多元化教學(xué)方法在《材料表界面》教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：《材料表界面》課程內(nèi)容充實(shí)，具有豐富的理論性和實(shí)踐性。文章在將課程與表面工程實(shí)際問題緊密相結(jié)合的前提下，將錄像教學(xué)、多媒體教學(xué)、自學(xué)、科研文獻(xiàn)輔助教學(xué)等方法引入常規(guī)課堂教學(xué)，并與開放式討論、以及實(shí)踐性教學(xué)等方法相結(jié)合，將多元化教學(xué)應(yīng)用到本課程的教學(xué)中，對(duì)該課程進(jìn)行了一系列教學(xué)改革，取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：材料表界面；多元化教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2012）12-0073-03

一、引言

材料產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的支柱產(chǎn)業(yè)之一，而任何材料都有與外界接觸的表面或者與其他材料區(qū)分的界面，材料表界面的結(jié)構(gòu)和性能直接影響材料的整體性能，材料的腐蝕、老化、硬化、破壞、印刷、涂膜、粘結(jié)、復(fù)合等無不與材料的表界面密切有關(guān)。因此了解材料表面及界面的有關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，并在此基礎(chǔ)上掌握材料表面與界面問題的控制規(guī)律和改善措施，對(duì)材料行業(yè)的從業(yè)者以及技術(shù)研究人員具有重要意義。鑒于此，我院材料化學(xué)本科專業(yè)將“材料表界面”設(shè)置為專業(yè)必修課程，第5個(gè)學(xué)期開課。本課程主要包括表面化學(xué)、表面活性劑、以及四大類材料（高分子材料、金屬材料、無機(jī)非金屬材料和復(fù)合材料）表界面和表面測(cè)試技術(shù)等四大部分內(nèi)容[1]。當(dāng)前，深化高等教育教學(xué)改革，提高教學(xué)質(zhì)量始終是高等院校的核心任務(wù)之一。在本課程授課過程中，筆者發(fā)現(xiàn)由于本課程與表界面工程實(shí)際問題緊密聯(lián)系，單一的課堂理論授課方式收效不明顯，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，因此嘗試將將錄像教學(xué)、多媒體教學(xué)、自學(xué)、科研文獻(xiàn)輔助教學(xué)等方法引入常規(guī)課堂教學(xué)，并與開放式討論、以及實(shí)踐性教學(xué)等方法相結(jié)合，將多元化教學(xué)應(yīng)用到本課程的教學(xué)中，對(duì)該課程進(jìn)行了一系列教學(xué)改革。

二、常規(guī)課堂教學(xué)中的新嘗試

（一）從日常生活中的表界面現(xiàn)象入手，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

興趣是點(diǎn)燃智慧的火花，是探索知識(shí)的動(dòng)力。在教學(xué)中只有激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，才能充分調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。因此，教師應(yīng)注意教學(xué)的趣味性，以及教學(xué)內(nèi)容和日常生活的聯(lián)系，能使學(xué)生在愉悅的氣氛中學(xué)習(xí)，喚起學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲望。如筆者在講到材料表面浸潤(rùn)性的內(nèi)容時(shí)，對(duì)學(xué)生提出一連串的問題：“荷葉為什么能出淤泥與不染”，“耐油污材料的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在哪里”，“決定液體在固體表面浸潤(rùn)性的最本質(zhì)因素是什么”等？學(xué)生們聽了這一連串的問題后感到學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)可以解決很多實(shí)際問題，大大激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)積極性。在介紹表面活性劑的相關(guān)知識(shí)時(shí)，先舉一系列與日常生活貼近的例子，如活性劑在日常清潔用品、在油田采油、在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)如農(nóng)藥中的應(yīng)用實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生從身邊司空見慣的事物中進(jìn)行思考，啟發(fā)學(xué)生將材料表界面知識(shí)應(yīng)用于生活實(shí)踐，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（二）引用科研論文資料，豐富教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生理解

