材料物理性能課程設(shè)計(jì)及教學(xué)方法探討

劉全生，候建華，楊魁勝，張希艷，柏朝暉

(長春理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，長春 130022)

20世紀(jì)80年代后，美國進(jìn)一步加快了教育改革的步伐。1983年4月美國高等教育質(zhì)量委員會(huì)發(fā)表了國家處在危機(jī)之中的調(diào)查報(bào)告。要求學(xué)生通過調(diào)查研究和問題探討的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，一方面使學(xué)生獲得探究能力，另一方面增強(qiáng)學(xué)生的探究能力、科學(xué)精神以及社會(huì)責(zé)任感和綜合的社會(huì)實(shí)踐能力，對(duì)高等教育的教學(xué)質(zhì)量提出更高的要求［1］。由此可見教學(xué)質(zhì)量是高校賴以生存和發(fā)展的重要保證［2］。材料物理性能課程是材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，也是專業(yè)入門課，對(duì)于從事材料相關(guān)專業(yè)的技術(shù)人員來說非常必要。由于課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容豐富，每個(gè)學(xué)校都有自己的特色和重點(diǎn)，在教學(xué)過程中側(cè)重點(diǎn)也有所不同，教學(xué)的手段和方式方法也不同，采用優(yōu)越的教學(xué)方法不僅直接影響到學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)的興趣，而且影響學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，最終將獲得優(yōu)越的課堂教學(xué)質(zhì)量。因此設(shè)置合理的教學(xué)環(huán)節(jié)、內(nèi)容和選取合適的教學(xué)方法對(duì)于提高課堂教學(xué)質(zhì)量具有重要的意義［3］。本研究結(jié)合長春理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的特色，簡要介紹材料物理性能課程定位、特色及內(nèi)容;結(jié)合課程組多年從事材料物理性能的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，探討在教學(xué)過程中常用的一些教學(xué)方法，以便共享。

一、課程設(shè)置概述

(一)課程定位

材料物理性能課程是材料類專業(yè)的一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課，與固體物理、材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料現(xiàn)代分析與測試技術(shù)、材料工程基礎(chǔ)等課程構(gòu)成專業(yè)基礎(chǔ)平臺(tái)課。課程重點(diǎn)闡述材料的光、電、磁、熱和力性能與材料組成、結(jié)構(gòu)等內(nèi)部微觀因素和外界宏觀因素的關(guān)系，是承接基礎(chǔ)與專業(yè)課程的橋梁，課程是在高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、固體物理等課程教學(xué)的基礎(chǔ)上開設(shè)，為材料類專業(yè)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。材料物理性能是從事材料工作的科技、技術(shù)、管理、實(shí)驗(yàn)等人員必須具備的基礎(chǔ)知識(shí)。

材料物理性能課程以提高學(xué)生的分析問題、解決問題和創(chuàng)新能力為目標(biāo)。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該熟悉材料光、電、磁、熱和力性能的重要物理概念、物理參數(shù)和性能指標(biāo)，掌握影響材料光、電、磁、熱和力性能的微觀和宏觀的因素，掌握材料光、電、磁、熱和力性能的重點(diǎn)表征手段、方法和基本原理。具備闡明材料各種性能的物理本質(zhì)，初步具備設(shè)計(jì)材料的能力。

(二)課程設(shè)計(jì)

本課程分為理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩部分。課程教學(xué)總計(jì)64學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)48學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)16學(xué)時(shí)。

1.理論教學(xué)方面

課程結(jié)合了長春理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院光電功能材料的特色，在教學(xué)內(nèi)容和順序上突出了光、電、磁等材料的功能特性。結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，對(duì)知識(shí)進(jìn)行了模塊化分解，知識(shí)模塊順序、培養(yǎng)要求及學(xué)時(shí)分配如表1所示。

通過模塊化教學(xué)，為學(xué)生建立材料的光、電、磁、熱和力學(xué)性能間存在密切聯(lián)系概念，培養(yǎng)學(xué)生在設(shè)計(jì)材料時(shí)，能夠結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，綜合考慮各種性能，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的目的。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面結(jié)合理論教學(xué)，根據(jù)知識(shí)模塊結(jié)構(gòu)開設(shè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在每個(gè)模塊下開設(shè)2～3個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目供學(xué)生選擇，且每個(gè)模塊都有一個(gè)必修實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，保證學(xué)生對(duì)所有的物理性能都有實(shí)驗(yàn)過程，達(dá)到提高學(xué)生實(shí)踐能力的目的。

表1 模塊培養(yǎng)要求及學(xué)時(shí)分配

二、教學(xué)過程中所采用的教學(xué)方法

為了提高學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的興趣和課堂教學(xué)的聽課效果和接受能力，課程組采用了五種教學(xué)方法。

1.理論聯(lián)系實(shí)際法，將材料科學(xué)發(fā)展前沿、工程實(shí)際案例、科研成果引入課堂教學(xué)。

教學(xué)過程中注重教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性，反映學(xué)科最新進(jìn)展，結(jié)合工程實(shí)際安排教學(xué)。由于目前材料學(xué)科發(fā)展日新月異，新材料、新技術(shù)層出不窮，教學(xué)過程中引入材料學(xué)科領(lǐng)域的最新進(jìn)展文獻(xiàn)，在講授專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，廣泛介紹材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)和技術(shù)進(jìn)步，開闊視野，注重學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在講授理論知識(shí)的過程中，注重將相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例和科研動(dòng)態(tài)融入教學(xué)內(nèi)容中，如將教師的科研成果納入教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)中運(yùn)用案例教學(xué)，結(jié)合理論知識(shí)分析國家重大工程中的材料問題，使教學(xué)更加生動(dòng)，在加強(qiáng)學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)理解的同時(shí)，激發(fā)了他們從事科學(xué)研究和工程開發(fā)的熱情和興趣。

