淺析《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教材的選擇與教學(xué)內(nèi)容的改革

摘 要：隨著教育與教學(xué)改革的不斷深入，《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程的內(nèi)容也在不斷更新。筆者結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)已出版的部分《材料科學(xué)基礎(chǔ)》經(jīng)典教材進(jìn)行了簡(jiǎn)要的對(duì)比，分析了選用教材時(shí)需要注意的問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合本校實(shí)際對(duì)相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容也進(jìn)行了改革嘗試，以達(dá)到提升教學(xué)效果的目的。

關(guān)鍵詞：材料科學(xué)基礎(chǔ);教材;教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 ????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

材料是科技發(fā)展的先導(dǎo)和基礎(chǔ)，新材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用推進(jìn)了人類文明和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。反之，現(xiàn)代科技的發(fā)展也推動(dòng)著各類材料從多樣化、單一化走向一體化和復(fù)合化，使得各種材料性能之間互相交叉，學(xué)科內(nèi)容也在不斷融合。因此，未來(lái)科學(xué)技術(shù)綜合化的趨勢(shì)將對(duì)人才培養(yǎng)提出新的要求，培養(yǎng)既掌握材料科學(xué)的基本原理，又通曉各類材料的制備與加工、組成與結(jié)構(gòu)、性能與應(yīng)用等系統(tǒng)知識(shí)的大材料專業(yè)人才，已成為新世紀(jì)人才培養(yǎng)的主要出發(fā)點(diǎn)。

1998年，教育部對(duì)本科專業(yè)目錄進(jìn)行了調(diào)整，材料類專業(yè)大幅合并，設(shè)置了寬口徑的材料科學(xué)與工程專業(yè)。自此，材料科學(xué)與工程專業(yè)的教學(xué)也從原來(lái)的精細(xì)化、專業(yè)化逐漸調(diào)整為“厚基礎(chǔ)，寬專業(yè)，強(qiáng)能力”的培養(yǎng)模式。在這種趨勢(shì)下，許多院校都將原來(lái)分屬不同系別的相關(guān)材料專業(yè)進(jìn)行整合重組，在教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行大幅度的改革。

縱觀材料科學(xué)基礎(chǔ)所包括的內(nèi)容可知，其涵蓋金屬、無(wú)機(jī)非金屬、高分子、復(fù)合材料等分支，涉及固體物理、固體化學(xué)、晶體學(xué)、物理化學(xué)等基礎(chǔ)理論。該課程內(nèi)容繁多、涵蓋面廣、理論性強(qiáng)、部分概念抽象，使得在有限的教材篇幅和授課學(xué)時(shí)內(nèi)，完成上述諸多內(nèi)容的講授與學(xué)習(xí)成為很多材料類專業(yè)課教師和學(xué)生的一項(xiàng)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為此，許多院校都力圖在反映學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)上，突出各種材料的共性知識(shí)，并結(jié)合院校自身的辦學(xué)特色及人才培養(yǎng)目標(biāo)，編著了各種版本的教材，旨在提高教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)效率，培養(yǎng)順應(yīng)社會(huì)需求的復(fù)合型人才。一方面，這些教材的側(cè)重點(diǎn)各有不同，為該門課程的學(xué)習(xí)提供了很多有價(jià)值的參考，另一方面，這也為其它院校的師生們選擇合適的教材增加了一定的障礙。

因此，作為大學(xué)專業(yè)課教師，要把握學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)，評(píng)價(jià)學(xué)生的知識(shí)背景，結(jié)合本校專業(yè)特色，綜合評(píng)價(jià)各類教材內(nèi)容體系，選擇合適的教材，并盡可能在課堂教學(xué)中根據(jù)所在學(xué)校的實(shí)際情況和學(xué)生的具體需求對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和取舍。筆者結(jié)合自身的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)現(xiàn)行的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教材進(jìn)行了簡(jiǎn)要的對(duì)比，在此基礎(chǔ)上，對(duì)相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容也進(jìn)行了改革嘗試，以滿足“寬專業(yè)口徑”人才培養(yǎng)的需要。

