材料化學(xué)專業(yè)“材料概論”課程的優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)踐

孫一新　李堅(jiān)

摘 要 材料概論為材料化學(xué)專業(yè)的入門專業(yè)基礎(chǔ)課，對(duì)于學(xué)生了解本專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容、培養(yǎng)專業(yè)興趣十分重要。本文結(jié)合常州大學(xué)材料概論課程的特點(diǎn)及教學(xué)中存在的問(wèn)題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核等方面，對(duì)該課程的教學(xué)改革進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞 材料概論 課程優(yōu)化 改革

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.09.056

Abstract "Introduction to Materials" is an introductory professional foundation course for materials chemistry. It is very important for students to understand the teaching content of this major and cultivate professional interest. This paper combines the characteristics of the "Introduction to Materials" course of Changzhou University and the problems existing in the teaching， and discusses the teaching reform of the course from the aspects of teaching content， teaching methods and assessment.

Keywords Introduction to Materials； course optimization； reform

材料概論是材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生的入門基礎(chǔ)課，其課程性質(zhì)屬于選修課。開設(shè)此課程的目的，一是使授課學(xué)生對(duì)自己的專業(yè)有個(gè)初步或大致了解，從而為后續(xù)相關(guān)專業(yè)課的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)；二是讓學(xué)生進(jìn)一步了解材料的類型及其性質(zhì)與用途，從而熟悉并掌握材料化學(xué)的基本理論及其應(yīng)用。實(shí)際上，材料概論這一課程的開設(shè)對(duì)于培養(yǎng)材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生的專業(yè)興趣、提高學(xué)生的專業(yè)接受度和認(rèn)可度十分重要，并將進(jìn)一步影響后續(xù)專業(yè)課程的開展與教學(xué)。[1][2]

由于該課程涉及到較多的材料種類，如金屬材料、無(wú)機(jī)材料、高分子材料、復(fù)合材料等，且成分、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等差異很大，同時(shí)該課程的知識(shí)體系性不強(qiáng)，且課程內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，這就一方面增加了教師的教學(xué)難度，另一方面學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)容易感到枯燥乏味，學(xué)習(xí)熱情不高，學(xué)習(xí)效果不佳。鑒于此，著眼于提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，提高課堂教學(xué)質(zhì)量并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行更深層次專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，如何選擇該課程的教學(xué)內(nèi)容，采用合適的教學(xué)方法及考核手段，就成為必須面對(duì)和解決的問(wèn)題。基于筆者的初步思考和實(shí)踐，本文以下擬從課程教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、教學(xué)方式改革、考核方式改革等三個(gè)方面展開初步探討。

1 教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

1.1 優(yōu)化課程體系及內(nèi)容，突出重點(diǎn)

材料概論是材料化學(xué)專業(yè)的課程設(shè)置中一門全面介紹材料相關(guān)基礎(chǔ)理論、基本性能的課程，對(duì)學(xué)生今后專業(yè)課的學(xué)習(xí)有著重要的牽引乃至指導(dǎo)作用。該課程特點(diǎn)之一是內(nèi)容繁雜，體系性較弱。課程內(nèi)容主要包括金屬材料、高分子材料、陶瓷材料、復(fù)合材料等。本課程授課課時(shí)一般為32學(xué)時(shí)，課時(shí)偏少，如果全面講授并平均使力，不但對(duì)教師而言勉為其難，而且對(duì)學(xué)生而言效果不佳，因而必須精簡(jiǎn)、優(yōu)化講授內(nèi)容、突出重點(diǎn)。教師可結(jié)合該專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，適當(dāng)刪減有關(guān)章節(jié)，側(cè)重講解相關(guān)內(nèi)容，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化處理。比如，光伏材料就是當(dāng)今世界各國(guó)著力研究且發(fā)展及應(yīng)用很快的材料類型，需要予以重點(diǎn)講解，尤其是要講清楚光伏材料的最新成果及其應(yīng)用，包括其未來(lái)發(fā)展前景。再如，一些傳統(tǒng)且基礎(chǔ)性內(nèi)容如材料類簡(jiǎn)單的基本概念、分類方法及性能特點(diǎn)等，可以適當(dāng)精講，甚至可以留一些讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)。這樣處理的好處是，一方面能較好地完成教學(xué)任務(wù)，另一方面增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，取得良好教學(xué)效果。