現(xiàn)有教材的編寫一般偏重于強(qiáng)調(diào)知識(shí)系統(tǒng)的邏輯性，偏重理論教學(xué)和反映學(xué)科體系的基本原理，由于篇幅原因在培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力、創(chuàng)新意識(shí)和探索精神方面的內(nèi)容較少。而高等教育教學(xué)改革強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)創(chuàng)新人才。因此在課堂教學(xué)中，根據(jù)所授課內(nèi)容，適當(dāng)引入一些科學(xué)研究文獻(xiàn)進(jìn)行介紹和剖析，幫助學(xué)生培養(yǎng)研究型和探索型思維是創(chuàng)新教育理念的體現(xiàn)。科學(xué)研究文獻(xiàn)輔助教學(xué)在拓寬學(xué)生思維的同時(shí)也加深了學(xué)生對(duì)相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解，達(dá)到了更深層次的教學(xué)效果。比如在無機(jī)非金屬材料表界面教學(xué)內(nèi)容中，在介紹陶瓷三相結(jié)構(gòu)，即玻璃相、晶相以及氣相三相結(jié)構(gòu)時(shí)，以“高溫過濾支撐體用SiC基多孔陶瓷的制備與表征”[2]一文為例，以實(shí)際的掃描電鏡微觀結(jié)構(gòu)圖片對(duì)燒結(jié)過程中粘結(jié)劑用量多少對(duì)陶瓷晶粒大小、氣孔大小以及玻璃相存在比例的影響進(jìn)行了直接展示，并通過實(shí)際數(shù)據(jù)的介紹使學(xué)生充分理解陶瓷材料界面微觀結(jié)構(gòu)特征對(duì)多孔陶瓷氣孔率、抗彎強(qiáng)度等主要性能具有直接的影響作用。這樣學(xué)生不僅了解到陶瓷材料存在三相結(jié)構(gòu)，還充分認(rèn)識(shí)到三相比例及微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜影響因素以及陶瓷材料相結(jié)構(gòu)所決定的陶瓷復(fù)雜界面特征。而在介紹固—固—固三相晶界構(gòu)型中講到“從能量角度考慮，彎曲晶界不穩(wěn)定，如果溫度足夠高，彎曲的晶界會(huì)沿著曲率運(yùn)動(dòng)，使界面減小，通過消耗周圍的小晶粒使多邊形晶粒長(zhǎng)大。”時(shí)，為了讓學(xué)生充分理解，除了在原理上從表面張力的角度進(jìn)行解釋，還以“燒結(jié)溫度對(duì)碳化硅陶瓷力學(xué)性能的影響”[3]一文為例，以掃描電鏡微觀圖片展示了不同燒結(jié)溫度下SiC陶瓷的斷面形貌，學(xué)生可以直觀觀察到燒結(jié)溫度為2130℃時(shí)，晶粒細(xì)小，但孔隙較多，致密度不高；2190℃時(shí)，結(jié)構(gòu)細(xì)密，晶粒尚未明顯增大；而2220℃時(shí)，晶粒開始長(zhǎng)大，大小晶粒并存，致密度最好；繼續(xù)升高到2250℃，晶粒異常長(zhǎng)，晶間疏松反而引起致密度下降。通過這一實(shí)例的展示，同學(xué)們不僅能夠更深的體會(huì)在高溫下，晶粒長(zhǎng)大，即彎曲的晶界沿曲率運(yùn)動(dòng)使界面減小的過程，還了解到對(duì)于陶瓷來講，晶粒的大小要控制到比較合適的尺度，并非越大越好。從以上實(shí)例可以看到，對(duì)于教材中的一些結(jié)論，加以實(shí)際科研素材中的實(shí)例進(jìn)行實(shí)物闡述，一方面激發(fā)了學(xué)生科學(xué)研究的興趣，另一方面可以加深學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解和把握，達(dá)到學(xué)以致用的目的。

（三）適當(dāng)?shù)淖詫W(xué)環(huán)節(jié)

