《材料物理性能》課程的教改初探

摘要《材料物理性能》是材料科學(xué)與工程學(xué)科人才培養(yǎng)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，圍繞該課程特點和教學(xué)實踐，本文從教學(xué)內(nèi)容的改革和優(yōu)化、理論知識與科研和實際應(yīng)用的結(jié)合、實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的加強以及先進教學(xué)方法和手段的運用等方面，對該課程的教學(xué)改革提出了若干看法。

中圖分類號:G420文獻標(biāo)識碼:A

材料是人類社會進步的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，在當(dāng)代科技日新月異的形勢下，材料教育和人才培養(yǎng)是材料研究、生產(chǎn)和應(yīng)用賴以快速、協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展的前提和保證。為了順應(yīng)材料科學(xué)與工程學(xué)科的發(fā)展方向和國家、社會對全面型、綜合型、智能型、創(chuàng)造性高素質(zhì)材料人才的需求，我國材料科學(xué)與工程類本科專業(yè)經(jīng)歷了由以產(chǎn)品設(shè)置專業(yè)、以行業(yè)設(shè)置專業(yè)到以大學(xué)科設(shè)置專業(yè)的演變過程。

《材料物理性能》作為材料科學(xué)與工程類本科專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要講述材料熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)等性能的物理本質(zhì)、變化規(guī)律、影響因素、相關(guān)測試方法及性能應(yīng)用等方面的知識。目前，國內(nèi)眾多設(shè)有材料科學(xué)與工程類專業(yè)的院校均開設(shè)了《材料物理性能》課程，該課程知識的掌握情況對學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、材料實際工程應(yīng)用能力的增強以及進一步深造等有直接影響。所以，結(jié)合《材料物理性能》課程的自身特點及人才培養(yǎng)目標(biāo)與要求，積極推進該課程的教學(xué)改革，對于材料高等教育具有重要意義。在作者數(shù)年來《材料物理性能》課程教學(xué)實踐的基礎(chǔ)上，本文從課程教學(xué)內(nèi)容的選擇和優(yōu)化、理論知識與科研和實際應(yīng)用的結(jié)合、實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的加強以及先進教學(xué)方法和手段的運用等方面，對該課程的教學(xué)改革進行了初步探索。

1 教學(xué)內(nèi)容的改革和優(yōu)化

近年來，大材料學(xué)科在各高等院校逐漸建立，原有的《金屬材料物理性能》和《無機材料物理性能》等課程擴展為《材料物理性能》課程，在此形勢下加強和深化《材料物理性能》課程內(nèi)容的改革和優(yōu)化是提高該課程教學(xué)效果的靈魂。對此，作者提出以下幾點考慮:

(1)為了體現(xiàn)當(dāng)前“寬基礎(chǔ)、寬專業(yè)、多方向、強能力”的教育思想，《材料物理性能》作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，需涵蓋材料的各個領(lǐng)域和全部的物理性能，需強化金屬、無機和高分子等材料物理性能的共性基礎(chǔ)知識，使學(xué)生盡可能地從物理效應(yīng)和微觀機制角度掌握材料物性。例如，在講授材料熱學(xué)性能時，在教學(xué)內(nèi)容上可以添加晶格熱振動的相關(guān)理論;而在講授材料導(dǎo)電性能時，可添加固體能帶結(jié)構(gòu)的知識。

(2)在強化共性的同時，注意突出個性，在教學(xué)過程中，可結(jié)合本校的特色、學(xué)生的主導(dǎo)培養(yǎng)目標(biāo)和就業(yè)去向等，對金屬或無機材料的某些物理性能的知識適當(dāng)加以增強。例如，對于培養(yǎng)無機材料方向人才的院校和專業(yè)，可以增加離子電導(dǎo)、半導(dǎo)體陶瓷的物理效應(yīng)和材料的介電性能等方面的教學(xué)內(nèi)容。

(3)在教學(xué)內(nèi)容上注意處理好與先修和后修課程的關(guān)系，注重知識的融會貫通，杜絕與已修和后修課程之間的錯配現(xiàn)象。例如，在講授影響材料物理性能的因素時，必須聯(lián)系《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程中的晶體結(jié)構(gòu)、晶格缺陷和相變等方面的知識加以分析和理解;而在講授某種物理性能應(yīng)用于某種功能材料時，應(yīng)盡量避免與后修專業(yè)課程(如《功能材料》、《功能陶瓷》等)相關(guān)內(nèi)容的過多重合。

2 理論知識與科研和實際應(yīng)用的結(jié)合

《材料物理性能》課程在內(nèi)容上強調(diào)材料性能的物理本質(zhì)，強調(diào)材料組成、結(jié)構(gòu)等對材料性能的微觀影響機制，這使得該課程具有理論性強、概念抽象難理解等特點，學(xué)生在學(xué)習(xí)時容易產(chǎn)生畏難情緒，從而直接影響該課程的教學(xué)效果。為此，在教學(xué)過程中應(yīng)積極尋求和加強課程理論知識與材料科研及性能應(yīng)用實際的結(jié)合，以提高學(xué)習(xí)的興趣和積極性。對此，可考慮從以下兩個方面進行:(1)盡量讓理論水平高和科研能力強的老師任教，有條件的高校可選聘多個教師(他們分別從事與材料熱、電、光、磁和聲學(xué)等物性相關(guān)的研究工作)形成教學(xué)組(或教學(xué)團隊)，讓他們分別承擔(dān)課程相應(yīng)章節(jié)和內(nèi)容的講授工作。在理論教學(xué)過程中教師將自己的科研實踐內(nèi)容融入課堂，最大限度地發(fā)揮每位老師的研究方向和特色，通過科研實踐舉例化抽象為具體，降低課本知識學(xué)習(xí)的難度，并加深學(xué)習(xí)的印象。(2)積極注重物理性能知識講解的源頭設(shè)計，加強課程理論知識與性能實際應(yīng)用的結(jié)合，讓學(xué)生深刻體會到掌握材料物理性能知識的重要性和學(xué)以致用的樂趣。教師在講授某種材料物理性能時，需密切結(jié)合該物理性能在新材料研究和開發(fā)、實際選材和用材以及在日常生活等方面的應(yīng)用，積極開展新型材料及相關(guān)性能的專題講座，使學(xué)生在學(xué)習(xí)物性基礎(chǔ)知識的同時，了解材料科學(xué)進展及前沿，大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性。

