鞠洪博，汪 然

（江蘇科技大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

0 引言

材料科學(xué)技術(shù)與能源技術(shù)、信息技術(shù)并稱為21世紀(jì)人類最為重要的三大支柱，而能源技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展是以材料科學(xué)的發(fā)展為基礎(chǔ)實施的，可以說材料學(xué)科是21世紀(jì)最基礎(chǔ)的學(xué)科［1-2］。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對于各種材料的性能也提出了新的要求，各種新技術(shù)、新材料逐漸被人們所發(fā)掘，而傳統(tǒng)材料也逐漸得到了更深入的研究。

隨著材料科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，對于從事材料相關(guān)行業(yè)的人才也提出了更高的要求，高校作為培養(yǎng)高素質(zhì)人才的主要基地，逐漸向著培養(yǎng)個性化、多樣化、高素質(zhì)化的綜合創(chuàng)新型人才陣地轉(zhuǎn)變。而作為材料學(xué)科最基本課程之一的“材料科學(xué)基礎(chǔ)”也面臨著新的要求，亟須進(jìn)行教學(xué)方式的改革，探索出一條如何同時適用于新環(huán)境下材料科學(xué)應(yīng)用、科研領(lǐng)域的培養(yǎng)方案，探索新的教學(xué)方式以縮小理論知識與實際應(yīng)用之間的距離是十分必要的。

本文以江蘇科技大學(xué)材料學(xué)院“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程近幾年的教學(xué)實踐和課程改革體會為基礎(chǔ)，對“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程改革的認(rèn)識與實踐進(jìn)行討論。

1 課程的設(shè)置及歷史淵源

從原始社會開始，人類的每一次進(jìn)步都離不開使用材料的進(jìn)步［1］。從石器時代、青銅器時代到鐵器時代，從陶罐到瓷器，人類的發(fā)展史就是材料的發(fā)展史［2］。材料學(xué)是人類發(fā)展最為基本的學(xué)科，隨著材料科學(xué)的發(fā)展，納米材料、復(fù)合材料、薄膜材料、高分子材料等新型材料不斷地被人們發(fā)現(xiàn)、發(fā)掘，為社會發(fā)展貢獻(xiàn)了不可磨滅的力量［2-3］。隨著技術(shù)的發(fā)展，對于材料理論的研究也越來越深入，正是基于這一點，從20世紀(jì)70年代起，材料科學(xué)與工程這一學(xué)科開始逐漸發(fā)展壯大，而“材料科學(xué)基礎(chǔ)”作為材料科學(xué)的一門最基礎(chǔ)的專業(yè)課程也就應(yīng)運(yùn)而生。

“材料科學(xué)基礎(chǔ)”的教學(xué)任務(wù)主要是通過材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)理論知識來對材料的性能進(jìn)行探討，闡述材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，為材料的相關(guān)研究及應(yīng)用提供必備的理論知識，使學(xué)生能夠通過這門課程初步具有材料學(xué)科的基本理論儲備。

2 課程的特點及要求

“材料科學(xué)基礎(chǔ)”作為材料類專業(yè)必須掌握的一門基本專業(yè)課程，是一門具有實用價值的理論型通識課程。

該課程主要可分為三大方向:（1）材料的內(nèi)部性能，主要對材料內(nèi)部例如缺陷、固溶體等理論知識進(jìn)行學(xué)習(xí)。（2）材料的外在性能，對材料所表現(xiàn)出的一些外部性能變化進(jìn)行介紹。（3）材料結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變原理、轉(zhuǎn)變方法等知識，了解在對材料進(jìn)行處理過程中材料結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變原理和轉(zhuǎn)變方法等相關(guān)知識。

3 教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)的不足

總體上來講，作為材料學(xué)科最基本的一門專業(yè)課程，其內(nèi)容繁多且具有龐大的知識體系，各知識體系之間有時并無關(guān)聯(lián)，且理論知識較為枯燥，因此學(xué)生們在學(xué)習(xí)過程中需要花費(fèi)很大的精力，同時也容易產(chǎn)生厭倦。由于教師的科研方向有所側(cè)重，使得某些章節(jié)并不能很全面地闡述。上述問題使得“材料科學(xué)基礎(chǔ)”這門課程在教學(xué)中存在著一定的不足，在一定程度上并不能完全符合開設(shè)這門課程的初衷［4］。

