新工科背景下名人案例在材料制備新技術(shù)課程教學(xué)中的作用

姬帥 張靖熙 劉忠軍

摘? 要 為了提高材料制備新技術(shù)課程教學(xué)質(zhì)量，讓學(xué)生將更多注意力留在課堂上，將本領(lǐng)域的一些名人案例適當(dāng)?shù)匾胝n堂教學(xué)。實踐證明：該方法可以使學(xué)生投入更多的課堂注意力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，樹立學(xué)習(xí)自信，端正學(xué)習(xí)態(tài)度。同時，教師在備課過程中通過搜集相關(guān)資料，可以拓寬知識面，提高教學(xué)水平，提升教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 材料制備新技術(shù)；名人案例；教學(xué)改革；實驗教學(xué)

中圖分類號：G642.3? ? 文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）14-0083-03

Abstract In order to improve the teaching quality of the course of?new technology of materials preparation and let students pay more?attention to the lecture， some famous cases in this field were intro-duced into the classroom teaching appropriately. Practice shows that?this method makes students pay more attention to the course， stimu-lates students interest in learning， sets up students confidence in?learning， and corrects students learning attitude. Meanwhile， teachers?could develop the level of their knowledge， improve their teaching level and let the quality of teaching by collecting relevant materials in the course preparation be enhanced.

Key words new technology of materials preparation; celebrity cases;?teaching reform; experimental teaching

0? 引言

材料制備新技術(shù)課程知識體系復(fù)雜，各章節(jié)介紹的工藝差異明顯，從快速凝固技術(shù)、噴射成形技術(shù)、機械合金化技術(shù)、半固態(tài)金屬加工技術(shù)到準(zhǔn)晶材料制備技術(shù)、非晶材料制備技術(shù)、納米晶材料制備技術(shù)，從高溫自蔓延合成技術(shù)到激光快速成形技術(shù)等[1-2]，內(nèi)容包羅萬象。此外，該課程所介紹的內(nèi)容如某工藝制備材料的微觀結(jié)構(gòu)形貌與學(xué)生在日常生活中和其他學(xué)科中積累的經(jīng)驗相差相對較遠，使得學(xué)生難以理解、難以掌握該課程中抽象的概念，導(dǎo)致該課程給學(xué)生留下的印象是概念較多、工藝設(shè)備復(fù)雜、學(xué)習(xí)有一定的難度。

怎樣有效進行該課程的理論課教學(xué)？如何在課堂上牢牢把握學(xué)生的注意力、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣？這些問題對新工科背景下的教學(xué)工作提出更高的要求。依據(jù)最新的教學(xué)大綱，要將專業(yè)知識講授到位，不能為了降低難度而刪除難點，要講授生動以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為了提升教學(xué)質(zhì)量，擁有相關(guān)學(xué)科的各大高校進行大量教學(xué)改革，例如：采用動畫演示的方式讓學(xué)生加深認識某工藝內(nèi)部設(shè)備在實際應(yīng)用中的作用；增加實驗課程的學(xué)時，讓學(xué)生更多地參與進來。這些改革在一定程度上可以提高該課程的教學(xué)質(zhì)量。

盡管教學(xué)改革的手段衍生了一些新的方式，適當(dāng)性改良了課堂教學(xué)效果，但通過問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)：該課程對大部分學(xué)生來說依舊困難，導(dǎo)致學(xué)生自學(xué)的積極性不高。這在課堂教學(xué)和實驗教學(xué)中體現(xiàn)得十分明顯，學(xué)生存在較大程度的困惑，難以將該課程建立在自己的專業(yè)知識結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上，更多是被動地接受知識，通過機械式的記憶方式來掌握，難以消化、理解該課程的理論知識，更難以去思考孕育這些理論知識的過程。新工科背景下，在該課程的教學(xué)過程中一定程度上引入學(xué)科發(fā)展過程中的名人事跡作為案例，不僅可以讓學(xué)生了解該學(xué)科理論知識形成的歷程，熟悉相關(guān)科研的過程，而且可以激發(fā)學(xué)生對該學(xué)科學(xué)習(xí)的興趣，同時可以幫助學(xué)生找到人生標(biāo)桿，樹立掌握該學(xué)科的自信，進而點燃學(xué)生投身材料科學(xué)研究的熱情。

