材料科學基礎的教學改革與實踐

（燕山大學材料學院，河北秦皇島066004）

[摘要]本文針對金屬材料工程專業的校級必修課“材料科學基礎”，提出了教學改革方案，并進行了教學實踐，實踐證明“提高教師業務能力與素質；采用一個合理的課程體系；解決好該課程與基礎課及專業課的關系；運用一系列教學方法；改革實驗內容及方法；利用計算機進行輔助教學；采用計算機命題及評分系統等是提高教學效果的有力措施及手段。

[關鍵詞]材料科學基礎，教學改革，課程體系，教學方法，計算機輔助教學。

[中圖分類號]G642.0[文獻標識碼]A[文章編號]1005-4634(2007)01-0053-05

《材料科學基礎》是金屬材料工程各專業的一門校級必修課。該課程包括金屬學、熱處理原理及工藝、金屬材料等部分內容。其特點是敘述性的原理、規律多；需要記憶的概念、定義多；課程內容頭緒多；而理論計算少（即具有“三多一少”的特點）。且該課程內容枯燥、抽象，教師感到難教，學生感到難學。如何解決好這些問題，提高該課程的教學效果呢？結合多年的教學實踐及經驗，課題組進行了一系列教學改革，取得了令人滿意的效果。

1提高教師業務能力與素質

教師是向學生傳授知識的主體，教學水平及教學質量的提高，關鍵在于教師，教師的業務素質及能力的高低是決定一個學校未來發展的關鍵因素之一。但一支高水平師資隊伍的形成不是一朝一夕就能完成的，它需要在正確的方針、政策指導下，經過長期不懈的努力才能形成。而教師隊伍建設特別要從青年教師抓起，因為青年教師業務素質及能力的高低，代表著學校的未來與希望。哪個學校注意對青年教師業務素質及能力的培養和提高，哪個學校未來就有發展，就能上水平，哪個學校就抓住了“教育要面向世界，教育要面向未來，教育要面向現代化”的這一根本宗旨。因此，青年教師業務素質及能力的培養與提高是直接關系到一個學校能否完成為黨和國家培養四有人才任務的大問題，是提高學校教學質量與水平的關鍵之關鍵。

1.1對青年教師進行師德師風教育，樹立愛崗敬業精神

一個教師的師德、師風的好壞，不但直接影響學校教學水平與質量的提高，而且將直接影響學校的學風建設乃至培養四有人才的大局。因此，加強對教師進行師德、師風教育是治校之本。因為教師在教學中的主導作用決定了師德、師風對學風的導向作用，一個優秀的教師不僅能激發學生努力求知，還通過言傳身教教會學生怎樣做人，使學生終身受益，因而教師的師德、師風將直接影響一個學校的學風。如何使青年教師一走向教學崗位就牢固地樹立起愛崗敬業、為人師表、教書育人的堅定信念呢？聘請在教學、科研崗位上有突出貢獻的博士導師、教授設立專題，對青年教師進行師德、師風教育是一個好辦法，這樣可以通過博士導師、教授、老先生的言傳身教使青年教師從開始參加教師隊伍就清楚認識到教師是人類靈魂的工程師，承擔著為黨和國家培養社會主義建設所需要的四有人才的偉大使命，要想很好地完成黨和國家培養社會主義建設所需要的四有人才的偉大使命，必須規范自己的言行、愛崗敬業、為人師表、教書育人，使之真正符合當代教育發展所需要的有思想、有品德、有能力、有水平的人類靈魂工程師的要求。

1.2采用多種途徑抓好青年教師的基本理論與基本技能的培訓與提高

對青年教師的培訓宗旨是提高履行教師崗位職責的能力，核心是提高專業理論及專業基本技能（教學科研能力），為提高青年教師的專業基礎理論水平及專業基本技能，課題組采用了以下措施，收到了較好的效果。