4 教學(xué)方法研究及教學(xué)實踐中的改革與創(chuàng)新

基于以上問題，為了讓老師和同學(xué)們更好地達(dá)到課程開設(shè)所期望的目標(biāo)，對于“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程教學(xué)的改革與創(chuàng)新就顯得很有必要。

4.1 課堂教學(xué)的優(yōu)化

4.1.1 選擇合適的教材

教材對教學(xué)質(zhì)量的高低有著很大的影響，目前“材料科學(xué)基礎(chǔ)”的教材較多，但由于涉及知識點較多，對于一本教材，某些章節(jié)的知識并不全面。因此在實際教學(xué)中老師要做到取長補(bǔ)短，利用多本教材將知識補(bǔ)充完整。

4.1.2 教學(xué)方式的改進(jìn)

“材料科學(xué)基礎(chǔ)”作為一門含有較多知識點的課程，其重點難點多，理論知識較為枯燥，使得同學(xué)們在學(xué)習(xí)過程中不容易及時地吸收與理解，在平時的課堂中學(xué)生會提不起興趣，課堂效率大大降低。在目前的授課方式中，以多媒體形式為主體的教學(xué)方式已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用?；趧討B(tài)演示的視頻和動畫等多種表達(dá)方式，對涉及的相關(guān)理論、結(jié)構(gòu)模型等進(jìn)行演示。例如，可以通過3D動畫的形式對各種缺陷、固溶體的形成及凝固過程進(jìn)行演示，利用圖片、輔助文字的形式展示隨著溫度的變化鐵碳相圖中的物相變化情況等。上述方法的使用使得枯燥的知識轉(zhuǎn)變成圖文并茂的具體物象，提升了同學(xué)們的積極性，有效地提高了教學(xué)質(zhì)量。同時，在授課過程中，教師要積極地與學(xué)生產(chǎn)生互動，在課堂上要經(jīng)常提問，引發(fā)同學(xué)認(rèn)真思考，循序善導(dǎo)，讓同學(xué)們敢于提出問題，并及時解惑，讓學(xué)生能夠感同身受地參與授課過程。在課后，根據(jù)當(dāng)天課上所講內(nèi)容布置對應(yīng)的作業(yè)，使得所學(xué)知識能夠及時鞏固。通過對作業(yè)的仔細(xì)批改，掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況并及時調(diào)整教學(xué)計劃，對重點難點及時復(fù)習(xí)。由于課程各部分具有相對獨(dú)立性，在完成某一章節(jié)后，可以給學(xué)生布置一個綜述類的大作業(yè)，在加深同學(xué)們對知識掌握能力的同時，還可以鍛煉學(xué)生在當(dāng)前階段所缺乏的文獻(xiàn)檢索及閱讀能力。

此外，由于該課程是一門面向科研及實際工程應(yīng)用的專業(yè)基本課程，因此在授課過程中也要注意與實際的聯(lián)系。在實際授課過程中，可以對相關(guān)部分知識的一些最新研究結(jié)果和工程實際應(yīng)用案例進(jìn)行介紹，使得同學(xué)們能夠做到學(xué)以致用，真正掌握所學(xué)知識的具體作用。例如，通過介紹材料形成置換固溶體所導(dǎo)致的材料相關(guān)性能變化讓同學(xué)們理解結(jié)構(gòu)決定性能的含義；通過對工程實際應(yīng)用中相關(guān)熱處理技術(shù)的具體工藝過程進(jìn)行介紹，可以了解熱處理知識在工程實際中的應(yīng)用。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)上課程已逐漸成為年輕人一種新型的學(xué)習(xí)知識的方法。基于互聯(lián)網(wǎng)的廣闊資源，人們可以足不出戶地接收來自不同地區(qū)的信息，十分便利。因此，可以通過錄制授課視頻或選用其他人授課視頻的方法使同學(xué)們在課后也可以再次學(xué)習(xí)課程，讓同學(xué)們能夠?qū)ξ赐耆斫獾牟糠衷俅芜M(jìn)行學(xué)習(xí)。

