《材料科學(xué)基礎(chǔ)》 課程的教學(xué)思考與改革

代輝 宋祖?zhèn)?白玉蘭 徐香 梁愛琴

摘 ? ?要： 本文針對(duì)材料科學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)踐中遇見的一些問題，從優(yōu)化、精簡(jiǎn)教學(xué)內(nèi)容，合理引入最新科研成果和采用多媒體與板書結(jié)合的教學(xué)方法等方面入手進(jìn)行教學(xué)改革，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)課程教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 材料科學(xué)基礎(chǔ) ? ?教學(xué)思考 ? ?教學(xué)改革

《材料科學(xué)基礎(chǔ)》是我校材料類專業(yè)學(xué)生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，課程內(nèi)容涉及物理、化學(xué)、熱力學(xué)、金屬學(xué)及陶瓷學(xué)等多個(gè)相關(guān)學(xué)科，其特點(diǎn)可用“三多”概括，即敘述性原理、規(guī)律多; 需要記憶的概念、術(shù)語多;課程內(nèi)容頭緒多[1]。學(xué)生普遍反映該課程有“三難”，難記憶，難理解，難以靈活運(yùn)用，存在擔(dān)憂與抵觸心理，缺課現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。因此，針對(duì)本課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行改革探索和實(shí)踐，對(duì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)課程教學(xué)效果，為后續(xù)課程打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)具有十分重要的意義。

1.優(yōu)化、精簡(jiǎn)教學(xué)內(nèi)容

結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，我們選擇上海交通大學(xué)石德柯主編的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》作為教材，該教材編排新穎，論述清晰，利于學(xué)生自學(xué)。但該教材將金屬材料無機(jī)、非金屬材料及高分子材料的部分基礎(chǔ)理論結(jié)合在一起，是典型的以“大材料”專業(yè)為背景的教材，知識(shí)信息量較大，如果不顧及實(shí)際情況，在專業(yè)學(xué)時(shí)本就不多的情況下，一味貪圖大而全，就會(huì)導(dǎo)致教師難以講授透徹，學(xué)生學(xué)習(xí)倍感吃力。因此，課程教學(xué)中，我們不求大而全，合理優(yōu)化和精簡(jiǎn)授課內(nèi)容，適當(dāng)降低課程難度與深度。如在晶體結(jié)構(gòu)章節(jié)里，只介紹與后續(xù)晶體缺陷和材料形變緊密相關(guān)的內(nèi)容，而舍去晶體的對(duì)稱性，極射投影和倒易點(diǎn)陣等相對(duì)較抽象的內(nèi)容，該部分內(nèi)容可在后續(xù)晶體學(xué)基礎(chǔ)課程中講述。二元相圖章節(jié)里，只介紹三種典型的二元?jiǎng)蚓?、共晶和包晶相圖及合金凝固過程，并用以分析鐵-碳相圖，而舍去與凝固有關(guān)的動(dòng)力學(xué)理論部分，這些內(nèi)容可以開設(shè)專門的材料熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)課程講授。再如該教材在三元相圖部分的內(nèi)容較為繁多。對(duì)此，我們根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)和定位在講授范圍方面做了一定的取舍。最終，課堂主要講授內(nèi)容包括：三元相圖基礎(chǔ)、三元?jiǎng)蚓鄨D、三元共晶相圖（固相完全不互溶，固相有限互溶）和三元相圖小結(jié)（包括三類四相平面的形狀、四個(gè)平衡相成分點(diǎn)的位置、四相平面上下的相區(qū)分布特點(diǎn)、液相線走向特征等）。

2. 合理引入最新科研成果

在材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)過程中，緊跟時(shí)代步伐，引入最新相關(guān)領(lǐng)域的科研成果。抓住“90后”學(xué)生喜歡新鮮事物的獵奇心理，學(xué)生覺得所學(xué)知識(shí)非常新鮮和超前，從而提高學(xué)習(xí)興趣，這樣學(xué)生不僅能及時(shí)了解本學(xué)科的前沿動(dòng)態(tài)，對(duì)傳統(tǒng)知識(shí)的理解亦會(huì)更深刻，利用這種教學(xué)方法能夠獲得良好的教學(xué)效果。比如，在講授柯肯達(dá)爾效應(yīng)前，先介紹一個(gè)利用柯肯達(dá)爾效應(yīng)制備空心納米材料的實(shí)例[2]。首先用氣-液-固法制備ZnO納米線，實(shí)心的，再沉積一層AlO，形成ZnO-AlO核殼納米線。將核殼結(jié)構(gòu)的納米線在700℃下退火3小時(shí)，接著來是見證奇跡的時(shí)刻，實(shí)心的納米線變成了空心的ZnAlO納米管，這樣，學(xué)生的好奇心就被調(diào)動(dòng)起來，接下來講解柯肯達(dá)爾的實(shí)驗(yàn)及相關(guān)概念。又如彌散強(qiáng)化是一種典型的第二相粒子強(qiáng)化方式，但本身概念較抽象，學(xué)生在這里容易分神，因此，在講彌散強(qiáng)化概念前，先介紹一篇nature關(guān)于制備低密度鋼材的工作[3]，這種低密度鋼材具有比昂貴的鈦合金更好的強(qiáng)度和韌性，講解過程中，穿插介紹nature期刊，激發(fā)學(xué)生的興趣，然后轉(zhuǎn)入說明彌散強(qiáng)化在其中的作用，學(xué)生自然而然領(lǐng)會(huì)彌散強(qiáng)化的概念。另外，還可以嘗試將教師自身科研成果融入課堂教學(xué)，如用于農(nóng)藥廢水處理的光催化材料，新型高分子材料農(nóng)用地膜等知識(shí)，都可以增強(qiáng)教學(xué)時(shí)效性，使學(xué)生感覺學(xué)有所用，并加強(qiáng)理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際的聯(lián)系，達(dá)到很好的教學(xué)效果。

