段、實踐教學(xué)等方面進行了改革。探討了本門課程教學(xué)過程中如何調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，將科研成果與教學(xué)實踐相結(jié)合，提高整體教學(xué)效率的可行措施。

關(guān)鍵詞：材料物理性能；教學(xué)方法；教學(xué)實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）29-0110-02

《材料物理性能》是材料科學(xué)與工程專業(yè)的一門主要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是物理理論基礎(chǔ)與材料性能相結(jié)合為主的一門課程，旨在利用物理學(xué)理論闡述材料的性能及規(guī)律，與《高等數(shù)學(xué)》《量子力學(xué)》《固體物理》《物理化學(xué)》《材料科學(xué)基礎(chǔ)》等課程內(nèi)容交叉較多。

一、《材料物理性能》課程的內(nèi)容

《材料物理性能》闡述了材料的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等性能的原理、性能的測定以及控制和改善性能的措施等，并且明確了材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系以及各性能之間的相互制約與變化規(guī)律。

我們選用的是北京航空航天大學(xué)出版社出版的田蒔主編的《材料物理性能》。本書首先介紹固體中電子能量結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的三個理論即經(jīng)典自由電子學(xué)說、金屬的費密-索末菲電子理論、晶體能帶理論的基本知識，然后，依次介紹電、介電、光、熱、磁以及彈性和內(nèi)耗性能。

二、《材料物理性能》課程的特點

（一）知識點多且覆蓋面廣

如上所述，《材料物理性能》主要講授了電、介電、光、熱、磁、彈性和內(nèi)耗的基本參數(shù)的物理意義及本質(zhì)；材料物理性能參數(shù)與成分、結(jié)構(gòu)的關(guān)系及影響因素；材料物理性能的測量方法及其在材料科學(xué)研究中的應(yīng)用。學(xué)生需要先學(xué)習(xí)一些前期的課程，比如《高等數(shù)學(xué)》《量子力學(xué)》《固體物理》，才能夠?qū)W好這門課程，理順本課程的知識體系。

（二）公式推導(dǎo)與計算內(nèi)容乏味

公式多是《材料物理性能》課程的第二個特點，特別是彈性和內(nèi)耗部分的理論知識，推導(dǎo)過程非常繁瑣，計算量也大，因此很多教材中經(jīng)常是直接給出結(jié)論的。我們在授課過程中，也不可能一一講解，或者是給學(xué)生一點一點推導(dǎo)，很多的時候是以課件等形式教學(xué)，這就導(dǎo)致學(xué)生理解困難。

（三）與實踐經(jīng)驗結(jié)合不夠密切

《材料物理性能》中的制備過程、工藝等知識內(nèi)容都是以文字的形式敘述的，缺乏直觀的感受，這樣學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣就不會很高。

基于以上問題，我們教師必須提出針對性的改革，改變現(xiàn)有的課堂狀態(tài)，改善課堂教學(xué)，加強與學(xué)生互動，積極應(yīng)對學(xué)生的反饋，注重理論聯(lián)系實際，提高課堂教學(xué)效果。

三、教學(xué)改革措施及效果

（一）教學(xué)手段的改革——多媒體授課與板書相結(jié)合

因為我們的《材料物理性能》包括導(dǎo)電、介電、光學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、彈性及內(nèi)耗等性能，教學(xué)內(nèi)容可以說是非常多的。并且，教學(xué)內(nèi)容也十分抽象，有些學(xué)生很難理解。因此，我們一方面采用文字、圖表或動畫等多媒體技術(shù)，將原本枯燥和抽象的物理知識形象化，使得學(xué)生易于理解和掌握；另一方面，我們將工藝和產(chǎn)品采用視頻和實物向?qū)W生展示，使枯燥無味的教學(xué)內(nèi)容變得生動形象，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和興趣。當(dāng)然，對于有些必要的公式我們也會進行一定的板書推導(dǎo)。

（二）教學(xué)內(nèi)容的改革——突出重點，知識的融會貫通

對于材料專業(yè)的學(xué)生來說，學(xué)會材料的應(yīng)用要比公式的理論推導(dǎo)更為重要，所以我們在授課過程中會適當(dāng)簡化繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，將物理性能的概念和物理模型以及物理性能表征參數(shù)的物理意義重點突出講。此外，也適當(dāng)補充了物理性能的測試方法、測試影響因素等內(nèi)容，使學(xué)生能夠?qū)⒗碚撆c應(yīng)用結(jié)合起來。比如，同樣的一種材料，研究其力學(xué)性能時我們要對其施加拉力；研究其光（電）學(xué)性能時，我們要對其施加光（電）激勵使其呈現(xiàn)出光學(xué)性能。其實，這些不同的物理性能只不過是同一材料在不同激勵下做出的不同反應(yīng)而已。但是，我們知道物質(zhì)是由原子和分子構(gòu)成的，分子和原子的種類及結(jié)構(gòu)不但決定了不同材料的性能，還決定了不同性能之間的關(guān)系。因此，在研究材料的過程中，改善材料的一種性能，必須考慮到是否影響到其他性能，其他性能是否超出了應(yīng)用的最低要求。比如，我們上面提高的力、光和電的性能。

（三）教學(xué)與實踐科研相結(jié)合

傳統(tǒng)的材料物理性能實驗教學(xué)多為演示性、驗證性實驗，學(xué)生實踐能力培養(yǎng)方面的實驗較少。然而，材料物理性能是一門理論和實踐緊密結(jié)合的課程，因此，學(xué)生的科研能力和應(yīng)用能力的培養(yǎng)也是非常重要的，可以幫助學(xué)生鞏固和加深課堂所學(xué)的理論知識，掌握各種材料物理性能的測試方法和在材料科學(xué)研究中的應(yīng)用。

為此，我們對該門課程的實驗課進行了改革。一方面，在授課的時候可以結(jié)合自己的科研工作，比如在講授材料的磁性能的時候，向同學(xué)介紹我們研究的磁性體系的性能、應(yīng)用以及制備和測試方法。講授電輸運性質(zhì)的時候，可以和目前的催化材料結(jié)合起來。我們也會在每次講授結(jié)束以后，布置合適的作業(yè)讓學(xué)生練習(xí)，鞏固課上所學(xué)的知識，布置小論文，讓學(xué)生查閱文獻資料，鍛煉學(xué)生查閱文獻和撰寫論文的能力。另一方面，我們打算提供一定的實驗課程作為教學(xué)實踐的一個補充。比如，在電阻測試的章節(jié)中，讓學(xué)生自己動手做實驗，測試各種情況下的電阻，并分析原因。在發(fā)光性能的研究中，讓學(xué)生自己動手制備發(fā)光樣品，然后測試各種燒結(jié)溫度處理后的發(fā)光樣品的強度，從而得出發(fā)光樣品的發(fā)光強度和燒結(jié)溫度之間的關(guān)系并分析原因。

四、結(jié)論

《材料物理性能》課程內(nèi)容非常多而且很抽象，同時也是一門理論與應(yīng)用相結(jié)合的課程，學(xué)生學(xué)習(xí)起來比較困難。我們通過在教學(xué)過程中豐富教學(xué)手段、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、加強實踐環(huán)節(jié)等措施，對本課程教學(xué)進行了改革。希望通過教學(xué)改革，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程時的主動性得到明顯提高，學(xué)習(xí)效果得到有效改善。當(dāng)然，在今后的教學(xué)過程中我們還需要進一步加強對教學(xué)內(nèi)容的鉆研，不斷探索課程教學(xué)評價機制，進一步提高本課程的教學(xué)質(zhì)量。

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