1? 吸引學(xué)生在課堂中的注意力

在西安石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的課程設(shè)置中，材料制備新技術(shù)這門課程主要針對金屬材料工程、材料物理、材料成型及控制工程等專業(yè)開設(shè)。該課程的教學(xué)主要分成兩部分，依據(jù)2019版教學(xué)大綱，由32學(xué)時的課堂教學(xué)與8學(xué)時的實驗教學(xué)組成。課堂教學(xué)是實驗教學(xué)的前提和基礎(chǔ)，要增強該課程的整體教學(xué)效果，應(yīng)將更多精力放在提高課堂教學(xué)質(zhì)量環(huán)節(jié)。根據(jù)專業(yè)工程認證要求，在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，核心環(huán)節(jié)由教師對專業(yè)知識的講授轉(zhuǎn)變成學(xué)生通過上課掌握或接受專業(yè)知識。學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)效果能否良好，主要取決于兩個方面：一是學(xué)生在課堂上是否集中注意力，是否認真地跟著授課教師的思路前進；二是授課教師是否可以增強專業(yè)知識的趣味性，把枯燥的、抽象的專業(yè)知識點形象化、具體化，便于學(xué)生消化和吸收。

目前，更多的教學(xué)改革偏向于教師這個角色，如制作教學(xué)視頻、動畫視頻、教學(xué)實物模型、編寫適當(dāng)?shù)慕滩牡?，但是站在學(xué)生的角度，以學(xué)生為主導(dǎo)、充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動性方面的教學(xué)改革則不多見，特別是有效改善學(xué)生課堂注意力方面的改革少之又少。雖然以教師為切入點的教學(xué)改革形式可以在一定程度上吸引學(xué)生的聽課興趣，集中其在課堂上的注意力，但不一定能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更不一定有助于學(xué)生對專業(yè)知識的理解與消化。

理想的課堂教學(xué)狀況是學(xué)生的注意力隨著時間的變化呈現(xiàn)出水平保持或者逐漸上升的趨勢。在聽課過程中，學(xué)生跟著教師的思路思考是需要持續(xù)用腦的，然而學(xué)生持續(xù)用腦，大腦在經(jīng)歷一個階段的興奮之后，注意力會呈現(xiàn)難以避免的下降趨勢[3]。有研究表明：有效維持學(xué)生注意力的一個可行方式是減少學(xué)生兩個鄰近興奮過程的間隔時間，即授課教師對學(xué)生在課堂上保持注意力或興趣的時間長度有一個預(yù)判，然后在即將結(jié)束或結(jié)束后間隔不長，通過授課手段再次吸引學(xué)生的注意力。在課堂授課講解枯燥專業(yè)知識的過程中適當(dāng)穿插一些名人案例，可以有效地改變學(xué)生的聽課節(jié)奏，點燃學(xué)生的另一個興奮階段。學(xué)生的注意力在一小節(jié)課堂中呈現(xiàn)出類似開口向下的二次函數(shù)形狀，在學(xué)生注意力呈現(xiàn)下降趨勢的階段，教師適當(dāng)?shù)卮┎逡粋€相關(guān)的名人案例，可以在短時間內(nèi)使學(xué)生的注意力再次出現(xiàn)波峰。同時，介紹名人案例可以明顯地活躍課堂氣氛，從實踐中可以深刻感受到抬頭看黑板的學(xué)生人數(shù)明顯增多。介紹名人案例是以一個故事的方式來改變學(xué)生聽課的節(jié)奏，更有利于學(xué)生接受相關(guān)信息。同時，學(xué)生通過生動案例的激勵，可以迅速找到自己學(xué)習(xí)專業(yè)知識和后續(xù)深入研究的標(biāo)桿，有利于在專業(yè)領(lǐng)域建立自己獲取成就的信心。