3.實(shí)現(xiàn)多媒體和板書的有機(jī)結(jié)合

隨著社會(huì)不斷進(jìn)步，多媒體教學(xué)在大學(xué)課堂教學(xué)中已經(jīng)非常普及。多媒體教學(xué)有很多優(yōu)點(diǎn)，能創(chuàng)造出有聲有色、圖文并茂的教學(xué)環(huán)境，把抽象的事物直觀化，把復(fù)雜的問題簡(jiǎn)單化，為教師教學(xué)順利實(shí)施提供形象的表達(dá)工具，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[4]。但是，有時(shí)過度依賴多媒體教學(xué)反而導(dǎo)致教學(xué)效果降低，這是由多媒體教學(xué)的本質(zhì)決定的，如不利于教學(xué)進(jìn)度控制，不利于教師與學(xué)生的情感交流，學(xué)生多不記筆記，導(dǎo)致思維渙散，跟不上老師的思維節(jié)奏[5]。

因此，課堂教學(xué)中必須使用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式，利用板書和多媒體課件相結(jié)合的方式授課。將一些不宜使用板書的教學(xué)內(nèi)容用多媒體課件呈現(xiàn)，如晶體缺陷章節(jié)里，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的概念涉及抽象的晶體內(nèi)部微觀內(nèi)容，學(xué)生理解起來非常困難，這里適當(dāng)運(yùn)用動(dòng)畫演示，可以有效幫助學(xué)生理解。又如在三元相圖章節(jié)里，對(duì)于固態(tài)有限互溶的三元共晶相圖，因其空間結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，學(xué)生通常難于理解，而空間結(jié)構(gòu)是學(xué)生進(jìn)一步理解并分析投影圖的基礎(chǔ)。所以，合理運(yùn)用多媒體將三元相圖拆分、旋轉(zhuǎn)、重組，直觀表現(xiàn)出內(nèi)部各個(gè)相區(qū)的位置和形態(tài)，幫助學(xué)生理解三元相圖的空間結(jié)構(gòu)，避免教師講不清，學(xué)生聽得一頭霧水的尷尬。對(duì)于一些具有推導(dǎo)性、連貫性的知識(shí)點(diǎn)，以及學(xué)生應(yīng)重點(diǎn)掌握的知識(shí)點(diǎn)則使用板書形式著重強(qiáng)調(diào)。如講述二元共晶相圖的平衡凝固及組織時(shí)，采取板書的方式逐步羅列不同溫度區(qū)間合金的凝固過程，并推導(dǎo)相組成物，組織組成物含量的計(jì)算方法，給予學(xué)生充分的理解時(shí)間，體現(xiàn)教與學(xué)的互動(dòng)性。再如位錯(cuò)反應(yīng)是位錯(cuò)一節(jié)需要重點(diǎn)掌握的知識(shí)點(diǎn)，歷年都有部分學(xué)生在判斷位錯(cuò)反應(yīng)時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，這里，我們采取板書方式，以實(shí)際習(xí)題演算跟學(xué)生重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)判斷位錯(cuò)反應(yīng)應(yīng)該從幾何條件和能量條件兩個(gè)角度進(jìn)行判斷，二者缺一不可，加深學(xué)生印象，取得較好的教學(xué)效果。

總體來說，要想實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程中多媒體與板書的完美結(jié)合，教師必須在教學(xué)前充分分析和準(zhǔn)備，精心組織每堂課的知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)提綱挈領(lǐng)的教案，編制獨(dú)具優(yōu)勢(shì)的課件，從而達(dá)到板書與多媒體教學(xué) 的完美結(jié)合，保證教學(xué)按照預(yù)期順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]王卷剛.基于材料化學(xué)專業(yè)材料科學(xué)基礎(chǔ)課程研究與實(shí)踐[J].焦作大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，2：86.

[2] FAN，H.Monocrystalline spinel nanotube fabrication based on the Kirkendall effect[J].Nature，2006，5：627.

[3]Kim，S.Brittle intermetallic compound makes ultrastrong low-density steel with large ductility[J].Nature，2015，518：77.

[4]張敬堯.傳統(tǒng)與多媒體教學(xué)在材料科學(xué)基礎(chǔ)課程中的和諧統(tǒng)一[J].科教文匯，2011，10：54.

[5]賈淑果.材料科學(xué)基礎(chǔ)多媒體教學(xué)探討[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2010，5：87.

基金項(xiàng)目：山東省特色名校建設(shè)工程教學(xué)研究項(xiàng)目XJG 2013125和課程建設(shè)項(xiàng)目XJG2013011。