1）采用脫產或業余進修的方式，提高其專業基礎理論與專業基本技能。為提高青年教師的素質與業務水平，根據學校實際情況，在制定專業發展規劃的基礎上，制定每個教師的五年計劃，其中包括個人培訓計劃，這樣每個教師明確了近期目標及專業主攻方向。根據需要選派數名青年教師去北京科技大學等國內著名學校的相關專業進修學習。隨著學校招生人數及教學任務的增加，脫產學習越來越困難，而校內業余進修成了切實可行的方式。因此，組織相關教師參加各種業余學習基礎班，學習新知識，掌握新技術，擴大知識面是一個很好的方式。通過業余進修大多數教師不同程度的提高了履行教師崗位職責的能力。使教師具有快速掌握國內外有關教學、科研信息，增強教師履行崗位職責的實力；

2）在教學實踐中提高與鍛煉自己。教師的業務水平，不僅表現在他掌握專業基礎理論與知識的多少和深淺，還在于他能利用自己掌握的理論知識履行教師職責的能力：即進行教學、科研的能力。因此，可適當地分配給青年教師一定的教學、科研任務，使他們在教學、科研實踐中鍛煉自己，盡快盡早地成熟起來，早日承擔起教學、科研任務；

3）攻讀碩士、博士學位，進一步提高青年教師的素質與水平。作為一名高等學校的教師應該是高水平、高層次的知識分子，為達到這一目的，鼓勵青年教師報考校內外碩士、博士研究生。通過幾年的脫產或業余學習，進一步深入、系統地學習專業理論與知識，同時通過做學位論文使專業理論、技能上升到一個新的水平。近十年來，通過進修已使多名青年教師獲得博士學位，90%的青年教師已獲得博士學位或正在攻讀學位，使青年教師的素質與水平達到了一個新的高度。

1.3制定制度，促進青年教師業務水平的提高

1）堅持以老帶新制度。學校中的博士生導師、教授具有豐富的教學經驗和較高的科研水平，為使青年教師盡快學到這些經驗，可制定相應的制度，采取以老帶新，使青年教師一參加工作就有固定的博士導師、教授的指導，并在新老教師中開展“一幫一”活動，使青年教師不但學到了老教師的為人師表、教書育人、愛崗敬業的精神，而且學到了他們從事教學、科研工作的先進經驗，這樣可以使新教師履行崗位職責的能力大大提高，愛崗敬業、為人師表、教書育人的思想更加堅定；

2）堅持青年教師下實驗室制度。青年教師留校任教時，一般均為品學兼優者，雖然他們專業知識掌握較好，但對于實驗技能的掌握尚有一定欠缺。為彌補不足，提高青年教師專業教學實踐和科研基本技能，制定青年教師下實驗室的制度，通過下實驗室為教學與科研準備實驗、設計實驗，盡快提高其專業基本實驗技能，掌握各種實驗設備的使用方法，促進其實驗技能的大幅度提高，為今后教學、科研工作打下良好的實驗基礎；

3）堅持青年教師的“試講”制度。青年教師任教后，經過一定時間的培養和提高，最終要能夠較好的承擔一門乃至幾門課的教學任務。因此，堅持青年教師的試講制度，把好質量關就顯得十分重要。多年來，凡是青年教師上講臺前，必須在各個院、系或學院內進行試講，在試講前，各院、系派出教學經驗豐富的老教師專門輔導。講課使青年教師清楚知道教師的責任，以及講好每一節課的方法，提高教學水平和質量的途徑、措施，為今后教學水平和教學質量的提高打下一個良好的基礎；

4）堅持開展教學法活動，鼓勵青年教師參加學校的教學比賽。教學實踐證明，在院、系中開展教學法研究是提高教學水平與質量的有效方法。堅持開展“教學法”活動，并結合教學實踐設立專題，進行討論，使青年教師在“教師法”活動中受到一次敬崗愛業的教育，同時也使他們學到了一些教師在提高教學水平及質量方面所采用的方法，促進了青年教師教學水平和質量的提高。與此同時，鼓勵青年教師參加學校舉行的“青年教師講課比賽”活動，爭取在講課比賽中拿獎，促使院系青年教師關心教學質量，參與教學活動，提高教學水平。幾年來，通過這項活動課題組成員中已有三名青年教師獲學校青年教師比賽獎，一名教師獲機械部教書育人青年教師稱號。