3 實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的加強和改革

實踐教學(xué)是《材料物理性能》課程教學(xué)的重要組成部分，也是提高該課程教學(xué)效果的重要措施之一。通過實踐教學(xué)可以讓學(xué)生更好地掌握各種材料物理性能參數(shù)的測試技術(shù)，強化學(xué)生對材料組成、結(jié)構(gòu)和性能之間相關(guān)性的理解，培養(yǎng)學(xué)生的實驗動手、觀察、分析與創(chuàng)新能力等。為此，在講授材料物理性能理論的同時，必須重視實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，并加強實踐教學(xué)的改革。

(1)加強實驗內(nèi)容的選擇和更新，適當(dāng)增加綜合性和設(shè)計性實驗。同時，考慮到各高校材料科學(xué)與工程學(xué)科的特色、優(yōu)勢以及人才培養(yǎng)目標(biāo)的差異，可有針對性地適(下轉(zhuǎn)第47頁)(上接第45頁)當(dāng)增加金屬、無機或高分子方面的實驗內(nèi)容。有條件的高校，讓學(xué)生參與到教師的課題研究，在從事熱、光、電、磁、聲、環(huán)境、納米和能源等功能材料的研究中，實現(xiàn)材料物理性能理論與實踐的結(jié)合，從而提高學(xué)生對理論知識的理解，并培養(yǎng)其動手和創(chuàng)新能力。

(2)近年來，有關(guān)《材料物理性能》課程理論教學(xué)的教材較多，但實驗教材較少，為此，需加強實驗教材和指導(dǎo)書的編寫，開發(fā)出適用于不同層次高校的、既有共性內(nèi)容又有個性選擇的實驗教學(xué)參考書。同時，還需通過理論學(xué)習(xí)、研討和參觀等方式，積極提高實驗教學(xué)人員的業(yè)務(wù)水平和素質(zhì)，讓他們在實驗教學(xué)中發(fā)揮重要作用。

(3)實習(xí)和畢業(yè)論文是材料科學(xué)與工程類本科教學(xué)重要的實驗性教學(xué)環(huán)節(jié)，在實習(xí)單位的選擇和畢業(yè)論文課題的確定等方面，也可加強與材料物理性能課程的結(jié)合，讓學(xué)生能切身體會到材料物理性能知識在現(xiàn)實產(chǎn)品生產(chǎn)和開發(fā)中的應(yīng)用，從而鞏固學(xué)生對《材料物理性能》課程理論知識的學(xué)習(xí)。

4 先進教學(xué)方法和手段的運用

(1)采用循序漸進和啟發(fā)式教學(xué)方法。在課程內(nèi)容上須注意由淺入深，先復(fù)習(xí)有關(guān)物理、化學(xué)和材料結(jié)構(gòu)的基本知識，再逐步深化，揭示材料組成、結(jié)構(gòu)與各物理性能之間的關(guān)系。同時，積極采用啟發(fā)式的教學(xué)方法，通過提問、討論等方式促使學(xué)生思考和啟發(fā)學(xué)生自己得出結(jié)論，加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解。

(2)采用類比和理論聯(lián)系實際的教學(xué)方法。雖然材料的熱、光、電、磁、聲等物理性能之間跨度較大，但也存在很多類似的地方，如金屬材料電子導(dǎo)熱機制和導(dǎo)電機制的類似性、材料電學(xué)物理量和磁學(xué)物理量的類似性等，所以在教學(xué)過程中，要積極利用這種類似性提高學(xué)生對知識進行融會貫通的能力，并降低學(xué)習(xí)的難度。同時，密切結(jié)合材料科研實際、學(xué)生在企業(yè)實習(xí)的情況以及某些材料的實際應(yīng)用講解課本知識，既讓學(xué)生認識到所學(xué)理論知識的重要性，又讓他們在如何運用課本知識方面得到啟發(fā)。

(3)采用以多媒體教學(xué)為主，并結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)的手段。針對課程的培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和課程特點，開發(fā)并研制適用有效的多媒體課件。課件制作既考慮到與選用教材內(nèi)容的照應(yīng)，又體現(xiàn)出擴展性和信息的豐富性。尤其是對于較難理解的物理機制以及物理性能在新材料和器件中的應(yīng)用等內(nèi)容，可通過圖片和動畫等手段，把傳統(tǒng)教學(xué)無法表達的內(nèi)容形象地展現(xiàn)給學(xué)生，使教學(xué)內(nèi)容更加活潑生動和形象，并提高教學(xué)效果。

5 結(jié)語

隨著材料科技和材料高等教育的發(fā)展，《材料物理性能》課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)模式等需做到不斷更新和完善。通過以上關(guān)于《材料物理性能》課程的教改思考，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的效果，并促進教師教學(xué)水平和綜合素質(zhì)的完善。

參考文獻

[1]徐德龍，許啟明，蘭新哲.試論我國材料科學(xué)與工程類本科專業(yè)的發(fā)展[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報 (社會科學(xué)版)， 2002.21(2):1-5.