淺析《材料物理化學(xué)》的課程教學(xué)改革

后振中 李穎 李素麗 楊來俠 盧海

摘?要：《材料物理化學(xué)》是材料科學(xué)與工程專業(yè)必修的基礎(chǔ)理論課程，也是比較難學(xué)的一門課程。針對(duì)該課程的特點(diǎn)，論文從教學(xué)方法和考核方式兩大方面提出了具體改革措施，同時(shí)闡明了這些措施在教學(xué)過程中的意義。通過教學(xué)改革能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和綜合素質(zhì)，也能更加全面而客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生的綜合能力，有利于進(jìn)一步提升教學(xué)水平。

關(guān)鍵詞：材料物理化學(xué);思維導(dǎo)圖;合作性學(xué)習(xí);多元化考核;教學(xué)改革

作為一門材料學(xué)專業(yè)必修的基礎(chǔ)理論課程，《材料物理化學(xué)》在整個(gè)教學(xué)計(jì)劃的各種專業(yè)課程中居于承上啟下的重要地位。該課程以凝聚態(tài)物質(zhì)為分析對(duì)象，以物理化學(xué)理論為依據(jù)闡明了材料學(xué)的基礎(chǔ)理論問題，內(nèi)容涵蓋物質(zhì)的狀態(tài)與表征、熱力學(xué)基本原理及其在凝聚態(tài)物質(zhì)中的應(yīng)用、動(dòng)力學(xué)基本原理及其在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用、相平衡與化學(xué)平衡、電化學(xué)、表面與界面[1]。目的在于使學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)材料物理和化學(xué)變化過程中的基本規(guī)律，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生分析問題和解決問題的能力，為將來獨(dú)立從事行業(yè)和科研工作打下基礎(chǔ)。

《材料物理化學(xué)》課程內(nèi)容抽象、理論性強(qiáng)并且學(xué)科交叉明顯，要求學(xué)生在高等數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)方面都要有良好的基礎(chǔ)，學(xué)生往往覺得學(xué)習(xí)困難度較大而且枯燥乏味，學(xué)習(xí)興趣普遍較低。另外，工程教育專業(yè)認(rèn)證對(duì)本科教學(xué)提出了更加明確的目標(biāo)定位，各類課程的教學(xué)課時(shí)數(shù)明顯壓縮，教學(xué)內(nèi)容也不斷更新[2，3]。很明顯，傳統(tǒng)教學(xué)模式已經(jīng)無法適應(yīng)新形勢下《材料物理化學(xué)》課程的教學(xué)要求，必須對(duì)既有教學(xué)模式進(jìn)行改革和創(chuàng)新，從而全面提高教學(xué)質(zhì)量和效果。結(jié)合最近幾年的教學(xué)實(shí)踐，筆者從以下幾方面進(jìn)行探討。

一、教學(xué)方法改革

（一）思維導(dǎo)圖教學(xué)

20世紀(jì)70年代，英國著名心理學(xué)家、世界記憶錦標(biāo)賽創(chuàng)始人Tony?Buzan發(fā)明了一種簡單有效、實(shí)用性很強(qiáng)的開創(chuàng)性思維工具——思維導(dǎo)圖（The?Mind?Map），又叫心智導(dǎo)圖[4]。它運(yùn)用圖文并重的技巧把各知識(shí)點(diǎn)歸納為各個(gè)主題，再用關(guān)鍵詞、圖像等鏈接出相互的關(guān)系層次，建立它們之間的記憶鏈接，充分發(fā)揮人類左右腦的機(jī)能，開啟大腦的無限潛能。作為一種可視化的教學(xué)輔助工具，思維導(dǎo)圖在各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域獲得了越來越廣泛的應(yīng)用[5-7]。針對(duì)《材料物理化學(xué)》課程概念多、公式多、邏輯性強(qiáng)的特點(diǎn)，思維導(dǎo)圖的運(yùn)用可以幫助學(xué)生在課堂上迅速建立起抽象知識(shí)點(diǎn)間的聯(lián)系，有利于學(xué)生準(zhǔn)確把握重點(diǎn)和難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)體系的整合，同時(shí)也有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S能力。