1.4參與教學與科研活動，推動青年教師業務水平向高層次發展

1）參與教學研究。 隨著教學改革形勢的發展，各高校對教學越來越重視，為盡快提高青年教師履行教師職責的能力，使之向高層次發展，積極鼓勵青年教師參與各種教學研究活動是一個好方法。例如：讓青年教師參加“《材料科學基礎》教學改革與實踐”的教學研究課題，大膽讓青年教師在教學研究中獨立承擔部分課題，取得了較好的效果。通過參加教學研究工作，使青年教師的教學水平與能力有很大提高，對教學工作有了更深層次的認識。多年的教學經驗證明，參與教學研究是促進青年教師教學業務水平向高層次發展的有效措施；

2）參與科學研究 。青年教師的業務水平和能力的提高，不但要靠參與教學研究活動，同時也要參與科學研究活動，才能使他們向高層次發展。讓青年教師參與各種科學研究工作、參與縱向課題、橫向課題的研究，特別是參與高科技研究，例：參與863等國家重點課題，國家、省部級自然科學基金項目的研究，也鼓勵青年教師參與與教材內容相關的科學研究，使他們教學水平和質量有大幅度的提高。通過參與科學研究工作，不但使青年教師的基本實驗技能和科研能力有較大提高，同時也為青年教師講課提供了生動的素材。使青年教師對教材中與科研內容相同的內容理解更加深刻，講授起來更加生動，學生學起來也感到有興趣，教學效果有大幅度的提高。

2 改革《材料科學基礎》課程體系是提高教學效果的基礎

一個合理的、科學的、適用的《材料科學基礎》內容將對提高該課程的教學效果，完成材料成型專業教學計劃對該課程所賦予的任務起促進作用。隨著科學技術的不斷發展和教學改革的不斷深入，傳統的《材料科學基礎》無論從課程體系還是從內容上均已不適用，特別是與該課程有關的新材料、新技術、新工藝等內容不斷增加，而在學時越來越少的形勢下，改革《材料科學基礎》課程體系及內容勢在必行。參照國內外相關教材及內容，課題組提出了“改革、突出、調整、增添”的八字方針。

1）改革。即改革課程體系。將原來《金屬學及熱處理》和《機械工程非金屬材料》體系合并后，改為《材料科學基礎》課程體系。經專業教學證明，該體系是科學的、合理的；

2）突出。即突出金屬材料工程專業特色。針對金屬材料工程專業對《材料科學基礎》方面的內容要求，為突出專業特色，應增強“塑性變形及再結晶”一章及模具鋼部分，特別是增強動態回復及動態再結晶部分及超塑性內容；（原教材沒有動態回復與再結晶、超塑性）

3）調整。即調整教材的內容與結構。為適應《材料科學基礎》教學時數減少，而新材料，新技術、新工藝不斷出現的矛盾，必須對《材料科學基礎》結構及內容進行調整，刪減金屬熱處理原理及工藝的有關內容，增加與專業有關的“新材料”、新工藝”等內容；

4）增添。即增添與各專業有密切關系的內容。針對原《材料科學基礎》教材不講與金屬材料工程專業有關的金屬強度理論的不足，增添“金屬強度理論”一章。

教學實踐證明該體系具有內容新，容量大，學時少，科學合理的特點。1996年機械部“金屬學及熱處理”課程協作組將《金屬學及熱處理》改為《材料科學基礎》采用的體系就是這個體系，可見該體系的科學及合理性。