學(xué)生在課堂上聽課注意力不集中的原因很多，但其中有一個不可忽視且有待繼續(xù)改善的因素是畏學(xué)厭學(xué)情緒。有些學(xué)生不注重課前預(yù)習(xí)，遇到聽不懂的知識點就逐漸開始轉(zhuǎn)移注意力，甚至對課堂沒有領(lǐng)會的知識點，課后也不復(fù)習(xí)鞏固，以至于影響后續(xù)的專業(yè)知識結(jié)構(gòu)建立，最終表現(xiàn)得越來越不愿意聽課。通過在授課過程中穿插相關(guān)領(lǐng)域的名人案例，可以很好地克服學(xué)生的畏學(xué)情緒?？茖W(xué)研究本身就是困難重重、曲線發(fā)展的，在科學(xué)研究中幾乎不存在一帆風(fēng)順取得成功的可能，克服困難是科學(xué)發(fā)現(xiàn)和突破的直接形式。在這方面有了真實案例作為對照，能夠幫助學(xué)生端正學(xué)習(xí)態(tài)度，明確學(xué)習(xí)目的。比如在講授高溫自蔓延合成技術(shù)章節(jié)時，以西安石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院金屬材料工程系劉忠軍老師在實驗室研究金屬基復(fù)合多孔材料為例，實驗時為了獲得一個更加經(jīng)濟高效、流程更短的燒結(jié)工藝，劉老師持續(xù)幾月天天加班，最終在原有工藝基礎(chǔ)上大幅度提高產(chǎn)品性能。

2? 端正學(xué)生做實驗的態(tài)度

實驗教學(xué)部分是材料制備新技術(shù)課程教學(xué)的有機組成部分。通過實驗課程教學(xué)，學(xué)生能更好地掌握所學(xué)到的理論知識，同時對該知識的實際應(yīng)用產(chǎn)生充分理解。目前選修該課程的學(xué)生更多是在被動地完成相關(guān)實驗內(nèi)容，缺乏興趣的投入與自主探索的激情。有些學(xué)生對實驗課程不夠重視，缺乏對實驗課程意義的認識，并不認為實驗課對于今后的科研訓(xùn)練有益[4]。在課堂教學(xué)過程中通過穿插相關(guān)的名人經(jīng)歷作為案例，可以讓學(xué)生了解相關(guān)科研探索的過程和成果獲得的歷程，從而端正學(xué)生對待實驗課程的態(tài)度。采取動手的方式讓學(xué)生認識到所學(xué)專業(yè)知識，訓(xùn)練其今后從事科研活動的素養(yǎng)，讓學(xué)生真正認識到實驗課的目的與價值。

材料制備新技術(shù)是一門偏向于介紹材料制備新工藝、新設(shè)備的課程。在實驗教學(xué)中，針對某種工藝所需要的設(shè)備，學(xué)生在明確需求的前提下，可以在實驗室對相關(guān)設(shè)備零部件進行重組，甚至可以提出制備新設(shè)備的方案，使預(yù)期實驗結(jié)果的獲得取得更好的效果。比如給學(xué)生介紹北京科技大學(xué)謝建新院士課題組的劉新華研究員從事先進金屬材料控制凝固與控制成形基礎(chǔ)研究中的案例，他在實驗室擺了一張折疊床，晚上守在設(shè)備旁，一連幾天均是如此，最終在該課題中取得理想的成績。

3? 激發(fā)學(xué)生對材料制備新技術(shù)的興趣

作為材料科學(xué)的有機組成部分，材料制備新技術(shù)建立在材料科學(xué)基礎(chǔ)之上，然而材料科學(xué)的發(fā)展歷程建立在近現(xiàn)代數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科基礎(chǔ)上，所以材料科學(xué)發(fā)展至今僅有百年歷史，相比其他自然基礎(chǔ)學(xué)科，可謂新興起的學(xué)科。因此，在材料學(xué)科領(lǐng)域做出貢獻的名人距離現(xiàn)在不是很遙遠，有些知名的學(xué)者仍然健在，甚至國際上某些知名課題組的成員與我國高校的代課教師之間保持著聯(lián)系，有的還是某些協(xié)會的同事。那么，在授課過程中穿插某些名人案例，可以拉近學(xué)生與知名學(xué)者或偉大科學(xué)家之間的心靈距離，讓學(xué)生感受到自己所學(xué)專業(yè)知識的發(fā)現(xiàn)者或者創(chuàng)造者并沒有想象中那么神奇，他們也是通過一番不懈努力之后才有所收獲的。這樣有助于學(xué)生樹立信心，只要自己投入忘我的精神、刻苦鉆研，就一定能夠在學(xué)科上有所建樹。