1教材的選擇

教材是進(jìn)行教學(xué)工作的主要參考資料，教材質(zhì)量將直接影響人才培養(yǎng)的質(zhì)量。由于材料產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，人才需求的不斷演化，使得《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程的教學(xué)大綱及內(nèi)容也在不斷發(fā)生著變化。經(jīng)典教材不斷涌現(xiàn)，并不斷更新版次以適應(yīng)教育改革的需要。該課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)定、深度和廣度決定著學(xué)生培養(yǎng)中關(guān)于材料科學(xué)基本理論的深度和知識(shí)面的廣度，并影響著后續(xù)課程的展開(kāi)、實(shí)施及教學(xué)效果。因此，《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程在材料專業(yè)課程體系中起到重要的橋梁及先導(dǎo)的作用。

目前，已經(jīng)出版的僅僅以《材料科學(xué)基礎(chǔ)》命名的教材就達(dá)到30多種，此外，還有很多相似名稱的教材，如《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》、《材料科學(xué)導(dǎo)論》等，以及眾多的更加側(cè)重某種具體材料的衍生教材，例如，《無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)》、《無(wú)機(jī)非金屬材料科學(xué)基礎(chǔ)》、《金屬學(xué)原理》、《納米材料科學(xué)基礎(chǔ)》、《高分子材料科學(xué)基礎(chǔ)》等。如何根據(jù)自身需求在琳瑯滿目的教材中選擇合適的教材應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐中，成為材料類師生面臨的共同難題。上述各版本的教材，雖然整體上有一定的相似性，但是，不同教材之間的內(nèi)容深度、廣度、可讀性、適合的學(xué)時(shí)數(shù)等都存在較大的差異。舉例來(lái)說(shuō)，僅僅就教材的頁(yè)數(shù)進(jìn)行粗略的比較，北京科技大學(xué)余永寧版本的教材，頁(yè)數(shù)有806頁(yè)，天津大學(xué)靳正國(guó)版本的教材頁(yè)數(shù)為249頁(yè)，顯然，這兩個(gè)版本的教材適用的學(xué)時(shí)及教學(xué)目標(biāo)必定存在明顯的差異。下表1中，我們列出了部分國(guó)內(nèi)高校使用較多的教材的信息。

從專業(yè)發(fā)展的歷史來(lái)看，材料科學(xué)基礎(chǔ)課程主要由各院校的優(yōu)勢(shì)專業(yè)拓寬而來(lái)。大致分為兩類，一是由金屬學(xué)原理及金屬材料學(xué)拓寬而來(lái)，典型的如北京科技大學(xué)余永寧版本及上海交通大學(xué)胡賡祥版本等。另一類由硅酸鹽物理化學(xué)或無(wú)機(jī)材料學(xué)發(fā)展而來(lái)，典型的如武漢理工大學(xué)張聯(lián)盟版本等。而高分子材料與復(fù)合材料一般由獨(dú)立的專業(yè)課程講述，通常不作為《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的重點(diǎn)內(nèi)容，在《材料科學(xué)基礎(chǔ)》中只做一般性的概述。由于各院校學(xué)科基礎(chǔ)、師資力量、生源情況、培養(yǎng)方向以及畢業(yè)生就業(yè)去向等差異較大，因此，各校的課程體系和教材不可能是同一種模式，更不可能編寫出一本適合所有學(xué)校的統(tǒng)一教材。結(jié)合我校該專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的具體特點(diǎn)，我們選擇了上海交通大學(xué)出版社發(fā)行的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教材作為本課程的主要參考書。該教材著重于基本概念和基礎(chǔ)理論，內(nèi)容的深度和廣度適中，具有科學(xué)性、先進(jìn)性和實(shí)用性。特別是，該教材最后一章對(duì)功能材料的電、磁、熱、光性能作了簡(jiǎn)要論述，使該課程與后續(xù)系統(tǒng)性專業(yè)課的學(xué)習(xí)起到了較好的銜接作用。在授課過(guò)程中，我們還主要參考了武漢理工大學(xué)的版本，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了一定的重新組合遴選。教學(xué)過(guò)程中注重課程的廣泛性和基礎(chǔ)性之間的權(quán)衡，并結(jié)合適當(dāng)?shù)牧?xí)題集及考研真題來(lái)幫助同學(xué)們更好的消化、鞏固所學(xué)知識(shí)。