3處理好該課程和基礎課、專業課關系是提高教學效果的關鍵

怎樣利用基礎課所學過的知識來講授《材料科學基礎》課？怎樣結合專業特點進行《材料科學基礎》的教學？課題組“利用高等數學、化學、物理化學”等先行課所學過的知識來講授《材料科學基礎》課是解決學生認為《材料科學基礎》課“抽象、難學”問題的關鍵，而結合材料專業的特點來講授《材料科學基礎》，是改變學生認為“《材料科學基礎》課的知識沒有用”的觀念、以及提高學生學習《材料科學基礎》的興趣的鑰匙。因此，任課教師在教學中十分注意處理“兩個關系”，并逐章討論教學方案，進行試點，經多年教學實踐，已摸索出一套規律，并撰寫了多篇論文。

4改革教學方法是促進教學效果提高的手段

在掌握一個科學的、合理的《材料科學基礎》課程體系以及處理好兩個關系后，關鍵是改革教學方法、提高教學效果。利用自制“三元合金相圖模型”進行“模型教學”，購買部分電視、電影教學片利用現代化手段進行“電化學教學”，開發微機軟件進行“計算機輔助教學”是提高教學效果的有利措施；開展“競賽式課堂討論”激發學生學習《材料科學基礎》興趣；采用“歸納類比法”、“啟發式教學法”及“分類對比抓重點的名詞術語教學法”等一系列行之有效的教學方法；使《材料科學基礎》的課堂效果大幅度提高。

5改革實驗教學內容及方法是提高教學效果的橋梁

《材料科學基礎》是一門實踐性很強的技術基礎課，開好實驗課至關重要。實驗教學不僅可以驗證課堂教學的理論，鞏固所學的知識，促進教學效果提高，更重要的還在于培養學生基本的實驗技能和一系列正規的實用技術。因此，實驗課是理論聯系實際的橋梁，在學生學習《材料科學基礎》課程中起重要的“紐帶”作用。針對原來的實驗教學存在著實驗內容陳舊單調；局限于驗證理論；實驗方法呆板落后；實驗考核方法不科學；實驗學時少，實驗內容多等問題改革了實驗教學內容及方法。

5.1精選實驗內容

將《材料科學基礎》近十個實驗，精選出五、六個實驗，并將實驗分為基礎入門型、設計研究型及綜合實踐型，與此同時將一些相關的實驗組合在一起，減少實驗個數、增加實驗效果。如將“硬度、熱處理操作、非平衡組織觀察”組合在一起，可使學生既能了解碳鋼的基礎工藝方法及操作，也能使學生了解碳鋼的工藝－組織－性能三者之間的關系。

選擇基礎入門型實驗，要抓住重點，要準備合理，實驗講解及要求、實驗步驟要詳細清楚。

對于設計研究型實驗，要逐步放手，減少指導，給出實驗題目和方案，由學生自行選擇和操作，自己分析實驗結果，寫作實驗報告。

對于綜合實驗型實驗，只給出題目和方向，提出實驗條件，由學生自己制定方案、做實驗、分析并寫出論文性的實驗報告。

5.2利用電視教學，開好演示實驗

《材料科學基礎》實驗學時有限，因此能正式開出的實驗不會太多，有一部分不能正式開而又比較重要的實驗，可以利用電視手段開出演示實驗。例《金相顯微鏡》、《金相顯微樣品的制備》等電視實驗教學片，既形象又生動，也可節省實驗學時。

5.3開放實驗室，開出綜合實踐型實驗

對學生開放實驗室，有利于提高學生的實驗積極性及主動性。實驗室開放后，鼓勵學生到實驗室，在實驗教師的指導下自己動手做一些感興趣的實驗，在此基礎上開出綜合實驗。如：發給學生一些成分一定的試樣，由學生自己制定實驗題目、實驗方案、操作步驟等，自己分析實驗結果，最后寫出論文性實驗報告。這樣做使學生由被動變為主動，充分發揮了聰明才智，提高了學生綜合運用理論知識和實驗的技能，受到學生的普遍歡迎。