1.2 結(jié)合最新科技，接軌研究前沿

眾所周知，一方面材料類的研究領(lǐng)域發(fā)展迅猛，每年都涌現(xiàn)出大量新的、有價(jià)值的研究成果，而另一方面書本知識(shí)卻難以做到及時(shí)跟進(jìn)，這就需要教師自身不斷加強(qiáng)學(xué)習(xí)，更好地及時(shí)了解、把握相關(guān)領(lǐng)域前沿動(dòng)態(tài)，將最新研究成果及動(dòng)態(tài)穿插到教學(xué)當(dāng)中。這樣做的好處有，一方面能活躍課堂氣氛，拓展學(xué)生的視野，擴(kuò)大知識(shí)面，讓學(xué)生了解最新發(fā)展趨勢(shì)、研究成果及相關(guān)新工藝、新方法、新設(shè)備，使教學(xué)內(nèi)容更加生動(dòng)，進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及熱情；另一方面能培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣及科研創(chuàng)新能力，充分發(fā)揮了科研促進(jìn)教學(xué)，并為教學(xué)服務(wù)這一宗旨。[3]例如，中國(guó)科學(xué)家宋凡研究員從自然界小貝殼和蜻蜓翅膀的特殊形態(tài)或功能上獲得靈感，通過(guò)研究它們的微結(jié)構(gòu)，攻克了軍事裝甲的世界性難題。[4]美國(guó)麻省塔夫斯大學(xué)的研究人員開發(fā)了用蠶繭的絲蛋白制成的外科固定板和螺絲。他們希望這種材料可以在未來(lái)的某一天在固定裝置上可以取代金屬，后者因?yàn)樗鼈兊膭傂远菀自黾痈腥撅L(fēng)險(xiǎn)和增加應(yīng)力。[5]鑒于此，筆者在講授中就注意融入高分子材料研究開發(fā)的最新動(dòng)態(tài)及成果，效果良好。

2 教學(xué)方式的改革

2.1 貼近生活自然設(shè)計(jì)課堂提問(wèn)

為了讓課堂教學(xué)生動(dòng)、活潑，避免單調(diào)、枯燥，可以嘗試結(jié)合一些常見、鮮活的生活或自然現(xiàn)象來(lái)組織課堂教學(xué)，結(jié)合材料學(xué)術(shù)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。利用多媒體及先進(jìn)的儀器表征手段講述荷葉表面的自清潔作用，機(jī)理是由于荷葉表面的超疏水結(jié)構(gòu)，水滴在葉片上形成完美的球形且易于滑落，而葉片上具有微納米尺寸的疏水性結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可用于自清潔?？傊匀唤鐬樾虏牧系难邪l(fā)帶來(lái)了很多設(shè)計(jì)靈感，如骨針（模仿魚刺），鋸子（模仿帶齒草葉）、車輪（模仿蓬草的飛轉(zhuǎn)狀態(tài)）等。教學(xué)中啟發(fā)學(xué)生從自然宏觀現(xiàn)象背后的微觀機(jī)制著手，探索新材料研發(fā)的設(shè)計(jì)靈感，培養(yǎng)學(xué)生科研興趣及科研能力。

2.2 嘗試材料科學(xué)與社會(huì)科學(xué)之間的跨界

當(dāng)今世界，自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)之間的跨界融合更加頻繁必要，自然科學(xué)的發(fā)展也越來(lái)越需要相關(guān)社會(huì)科學(xué)尤其是管理學(xué)、法律學(xué)的規(guī)范引領(lǐng)。尤其是，隨著我國(guó)依法治國(guó)戰(zhàn)略的自身推進(jìn)和法治國(guó)家的不斷完善，材料科學(xué)等自然科學(xué)的發(fā)展越來(lái)越離不開法學(xué)研究以及法律制度的規(guī)范保障。例如，材料科學(xué)的發(fā)展及運(yùn)用就需要知識(shí)產(chǎn)權(quán)法律的規(guī)制和保護(hù)。如新型材料及其應(yīng)用往往可以申請(qǐng)發(fā)明或者專利的申請(qǐng)及其法律保護(hù)。可是，工科學(xué)生普遍缺乏基本的知識(shí)產(chǎn)權(quán)法律常識(shí)，難以有效運(yùn)用法律思維和法律手段促進(jìn)和保護(hù)自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。為此，筆者嘗試在課堂上適當(dāng)介紹相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)法律常識(shí)，效果良好。比如，知識(shí)產(chǎn)權(quán)法律在內(nèi)容上包括以文學(xué)作品為保護(hù)對(duì)象的著作權(quán)、以工業(yè)發(fā)明或新穎設(shè)計(jì)為保護(hù)對(duì)象的專利發(fā)明、以商品標(biāo)志為保護(hù)對(duì)象的商標(biāo)權(quán)，以及以民間創(chuàng)意為保護(hù)對(duì)象的民間作品等。發(fā)明專利的法律保護(hù)就包括專利申請(qǐng)、專利許可、公益使用、專利的國(guó)際保護(hù)等內(nèi)容。筆者嘗試將這些基本的知識(shí)產(chǎn)權(quán)法律知識(shí)傳授給學(xué)生，拓展了他們的知識(shí)領(lǐng)域。