在講解金屬材料快速成形技術(shù)中材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)變化的時候，可以給學(xué)生介紹我國著名冶金材料專家柯俊院士。在材料科學(xué)基礎(chǔ)中有一個專業(yè)名詞——柯垂?fàn)枤鈭F，柯垂?fàn)柺怯骱泊髮W(xué)的著名教授，柯俊院士在伯明翰大學(xué)讀博期間，他的導(dǎo)師漢森就是柯垂?fàn)栒n題組中的成員。這樣介紹可以使學(xué)生更多地聯(lián)系起材料學(xué)科基礎(chǔ)課中的知識點，進而減少距離感，同時感受學(xué)術(shù)大咖的成果及貢獻。

柯俊院士在1948—2016年近70年的時間內(nèi)一直從事合金中相變的研究，在回國前首次發(fā)現(xiàn)并提出貝氏體切變機制，在鋼的過熱性能及合金鋼的貝氏體相變中取得突破性成果，成為這一現(xiàn)象的世界主流學(xué)說?？驴≡菏吭?956年初主持籌建北京科技大學(xué)材料物理專業(yè)及材料物理化學(xué)專業(yè)；在1958—1964年積極為國家節(jié)約戰(zhàn)略金屬物資，從事國內(nèi)急需的新材料制備工藝及質(zhì)量研究（如節(jié)約鎳鈷的電熱絲電熱材料、電表用硬磁材料、稀土元素在鋼中的應(yīng)用），接近當(dāng)時世界先進水平；1977年以來，就微量元素對合金鋼的組織和性能影響及作用機理展開研究，20世紀(jì)80年代指導(dǎo)對含微量釩碳的鐵鎳合金作出進一步研究，發(fā)現(xiàn)另一類相變的蝶狀馬氏體形成機制，采用電子顯微鏡首次觀察到鐵鎳碳合金中蝶狀馬氏體，用原子探針觀察到原子簇的形成及其與蝶狀馬氏體的關(guān)系，這些研究成果極大豐富了馬氏體相變理論；20世紀(jì)50年代首次觀察到鋼中馬氏體形成時基體的形變和對原子簇馬氏體長大的阻礙作用；20世紀(jì)80年代系統(tǒng)研究鐵鎳釩碳鋼中原子簇因?qū)е碌麪铖R氏體形成，發(fā)展馬氏體相變動力學(xué)，并指導(dǎo)開展微量硼元素在鋼中作用機制的研究；同時領(lǐng)導(dǎo)并親自參與中國冶金史的研究，闡明中國生鐵技術(shù)的發(fā)明與發(fā)展對人類文明的作用，取得突破性進展；20世紀(jì)90年代推動全國工程教育改革并在北京科技大學(xué)建立“大材料”試點班，在全國產(chǎn)生廣泛影響。

通過介紹這樣的事跡，加深學(xué)生對學(xué)術(shù)名人的尊敬之情，使得學(xué)生對科學(xué)家產(chǎn)生親切感，在后續(xù)學(xué)習(xí)這些科學(xué)家創(chuàng)立的學(xué)科理論時就沒那么枯燥，可以加深學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的畫面感，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

材料科學(xué)方面課程的一大特色是抽象晦澀、深奧難懂，特別是涉及材料內(nèi)部微觀的知識，學(xué)生難以依靠自己的經(jīng)驗進行知識聯(lián)系，慢慢地，某些學(xué)生便容易出現(xiàn)厭學(xué)心理。但是按照楊振寧先生的觀點，實際上任何一門科學(xué)都蘊藏著其獨特之美，科學(xué)活動的過程也是一次審美的旅程?？茖W(xué)家通過對宇宙和諧有序格局的逐步深入理解而不斷地進入自然的本質(zhì)層次，從而實現(xiàn)自然界固有的結(jié)構(gòu)與人的認識、人類心靈深處的渴望在本質(zhì)上吻合，再次創(chuàng)造、發(fā)展和豐富科學(xué)之美。在授課過程中介紹材料學(xué)科相關(guān)的名人案例，在介紹相關(guān)案例時穿插一些有趣的事件，不僅可以吸引學(xué)生的注意力，而且可以幫助學(xué)生通過科學(xué)家的研究發(fā)現(xiàn)材料科學(xué)的美，進而激發(fā)學(xué)生對于該學(xué)科的興趣。比如西安石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的碩士研究生在畢業(yè)之際向?qū)煴磉_感謝，采用腐蝕的方式在一塊金屬材料樣品上雕刻出導(dǎo)師的卡通模樣和簽名。學(xué)生掌握好專業(yè)知識，可以在生活中創(chuàng)造一些具有特殊紀(jì)念意義的藝術(shù)品。