人類知識(shí)的總量隨著社會(huì)的發(fā)展不斷增加。在知識(shí)激增、科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，自學(xué)是人們適應(yīng)不斷發(fā)展變化新生活的重要途徑。因此，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力是大學(xué)教育的重要環(huán)節(jié)。對(duì)于教材中的少數(shù)章節(jié)，屬于常識(shí)性知識(shí)的介紹，涉及的內(nèi)容以及相關(guān)原理相對(duì)簡(jiǎn)單，若在課堂上花大量時(shí)間講解，因?qū)W生覺得太通俗易懂，可能會(huì)缺乏興趣和熱情。對(duì)于這樣的內(nèi)容安排學(xué)生自學(xué)，一方面可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，同時(shí)也可以鍛煉他們的自學(xué)能力。比如在第10章“復(fù)合材料的界面”第三節(jié)中關(guān)于“高性能纖維表面處理”一節(jié)中，主要介紹了碳纖維和有機(jī)纖維的表面處理方法，包括表面清潔處理、表面氧化處理、表面涂層、表面沉積無機(jī)物、電聚合處理、低溫等離子處理以及表面接枝等七大類方法，每一類方法里面還有具體的分類。

（四）錄像教學(xué)

視頻資料以其直觀、信息量大，使學(xué)生獲得視角、聽覺、感覺、文字等全方位的刺激并提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣為特點(diǎn)，能夠大幅提高教學(xué)效果與教學(xué)效率[4]。在本課程54學(xué)時(shí)的教學(xué)過程中，為了調(diào)劑學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，在部分內(nèi)容中穿插使用了視頻資料。比如在講完聚合物的表面張力相關(guān)內(nèi)容后，播放了一段對(duì)低表面能含氟聚合物的分子結(jié)構(gòu)、特殊性能進(jìn)行介紹的錄像，通過生動(dòng)的錄像資料，使學(xué)生領(lǐng)會(huì)聚合物表面張力與其實(shí)際應(yīng)用的緊密聯(lián)系。通過觀看錄像，寓學(xué)于樂，給學(xué)生營(yíng)造了一種寬松、自由、的學(xué)習(xí)氛圍，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)氣氛。但是在錄像教學(xué)中，要遵循適度性原則，過于頻繁或者錄像時(shí)間太長(zhǎng)，可能導(dǎo)致教學(xué)缺乏嚴(yán)肅性，使學(xué)生思想跑題。在本課程的學(xué)習(xí)中，總共使用了3次錄像教學(xué)，每次時(shí)間在10～15分鐘左右。

三、學(xué)生老師角色互換法

學(xué)生與老師之間進(jìn)行角色互換是一種新穎的教學(xué)方法，它把老師對(duì)學(xué)生的教育建立在師生平等的基礎(chǔ)上，把課堂還給學(xué)生，讓每個(gè)學(xué)生都融入課堂，主動(dòng)參與到教學(xué)當(dāng)中，每一個(gè)學(xué)生都有表現(xiàn)自己的機(jī)會(huì)，他們對(duì)知識(shí)的被動(dòng)接受也就變?yōu)榱酥鲃?dòng)吸收，不僅大大提高了教學(xué)效果，也實(shí)現(xiàn)了素質(zhì)教育中以點(diǎn)帶面、全面合作型的學(xué)習(xí)方式[5]。比如本課程第8章“金屬材料的表面”中第5節(jié)為“金屬的表面改性”，而由于篇幅有限，在教材中主要針對(duì)“干式被覆方法”進(jìn)行了介紹，雖然“濕式被覆方法”也是金屬表面改性處理方法中應(yīng)用得比較多的一大類方法，但在教材中只是提及，沒有進(jìn)行闡述。而恰好本院“材料化學(xué)”專業(yè)第6學(xué)期的“材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課”中有三個(gè)實(shí)驗(yàn)主要?jiǎng)t針對(duì)金屬表面的濕式被覆改性方法進(jìn)行體驗(yàn)。因此考慮到對(duì)本課程內(nèi)容的擴(kuò)充以及對(duì)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容進(jìn)行先修理論學(xué)習(xí)兩方面的需求，將這部分內(nèi)容添加到教學(xué)設(shè)計(jì)中。