2.3 課堂中師生角色互換

愛(ài)因斯坦說(shuō)過(guò)：“提出一個(gè)問(wèn)題往往比解決一個(gè)問(wèn)題更重要。”常規(guī)的教學(xué)過(guò)程是，教師單向?qū)W(xué)生傳授知識(shí)。顯然，此種教學(xué)模式缺少互動(dòng)，因?yàn)閷W(xué)生僅僅是知識(shí)的被動(dòng)接收者。鑒此，為了增強(qiáng)教學(xué)的互動(dòng)，也為了培養(yǎng)學(xué)生凝練并提出、解決問(wèn)題的能力以及提高口頭表達(dá)等綜合能力，可以就某些章節(jié)內(nèi)容嘗試采取師生角色互換，即學(xué)生講課、教師聽的教學(xué)模式。具體可以采取學(xué)生自愿報(bào)名的方式，讓學(xué)生選取其感興趣的一個(gè)章節(jié)，凝練問(wèn)題、查找資料、準(zhǔn)備PPT文檔上交教師，教師指導(dǎo)同意后學(xué)生上臺(tái)講解，聽課過(guò)程中可以隨時(shí)提問(wèn)，講解完成后進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，教師根據(jù)情況及時(shí)做補(bǔ)充。此種教學(xué)模式顯然能極大提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，課堂參與感增強(qiáng)，ppt制作水平得到提高，學(xué)生的自信心得以提升，動(dòng)手能力等得到鍛煉，教學(xué)效果明顯提高，學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主體。

2.4 充分利用多媒體等現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)

多媒體輔助教學(xué)可以將圖形、文字、聲音等多種資源予以整合優(yōu)化，不但形式上喜聞樂(lè)見，同時(shí)也使一些抽象、難以理解的內(nèi)容顯得直觀、易懂。[6]實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，采用多媒體教學(xué)，一方面提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。此外，多媒體課件所容納的知識(shí)量和信息量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)教學(xué)方式。例如，一張圖片所傳遞的信息量及效果遠(yuǎn)非教師的言語(yǔ)表達(dá)所能達(dá)到。

另外，與課堂學(xué)習(xí)相比，學(xué)生親自觀摩體驗(yàn)工廠生產(chǎn)過(guò)程更能促進(jìn)知識(shí)的理解掌握。雖然材料概論的課程內(nèi)容與生產(chǎn)活動(dòng)緊密相關(guān)，然而由于課時(shí)少，使得難以安排學(xué)生到生產(chǎn)單位參觀實(shí)習(xí)。教師利用生產(chǎn)實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)，可拍一些視頻，將這些視頻制作后穿插到課堂講授中，使學(xué)生更形象、直觀的感受生產(chǎn)工藝過(guò)程，也利于對(duì)生產(chǎn)方法的理解。

3 考核方式的改革

一般情況下，材料概論課程的考核采取平時(shí)成績(jī)和期末閉卷考試相結(jié)合的方式，大多考查學(xué)生對(duì)該課程內(nèi)容的記憶及掌握程度。但由于材料種類很多，內(nèi)容繁雜，學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程普遍有厭學(xué)情緒，這就導(dǎo)致單純依據(jù)期末考試成績(jī)?cè)u(píng)定學(xué)生的課程學(xué)習(xí)效果不夠全面。成績(jī)的比例，平時(shí)成績(jī)中除了平時(shí)作業(yè)，考勤等，引入課堂教學(xué)參與度及參與質(zhì)量的考核，上面談到的師生角色互換模式可作為學(xué)生平常成績(jī)的一部分，這樣既培養(yǎng)了學(xué)生的探索精神，又調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，同時(shí)還培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)腦能力和創(chuàng)新思考能力。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)材料化學(xué)專業(yè)材料概論課程的教學(xué)改革與實(shí)踐，從課程內(nèi)容的優(yōu)化，教學(xué)方式及考核方式的改革三方面著手，探討了一套較好的教學(xué)方法。從近幾年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐及效果看，上述三個(gè)方面的改革使得學(xué)生的自學(xué)能力、學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性以及認(rèn)識(shí)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力均得到了一定程度的提高。與此同時(shí)，我們也意識(shí)到課程教學(xué)改革的必要性和艱巨性，實(shí)踐中難以一蹴而就，因而只有在教學(xué)過(guò)程中不斷探索實(shí)踐、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才能使我們的教學(xué)質(zhì)量穩(wěn)步提高。

參考文獻(xiàn)

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