2教學(xué)內(nèi)容的改革

隨著材料科技的飛速發(fā)展，教材內(nèi)容也在日益增多。在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，我們不可能也沒(méi)必要對(duì)所有內(nèi)容進(jìn)行全面講解。因而，為達(dá)到良好的教學(xué)效果，必須堅(jiān)持“有所為，有所不為”，精講重點(diǎn)內(nèi)容，淡化部分細(xì)節(jié)，根據(jù)培養(yǎng)計(jì)劃與學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)來(lái)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。雖然我們選擇了上海交通大學(xué)版本的教材作為課程的主要教材，但是，我校與上海交通大學(xué)的學(xué)科基礎(chǔ)、培養(yǎng)方向以及畢業(yè)生的去向等存在顯著差異，因此，我們對(duì)實(shí)際教學(xué)過(guò)程中的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重組和優(yōu)化。

為了學(xué)生可以更清晰的掌握材料科學(xué)的基本概念、基本理論、基本方法，我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中強(qiáng)調(diào)各類材料微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能這一材料共性問(wèn)題，盡量涵蓋金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料等的共性特征，弱化涉及較為具體的某種材料的性能與結(jié)構(gòu)特征，而將其留給后續(xù)的專業(yè)主干課程講述。在固體結(jié)構(gòu)一章，對(duì)合金相結(jié)構(gòu)、準(zhǔn)晶與液晶的結(jié)構(gòu)，只講解基本概念，不做深入分析，刪減相對(duì)獨(dú)立的位錯(cuò)的彈性性質(zhì)章節(jié)的內(nèi)容，同時(shí)，對(duì)材料的形變與再結(jié)晶章節(jié)的內(nèi)容，除重點(diǎn)分析塑性形變的基本方式以外，其余內(nèi)容只做淺顯的概述。此外，我校的材料專業(yè)整體上是以電子科技與電子材料為特色的，所以，在實(shí)際教學(xué)中，筆者嘗試將一些半導(dǎo)體材料的科學(xué)實(shí)例與科研進(jìn)展引入到教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中。例如，在講授材料缺陷章節(jié)時(shí)，增補(bǔ)了缺陷反應(yīng)方程式的概念及書寫規(guī)范，分析了高、低價(jià)摻雜與半導(dǎo)體類型之間的關(guān)系，并增補(bǔ)了非化學(xué)計(jì)量缺陷與本征半導(dǎo)體的聯(lián)系。在材料的擴(kuò)散章節(jié)，引入集成電路芯片制造工藝中的高溫?cái)U(kuò)散和離子注入工藝案例，分析材料中的擴(kuò)散問(wèn)題。諸如此類的嘗試，使得教學(xué)的時(shí)效性得以體現(xiàn)，使學(xué)生感覺(jué)到學(xué)有所用，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)效果。對(duì)于學(xué)時(shí)限制無(wú)法精講的內(nèi)容及更多的工程案例，我們嘗試引入網(wǎng)絡(luò)課堂，將相應(yīng)的課件及資料上傳至網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，供學(xué)生自學(xué)參考。最后，在教學(xué)中輔以適當(dāng)?shù)牧?xí)題，特別是名?？佳姓骖}，進(jìn)一步強(qiáng)化課程的重點(diǎn)內(nèi)容，幫助學(xué)生梳理課程的知識(shí)框架，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維以及解決問(wèn)題的能力也是大有裨益的。

3總結(jié)

為適應(yīng)新材料技術(shù)的飛速發(fā)展與人才培養(yǎng)的需求，《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程的教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容也在不斷更新?！恫牧峡茖W(xué)基礎(chǔ)》作為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，既要突出基礎(chǔ)性，又要適當(dāng)反映學(xué)科的前沿進(jìn)展。因此，各院校應(yīng)根據(jù)自身學(xué)科基礎(chǔ)、師資力量、培養(yǎng)方向以及畢業(yè)生就業(yè)去向等的差異，選擇合適的教材，并結(jié)合專業(yè)特色與學(xué)生的需求不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，以期更好地提高教學(xué)效果?？傊?，教材的發(fā)展與教學(xué)內(nèi)容的改革是一項(xiàng)復(fù)雜且永無(wú)止境的系統(tǒng)工程，需要教師緊隨科技發(fā)展的步伐，不斷地將新材料、新工藝和新技術(shù)等知識(shí)引入到《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)之中。

作者簡(jiǎn)介：杜剛（1987-），男，漢族，山東臨沂人，博士，講師，研究方向：新型阻變存儲(chǔ)材料與器件。

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