主要教學(xué)方法為老師先給出三個(gè)相關(guān)主題，分別為“鋁的陽(yáng)極氧化”，“鋼鐵的磷化處理”以及“鋼鐵表面電鍍鋅”。然后將學(xué)生分成小組，5～6人為一組，為營(yíng)造競(jìng)爭(zhēng)的氣氛，每?jī)山M分派同一個(gè)主題，相同主題的小組可以選擇不同側(cè)重點(diǎn)，要求同學(xué)們自己搞好分工協(xié)作，通過查閱圖書館資料，電子文獻(xiàn)資料等制作ppt。主要內(nèi)容要求包括該方法的目的、原理、主要體系的特點(diǎn)分析，影響因素（前處理/電流密度/添加劑/后處理等）和影響規(guī)律以及整個(gè)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展前景。準(zhǔn)備工作完成后各小組在指定的課堂時(shí)間進(jìn)行講解，講解過程中要求每個(gè)成員都參與，每人講解一個(gè)小部分。在該方法實(shí)施的過程中老師的主要責(zé)任在于首先從講稿的寫作和PPT制作開始把關(guān)，在學(xué)生講解過程中進(jìn)行糾錯(cuò)和補(bǔ)充；講解完畢后教師針對(duì)學(xué)生的講解進(jìn)行總結(jié)。這種教學(xué)方式中學(xué)生參與性的提高極大地提升了學(xué)生的積極性，同時(shí)也鍛煉和提高了學(xué)生的自學(xué)能力和表達(dá)能力，對(duì)學(xué)生利用各種資源獲取信息和知識(shí)的能力進(jìn)行了初步培訓(xùn)。

四、實(shí)踐性教學(xué)

實(shí)踐教學(xué)是鞏固理論知識(shí)和加深對(duì)理論認(rèn)識(shí)的有效途徑，是理論聯(lián)系實(shí)際、培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)方法和提高動(dòng)手能力的重要平臺(tái)。然而在現(xiàn)有教學(xué)體系中，往往是實(shí)踐教學(xué)和理論教學(xué)體系完全分開。比如在本課程第11章“材料表面表征技術(shù)”的教學(xué)中，給學(xué)生介紹了顯微鏡和能譜技術(shù)等理論知識(shí)體系后，利用學(xué)校現(xiàn)有資源，組織學(xué)生參觀了大型表面測(cè)試儀器，掃描探針顯微鏡、透射電子顯微鏡、XRD衍射儀等，通過相關(guān)儀器負(fù)責(zé)老師對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀器的組成介紹以及實(shí)際樣品的測(cè)試演示，促使學(xué)生把理論知識(shí)與實(shí)際操作相結(jié)合，可以更深刻體會(huì)材料表面微觀分析手段在材料研究中的重要意義，并了解主要測(cè)試方法的原理和適用性，為自己在以后的技術(shù)研究工作或者科學(xué)研究工作中正確使用這些儀器打下基礎(chǔ)。

五、結(jié)束語

多元化教學(xué)方法在材料表界面課程中的應(yīng)用，是筆者在教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，針對(duì)材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的需求進(jìn)行的新嘗試，通過教學(xué)實(shí)踐證明，多元化教學(xué)的教學(xué)效果明顯，大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣明顯增加。這種多元化教學(xué)方式已取得了一定的成效，但仍需完善，尤其在對(duì)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)方面，需要在今后的實(shí)踐教學(xué)中不斷探索和改進(jìn)，以取得更好的效果。

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作者簡(jiǎn)介：屈鈞娥（1978-），女，湖北人，博士，從事材料表界面、材料表面處理等課程的教學(xué)工作以及材料防腐領(lǐng)域的科研工作。