4? 提高教師的教學(xué)水平

西安建筑科技大學(xué)冶金學(xué)院教授趙西成老師這樣解釋“學(xué)問”：對于學(xué)生而言不僅要學(xué)，而且要問。站在教師的角度而言，教學(xué)可以分成教與學(xué)兩個有機組成部分，不能只是“低頭拉車”，也需要“抬頭看路”；教師除了教授學(xué)生學(xué)業(yè)之外，其自身知識的儲備、教學(xué)能力的提高也十分必要?？蒲惺菫榱烁玫胤?wù)教學(xué)，授課教師可以通過自己的課題研究、參加相關(guān)學(xué)術(shù)會議、參與學(xué)科建設(shè)項目、聆聽教學(xué)名師講課等方式來更新自己的知識結(jié)構(gòu)，拓寬知識面，以此提高教學(xué)水平，努力做到“學(xué)不可以已”。

教師在備課過程中搜集相關(guān)名人案例資料有助于積累人文底蘊，不僅可以積累相關(guān)知識，拓寬與學(xué)科相關(guān)的知識面，而且可以領(lǐng)略相關(guān)知識的發(fā)展歷程，感受從事相關(guān)領(lǐng)域研究的學(xué)者積極向上的工作態(tài)度、刻苦鉆研的精神、面對困難持久的毅力、攻取難關(guān)必勝的決心，從而為自己的職業(yè)生涯找到標(biāo)桿，借用前輩大師的精神指引自己前行。在課堂中適時地介入相關(guān)的名人案例并取得良好的教學(xué)效果是有一定難度的，要求教師在搜集資料的同時，將社會背景、學(xué)科背景、人文背景、市場需求等各方面聯(lián)系在一起，融會貫通，這就對教師的備課提出更高的要求。學(xué)生都喜歡人格魅力突出、講課生動有趣的教師，教師語言詼諧幽默，授課內(nèi)容生動有吸引力，有利于集中學(xué)生在課堂上的注意力，明顯增強教學(xué)效果。所謂教學(xué)相長，教師與學(xué)生共同學(xué)習(xí)進步，是師生共同期望的快樂型、研究型教學(xué)模式。

5? 結(jié)束語

在新工科背景下的材料制備新技術(shù)課程教學(xué)中適當(dāng)引入一些相關(guān)的名人案例是一種有效提高課堂教學(xué)質(zhì)量的方式，該方式對學(xué)生集中注意力有著明顯的效果，可以激發(fā)學(xué)生對該學(xué)科的深入學(xué)習(xí)與研究。同時，名人的榜樣力量也可以幫助學(xué)生樹立掌握該課程知識的信心。在教學(xué)過程中引入名人案例，對其介紹的側(cè)重點程度把握很重要，如果介紹的內(nèi)容不夠系統(tǒng)、過于淺顯，只能暫時地吸引學(xué)生的注意力，難以激發(fā)學(xué)生對該學(xué)科的內(nèi)在興趣；如果介紹的內(nèi)容過多，則會影響本課堂專業(yè)知識的講解，教學(xué)效果南轅北轍?？傊?，在材料制備新技術(shù)課程教學(xué)中希望通過介紹相關(guān)的名人案例以提高課堂教學(xué)質(zhì)量，就要求授課教師搜集大量的相關(guān)資料，通過篩選和組織并與講授的內(nèi)容進行有機結(jié)合，從而改善只介紹專業(yè)知識而導(dǎo)致課堂枯燥的教學(xué)狀況。

參考文獻

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