2.采用啟發(fā)式，引導(dǎo)學(xué)生深入思考問題。

課堂教學(xué)中采用啟發(fā)式教學(xué)法，通過啟發(fā)、提問，對(duì)學(xué)生循循善誘，體現(xiàn)了課堂教學(xué)主體的轉(zhuǎn)變，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和師生間的互動(dòng)，使教師及時(shí)了解學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解和掌握程度，活躍了課堂氣氛。

3.采用自主學(xué)習(xí)法，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問題的能力。

充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體的教學(xué)思想，探索了自主學(xué)習(xí)式教學(xué)方法，將課堂需要推導(dǎo)的內(nèi)容，讓學(xué)生自己推導(dǎo)，可以抽選1～2名基礎(chǔ)好的學(xué)生上講臺(tái)推導(dǎo)。一方面可以加深學(xué)生對(duì)數(shù)量推導(dǎo)過程的理解，加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解，另一方面可以增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，培育學(xué)生課前預(yù)習(xí)的好習(xí)慣，再則還可以鍛煉學(xué)生。

4.開展討論式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生探索問題的能力。

討論式教學(xué)可以從兩個(gè)不同的方向開展，一則在課堂教學(xué)過程中直接插入討論，這種討論式教學(xué)一般是將課堂教學(xué)內(nèi)容與學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)緊密結(jié)合，通過教學(xué)內(nèi)容解釋前沿問題，增強(qiáng)學(xué)生的探索意識(shí)，提高學(xué)生思考問題，解決問題的能力。例如，我在講到“如何提高陶瓷材料的透光性，實(shí)現(xiàn)透明陶瓷”時(shí)，其中有一點(diǎn)就是要采用特殊的工藝過程，我們提到有普通高溫?zé)Y(jié)、真空高溫?zé)Y(jié)、真空熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)，可以讓學(xué)生討論為什么真空燒結(jié)比普通高溫?zé)Y(jié)效果好，而熱壓燒結(jié)又比真空燒結(jié)好等。我還結(jié)合了目前研究的熱點(diǎn)，采用放電等離子體燒結(jié)(SPS)燒結(jié)，為什么采用SPS方法也可以獲得透明陶瓷，這一點(diǎn)是目前的最新的實(shí)現(xiàn)方法，具體原理還在探討中，讓學(xué)生共同參與進(jìn)來討論。通過這樣的課堂教學(xué)我發(fā)現(xiàn)，可以很大程度上激發(fā)學(xué)生的對(duì)知識(shí)的探索欲望。

再則開展討論式教學(xué)可以課前布置的方式，教師將教學(xué)內(nèi)容上一堂課結(jié)束時(shí)布置給學(xué)生，學(xué)生先自學(xué)、思考，課堂配合教師共同討論，使學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握得更加深入，并強(qiáng)化了學(xué)生的自學(xué)能力。

5.采用案例式教學(xué)，加深學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的認(rèn)識(shí)。

為了加深對(duì)難點(diǎn)和重點(diǎn)內(nèi)容的講解，采用了案例式教學(xué)方法，教師將有規(guī)律的、密切相關(guān)的內(nèi)容聯(lián)系在一起，制作對(duì)比案例，有利于對(duì)內(nèi)容的理解，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如在講授光與介質(zhì)相互作用時(shí)，將吸收光譜和透射光譜放到一起，學(xué)生從圖中就可以一目了然地看清楚吸收與透射的關(guān)系，在學(xué)生大腦中留下深刻的印象，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的記憶，加深了學(xué)生吸收與透過率公式間的相互轉(zhuǎn)化。

三、結(jié)論

本研究結(jié)合多年從事材料物理性能的教學(xué)工作，提出理論聯(lián)系實(shí)際法、啟發(fā)式、自主學(xué)習(xí)法、討論式教學(xué)和案例式教學(xué)五種教學(xué)方法，理論聯(lián)系實(shí)際法有利于提高學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)發(fā)展進(jìn)展的掌握，啟發(fā)式教學(xué)有利于開拓學(xué)生的創(chuàng)新思維，自主學(xué)習(xí)法有利于增強(qiáng)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，討論式教學(xué)有利于強(qiáng)化知識(shí)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)意識(shí)，案例式教學(xué)圖文并茂，起到增強(qiáng)理解、強(qiáng)化記憶的作用。總之，教學(xué)方法多種多樣，針對(duì)不同的知識(shí)點(diǎn)和教學(xué)內(nèi)容，選擇合適的教學(xué)方法，對(duì)于改善課堂教學(xué)效果、提高教學(xué)質(zhì)量具有重要的意義。

［1］趙洪.研究性教學(xué)與大學(xué)教學(xué)方法改革［J］.高等教育研究，2006(2):71.

［2］王文芳，陳小麗，吳玉程.材料物理性能教學(xué)改革的探討［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版，2008(5):98.

［3］鄭冀，梁輝，許鑫華，等.材料科學(xué)與工程專業(yè)平臺(tái)課程材料物理性能本科生教學(xué)改革的探討［J］.高等工程教育研究，2005(S1):36.