最后，目前理論學(xué)習(xí)內(nèi)容的考核方式為“期末考試成績（70%）+平時課堂表現(xiàn)（10%）+作業(yè)成績（20%）”，其中期末考試作為主要檢測方式對學(xué)生綜合掌握情況進(jìn)行檢測。通過這種方式，可以使同學(xué)們在學(xué)習(xí)完這門課程后對自己的學(xué)習(xí)情況有一個全面的認(rèn)識，以便進(jìn)一步加深同學(xué)們對于知識的掌握。同時，根據(jù)當(dāng)前材料科學(xué)領(lǐng)域?qū)θ瞬潘岢龅囊?，提升學(xué)生們的獨(dú)立自主學(xué)習(xí)能力，具備能夠根據(jù)理論知識解決工程實際應(yīng)用和根據(jù)理論知識開展相關(guān)科學(xué)研究的能力。除期末考核外，實驗課程和課后作業(yè)及出勤率等也要作為衡量學(xué)生綜合能力的考核標(biāo)準(zhǔn)，以期得到最為公平的成績。在平時授課中，充分激發(fā)學(xué)生們的主動性，通過對同學(xué)們提問、課前進(jìn)行預(yù)習(xí)等方法使同學(xué)們能夠參與授課。此外，還可以通過讓學(xué)生們自己學(xué)習(xí)某些相對簡單的章節(jié)，并由同學(xué)們輪流上講臺講解的方式來進(jìn)行授課。通過角色互換，使得同學(xué)和老師們能夠互相體會對方的學(xué)習(xí)或授課狀態(tài)，使得老師能夠了解到學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易出現(xiàn)的問題。此外，在每次授課后，適當(dāng)?shù)夭贾米鳂I(yè)，使得學(xué)生們能夠?qū)λ鶎W(xué)知識進(jìn)行復(fù)習(xí)。通過上述的授課方式，使得學(xué)生們在整個課程過程中都能夠隨時跟隨著授課計劃去進(jìn)行學(xué)習(xí)，有效地提高了學(xué)生們的學(xué)習(xí)效果。

4.2 實驗教學(xué)

為了讓學(xué)生對“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程中的理論知識進(jìn)行形象地理解，此門課程也開設(shè)了數(shù)次實驗課程，例如金相觀察、熱處理技術(shù)的應(yīng)用等。通過上述實驗課程，可以讓學(xué)生們接觸到所學(xué)理論知識的真正應(yīng)用方法，能夠有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

傳統(tǒng)的實驗課程授課方法多為先由實驗課負(fù)責(zé)教師對所要進(jìn)行的試驗進(jìn)行理論知識、操作步驟和預(yù)期取得的結(jié)果進(jìn)行介紹，隨后由老師下達(dá)實驗任務(wù)，每位同學(xué)按照老師的要求機(jī)械地進(jìn)行實驗操作，并得出類似的實驗結(jié)果。這種形式的實驗課程脫離了其本身開設(shè)的目的，學(xué)生們只是以一種填鴨式的方式完成了實驗課程［5］。因此基于上述問題，需要對實驗課程方法進(jìn)行改善。

在實驗課程中，老師要先根據(jù)本次實驗學(xué)生們所需掌握的知識設(shè)置不同的研究課題，再將實驗課題提前下發(fā)給學(xué)生，學(xué)生在進(jìn)行實驗課程前需要根據(jù)實驗課題進(jìn)行前期的理論知識查詢和操作設(shè)備方法的了解。在實驗課程開始前，老師對同學(xué)們的前期準(zhǔn)備工作進(jìn)行檢查，確定學(xué)生所進(jìn)行的實驗準(zhǔn)備工作是否正確、完善。在實驗課程開始時，實驗教師簡單地對本次實驗的實驗?zāi)康募耙〉玫难芯拷Y(jié)果進(jìn)行介紹，并講解具體實驗設(shè)備的操作方法及一些同學(xué)們可能無法自學(xué)掌握的理論知識。隨后同學(xué)們需要根據(jù)前期準(zhǔn)備和所講解的知識獨(dú)立地完成自己的課題，并根據(jù)實驗過程和結(jié)果撰寫一份完整的實驗報告。通過對實驗報告的批閱，了解同學(xué)們對于本次實驗課程的準(zhǔn)備和掌握程度。