借助多媒體的手段，在課堂上根據(jù)思維導(dǎo)圖的框架把相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容一步步展示給學(xué)生們，使各知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系清晰明了，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的從點(diǎn)到線再到面的全面架構(gòu)，形成知識(shí)網(wǎng)，從而增強(qiáng)知識(shí)的遷移能力。下圖是《材料物理化學(xué)》中以熱力學(xué)第一定律教學(xué)內(nèi)容為例制作的思維導(dǎo)圖，在此框架下學(xué)生可以系統(tǒng)地、有重點(diǎn)地、多角度地感知知識(shí)，能夠激發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維，提升邏輯歸納能力，提高學(xué)習(xí)效率。在教學(xué)中合理利用思維導(dǎo)圖可以有效解決學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中“一葉障目不見泰山”的問題，為學(xué)生融會(huì)貫通所學(xué)知識(shí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

熱力學(xué)第一定律教學(xué)內(nèi)容的思維導(dǎo)圖

（二）合作性學(xué)習(xí)

合作性學(xué)習(xí)興起于20世紀(jì)70年代，它以學(xué)習(xí)小組為基本單位，以小組成員之間的良性互動(dòng)為基礎(chǔ)，共同完成學(xué)習(xí)任務(wù)，是一種富有創(chuàng)意和實(shí)效的教學(xué)理論與策略體系[8]。目的是讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中通過互相幫助、資源共享、分工合作來體驗(yàn)學(xué)習(xí)樂趣，并對(duì)其情感、態(tài)度和價(jià)值觀等產(chǎn)生積極影響，有利于學(xué)生之間相互取長補(bǔ)短，發(fā)揮自身特點(diǎn)，從而形成整體優(yōu)勢，獲得最好的學(xué)習(xí)效果。

通過合理分組使學(xué)生形成穩(wěn)定的學(xué)習(xí)小組，在教學(xué)中設(shè)計(jì)一些開放性問題供小組討論，要求組員提出自己的見解，協(xié)調(diào)不同的意見，分析和選擇解決問題的途徑，最終實(shí)現(xiàn)問題的有效解決。在討論過程中，每個(gè)學(xué)生既能獲取知識(shí)又能幫助影響他人，既滿足了歸屬感，又提升了自信心，提高了對(duì)材料物理化學(xué)的興趣，更加深了對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解，只有發(fā)展成這種真正的合作性關(guān)系，才能形成有效學(xué)習(xí)。在教學(xué)中引入合作性學(xué)習(xí)充分體現(xiàn)了以學(xué)生為本的教學(xué)理念，有利于培養(yǎng)學(xué)生觀察分析、歸納總結(jié)的科研創(chuàng)新能力和與人協(xié)作、與人溝通的人際交往能力。

（三）科研滲透教學(xué)

《材料物理化學(xué)》的基本理論體系是經(jīng)典物理化學(xué)理論在凝聚態(tài)物質(zhì)中的應(yīng)用，因此在教學(xué)中不可避免地要反復(fù)且大量地講解經(jīng)典理論，導(dǎo)致教學(xué)過程枯燥乏味。事實(shí)上，《材料物理化學(xué)》的實(shí)用性很強(qiáng)，與人類的生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究密不可分。特別是近幾十年來能源、環(huán)境和材料科學(xué)三大領(lǐng)域的科技發(fā)展最為突出，《材料物理化學(xué)》的教學(xué)也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，與上述三大領(lǐng)域的科研前沿緊密結(jié)合、相互滲透，將最新的研究進(jìn)展和科技成果展現(xiàn)給學(xué)生，通過學(xué)以致用激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。鼓勵(lì)學(xué)生積極參與教師的科研項(xiàng)目，建立研究小組，一方面便于開展合作性學(xué)習(xí);另一方面教師可指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究，申報(bào)各級(jí)各類大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目，參加“互聯(lián)網(wǎng)+”等創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，形成教學(xué)推動(dòng)科研，科研促進(jìn)教學(xué)的良性循環(huán)。這樣不僅能夠有效提升學(xué)生的專業(yè)知識(shí)水平，而且更有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和綜合應(yīng)用能力。