5.4改革實驗的考核方法

實驗課成績計算在課程總成績之內，實驗總成績占課程總成績10%（10分）。 每個實驗滿分為10分，實驗總成績等于各個實驗成績的算術平均值。每個實驗成績分三部分評分：實際操作；實驗報告；實驗紀律及表現。

由于進行了一系列實驗教學改革，使實驗教學效果有較大幅度提高，同時也培養了學生的分析問題和解決問題的能力，進一步促進了《材料科學基礎》教學效果的提高。

6利用計算機進行輔助教學，是提高教學效果的措施

“位錯”和“三元相圖”部分是《材料科學基礎》的教學難點，特別是近年來，該課程的教學時數越來越少，而所要講的內容越來越多，因此位錯及三元相圖部分不可能花大量時間來講授，怎樣解決學時少、內容多、時間緊、任務重、教學內容難的矛盾。辦法就是采用直觀、形象的計算機輔助教學，即采用計算機動態演示系統。計算機輔助教學的優越性表現在：

1）利用計算機的圖形功能和動畫特點，編制出合適的程序來演示有關內容，不僅可以在操作中隨意選擇演示方式和演示內容，控制演示時間，也可以通過修改程序來改變、增加、刪減演示內容和方式；

2）利用計算機處理速度快的特性，可以在計算機屏幕上顯示多個動態視圖。例：在演示刃型位錯形成和位移時，同時在屏幕顯示出了立體圖、俯視圖、主視圖，這不僅使刃型位錯形成和位移的立體圖與各平面圖（俯視圖、主視圖）建立了聯系，而且使三圖中原子動態位移達到了同步運動。非常直觀、形象；

3）利用計算機豐富的色彩和文字功能，可以用不同顏色把同一圖形的不同部位表現出來并加以說明，以便于區分和理解。例：三元相圖的立體模型，可以用不同顏色將相圖的各個相勾畫出來，標以文字，非常醒目、直觀；

4）利用計算機的可靠性和準確性，可以把書本上的知識進行檢驗，在檢驗中加深對課本上內容的了解。例：三元相圖中結晶時的“蝴蝶形規律”；

5）利用計算機的交互對話的優點，可以把書本上冗繁的內容講述轉化為通過計算機顯示圖形，輔以簡潔的講述完成，大大節省了教學時間，提高了教學效果和質量。

7采用計算機命題與評分系統

《材料科學基礎》課程開設班數、人數多，試題用量及評分工作量大，且評分時人為因素較多。在設計時為方便考試及管理，在總體上分為三部分，即考試、管理和退出。它們由七大模塊來實現，分別是自動出題模塊、機上答題模塊、再出試題模塊、試卷管理模塊、題庫管理模塊、退出系統模塊和返回WIN模塊。各功能模塊相互獨立，以菜單程序為主程序，完成對各功能模塊的調用。

考試系統可保證命題的質量，兼顧各個章節的主要內容；并保證試題在使用過程中不會產生重復試卷。在上機考試結束后馬上就評出分數，減少了人工評分的繁瑣工作，并保證考試過程中無跑題、無抄襲現象，充分體現考試與評分的透明度。

考試系統有利于各院校的統考和對教學質量的評估，并便于院校領導教學的檢查和監督。通過該軟件系統的試運行，該軟件系統較好地實現了設計的基本要求，筆者將對該軟件系統作進一步的完善和提高。

多年的實踐不但提高了《材料科學基礎》教學效果，使學生成績逐年提高，而且也促進了教師業務水平的提高。《材料科學基礎》獲2003年河北省精品課、河北省教學成果一等獎兩次。

面對二十一世紀的教學內容和課程體系改革，課題組還有很多工作要做。在學校、材料學院等領導的支持下，在課題組各位教師的努力下，相信不久的將來一定能使該課程教學效果有更大提高。

參考文獻

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