4.3 實踐教學(xué)

實踐教學(xué)作為將所學(xué)理論知識向?qū)嶋H應(yīng)用過渡的重要階段，已經(jīng)越來越受到重視，因此基于此環(huán)節(jié)的教學(xué)改革最為重要。通過實踐環(huán)節(jié)，對調(diào)動學(xué)生的積極性、動手能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維具有十分重要的意義。該環(huán)節(jié)主要通過開放性選修實驗、本科生創(chuàng)新計劃和本科畢業(yè)設(shè)計來進(jìn)行。

開放性選修試驗是一門面向本科生的實驗實踐類課程，其主要是將各類實驗室向?qū)W生們開放，學(xué)生們根據(jù)自己的興趣選擇相應(yīng)的實驗，然后在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行一些實際的實驗設(shè)備操作和實驗數(shù)據(jù)分析工作。在實驗過程中，學(xué)生可以接觸到相關(guān)的實驗設(shè)備并進(jìn)行相關(guān)操作，有效地加深了對所學(xué)知識的理解。

本科生創(chuàng)新計劃（以下簡稱“本創(chuàng)”）是面向本科生開設(shè)的一門科研實踐類課程。學(xué)生在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，從前期準(zhǔn)備、開展實驗到后期的實驗數(shù)據(jù)整理分析，全方位地對某一課題進(jìn)行研究。通過本創(chuàng)可以使學(xué)生了解到材料科學(xué)這門學(xué)科所需要進(jìn)行的科學(xué)研究的全面流程，鍛煉學(xué)生的科研能力。

本科畢業(yè)設(shè)計是為對本科生整個大學(xué)階段所學(xué)習(xí)的課程進(jìn)行綜合實踐考察而設(shè)立的，是檢測本科生培養(yǎng)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，一直被學(xué)院所重視。通過查閱文獻(xiàn)、實驗前期準(zhǔn)備、開展實驗、實驗數(shù)據(jù)整理及分析和撰寫論文的過程，培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力、理論知識實際應(yīng)用能力和獨(dú)立工作能力，使得學(xué)生在面向工作崗位或繼續(xù)攻讀研究生學(xué)位前有了一次全面的鍛煉。在本科畢設(shè)過程中，根據(jù)老師布置的課題，學(xué)生需要獨(dú)立地設(shè)計實驗思路，開展相關(guān)實驗并對實驗結(jié)果進(jìn)行正確地分析，因此對學(xué)生所掌握的基本知識就有了更高的要求。在實驗數(shù)據(jù)分析過程中，其大部分的理論知識來源都為“材料科學(xué)基礎(chǔ)”等專業(yè)課程中的所學(xué)內(nèi)容，這使得學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計過程中也對所學(xué)的知識有了更深刻的理解、更全面的掌握。

5 結(jié)語

目前，基于上述教學(xué)改革方法所進(jìn)行的教學(xué)改革已經(jīng)取得了一定的成果，且相應(yīng)的改革方法也開始在其他課程中推廣。但是隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)和5G技術(shù)的發(fā)展，基于互聯(lián)網(wǎng)平臺的線上授課、模擬實驗室等新型授課模式也亟須被引入“材料科學(xué)基礎(chǔ)”等理論型專業(yè)課程的授課方法中。在吸收傳統(tǒng)教學(xué)方法優(yōu)點的基礎(chǔ)上，不斷地推陳出新，對教學(xué)方法不斷進(jìn)行探索改革，使得教學(xué)質(zhì)量不斷提高，是今后教學(xué)改革主要聚焦的方向。只有以教學(xué)改革為基礎(chǔ)，不斷地對教學(xué)方法進(jìn)行改革，才可以培養(yǎng)出符合當(dāng)前形勢下國家所需要的材料科學(xué)領(lǐng)域的人才，才能實現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興，實現(xiàn)“中國夢”。