二、考核評(píng)價(jià)改革

目前，試卷考試模式仍然在《材料物理化學(xué)》課程的考核評(píng)價(jià)體系中占有核心地位，但傳統(tǒng)命題方式存在明顯弊端，具體表現(xiàn)為誰上課誰命題，難免引入任課教師的主觀性，這就對(duì)學(xué)生掌握的知識(shí)內(nèi)容難以做出客觀的評(píng)價(jià)。為了改變這個(gè)問題，需要從兩方面入手，一是建立標(biāo)準(zhǔn)化試題庫;二是實(shí)現(xiàn)多元化考核。

（一）建立標(biāo)準(zhǔn)化試題庫

根據(jù)材料專業(yè)的特點(diǎn)建立涵蓋課程全部內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)化試題庫，同一內(nèi)容的題目可設(shè)計(jì)多種題型，靈活考查，也可分解成幾個(gè)題目，同時(shí)標(biāo)記不同題目的難易差別，特別突出體現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解出現(xiàn)謬誤的題目，按照比例要求隨機(jī)選取不同難度和知識(shí)點(diǎn)范圍的試題組成考試卷，最大限度避免傳統(tǒng)命題的主觀性。

（二）實(shí)現(xiàn)多元化考核

除了試卷考核以外，還可以建立另外兩種考核模式：（1）課堂實(shí)時(shí)考核。在合作性學(xué)習(xí)分組的基礎(chǔ)上，授課教師當(dāng)堂擬定與課程內(nèi)容密切相關(guān)的問題，引導(dǎo)學(xué)習(xí)小組進(jìn)行分析、討論，教師根據(jù)解答問題的情況進(jìn)行綜合評(píng)分，對(duì)學(xué)生的不足和優(yōu)點(diǎn)都要給出明確點(diǎn)評(píng)。另外，對(duì)于課程的重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行隨堂測試，考察學(xué)生的課堂接受能力，同時(shí)兼具考勤的效果。（2）課后延伸考核。通過建立微信或QQ討論群，學(xué)生可在課后圍繞課堂內(nèi)容進(jìn)行線上提問，教師給予實(shí)時(shí)解答，同時(shí)允許學(xué)生匿名指出教學(xué)過程中的問題，教師收集并分析反饋信息，及時(shí)修正教學(xué)過程。每一章都會(huì)針對(duì)相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)在群中布置作業(yè)，根據(jù)學(xué)生的討論發(fā)言及回答精準(zhǔn)度給出分?jǐn)?shù)。上述新的考核辦法把傳統(tǒng)的結(jié)果質(zhì)量控制轉(zhuǎn)變?yōu)檫^程質(zhì)量控制，不僅使考核多元化，而且促使學(xué)生建立合作性關(guān)系，形成有效學(xué)習(xí)，確保對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的掌握。

三、結(jié)語

《材料物理化學(xué)》是材料學(xué)專業(yè)重要的基礎(chǔ)理論課程，其教學(xué)改革任重道遠(yuǎn)，需要廣大任課教師不斷探索、完善和改進(jìn)。本文對(duì)教學(xué)方法和考核模式改革的探討，充分體現(xiàn)了《材料物理化學(xué)》課程的特點(diǎn)，有利于增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，幫助學(xué)生更好地理解課程知識(shí)體系和抽象理論，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，同時(shí)也能較全面和客觀地評(píng)價(jià)學(xué)生的綜合能力，提高教學(xué)效果。

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作者簡介：后振中（1981—），男，漢族，河南新鄉(xiāng)人，博士，講師，研究方向：新能源材料。