如何提高《材料熱力學》的教學效果

摘要：《材料熱力學》是一門概念多、公式多以及內容抽象的理論課程。為了提高《材料熱力學》的教學效果，教師嘗試調整教學內容，使教學內容達到理論和實踐相結合，改進教學方法和考核方式，提高學生的學習積極性、主動性和參與度，培養學生靈活運用知識的能力。

關鍵詞：《材料熱力學》；教學效果；教學內容；教學方法

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A ？搖文章編號：1674-9324（2013）41-0107-02

《材料熱力學》是材料科學與工程專業的專業基礎課，是一門理論性和應用性較強的課程。通過《材料熱力學》課程的學習，學生能夠掌握《材料熱力學》的基本概念和理論，并利用《材料熱力學》進行相變、表面和界面等的分析和研究。然而《材料熱力學》具有概念多而易混淆、公式多而難記憶以及內容抽象難懂等特點，學生系統掌握該課程的內容比較困難，本文嘗試對教學內容和教學方法等方面進行探索，以提高《材料熱力學》課程的教學效果。

一、教學內容與實踐相結合

1.突出應用目的。本科《材料熱力學》教學重點在于熱力學基本原理及其在相平衡、表面和界面等領域的應用。由于學生在學習材料熱力學之前，已經學習過物理化學等課程，因此講授《材料熱力學》時，應將重點放在運用熱力學基本原理解決材料科學中的問題這一方面。在熱力學基本原理這部分內容的講授中，為了理論體系的完整性，我一般會對重要的定理和公式進行簡單地推導，使同學掌握基本原理的來龍去脈，而對于其他的定理和公式，我一般簡單分析一下它們的內涵和適用范圍，不做詳細的推導。我把熱力學原理在材料科學中的應用作為我的講課重點。我使用江伯鴻編寫的《材料熱力學》這本教材中有很多例題，但是我重點挑選與相變有關的典型例題來講解，比如：選擇熔化和凝固過程的熱量計算以說明熱力學第一定律在計算相變熱效應的應用，選擇熔化和凝固過程的熵變或自由能變化計算以說明熱力學第二定律在判斷相變方向的應用等，以突出《材料熱力學》課程以熱力學基本原理解決材料科學問題的講課重點。

2.增加科研和生產方面的內容。筆者經過幾年的材料熱力學的教學實踐，總結出：在教學過程中教師必須將科研和工程案例與教學內容相結合，這樣不僅讓學生在科研和工程案例中理解材料熱力學的基本概念和原理，同時了解理論對實踐的重要指導作用，激發學生的學習興趣。我們學院的一些學生承擔本校激光研究所鈦基激光熔覆層方面的大學生創新項目，我在講解自由能判據這部分內容時會引入這方面的實例，比如：為什么添加B4C的鎳粉在高能激光照射下會在鈦基體中形成TiB和TiC增強相。我的一個科研項目是有關碳纖維/銅基滑動軸承材料粉末冶金制備工藝的，我將這部分科研內容引入到表面和界面這一章中，向同學們講授為什么粉末冶金法制備碳纖維/銅基復合涂層時要使用表面預鍍銅的碳纖維為原料。我還經常將企業的生產內容融入到《材料熱力學》的教學中，比如我將人造金剛石的生產過程引入到封閉體系的熱力學基本方程這一章的教學中，以說明公式（？墜G/？墜T）P=-S和（？墜G/？墜P）T=V的應用；我還將氧化鋯生產過程中氯化銨廢水的處理和循環使用這部分內容引入到滲透壓的教學內容中，說明如何根據氯化銨廢水中離子的濃度計算出滲透壓，進而為反滲透設備中泵的選型提供依據。

3.增加實驗教學的內容。實驗教學是高等學校教學中的重要內容，具有直觀性、實踐性和客觀性的特點。以實驗作為主要手段進行的教學活動，可以揭示自然科學現象、驗證科學規律、探索未知、發展科學，更為重要的是在實驗中能夠培養學生務實求真的科學態度。我使用江伯鴻編寫的《材料熱力學》這本教材中沒有實驗教學方面的內容，為了彌補這一缺陷，我增加了“差示掃描量熱法測量材料的比熱容”和“計算機在相圖計算中的應用”等實驗內容。《材料熱力學》的實驗教學應達到以下目標：①幫助學生掌握《材料熱力學》的基本原理；②讓學生初步了解科學研究的方法；③培養學生自主解決問題的能力。因此在實驗教學過程中，①強調實驗課前的預習，要求學生根據實驗指導書寫出預習報告；②實驗過程中的檢查學生操作情況，要求學生獨立操作，如實記錄實驗數據；③教師課后批閱實驗報告，鼓勵學生在實驗過程中發現問題、提出問題和解決問題。

二、改進教學方法

1.討論式教學。我會結合剛講授過《材料熱力學》知識，設計一些與科研和工程密切相關的問題，讓學生以小組的形式相互討論共同完成。在下次上課時，我會讓某個或某幾個小組推舉同學上臺講解，其他同學提問，最后老師點評和總結，以培養學生自主解決問題能力。

2.多媒體教學。筆者在講授《材料熱力學》時，通常采用板書的形式，因為我覺得板書能將公式的推導和例題的計算一步一步清晰地展現出來，讓同學們能清楚地了解老師的解題思路。采用多媒體教學能提供形象、生動、直觀的畫面和視頻，增加信息量，節約教師板書和畫圖的時間，提高講課效率，我曾經嘗試過使用多媒體來展示解題過程，但效果并不理想。近年來，我傾向于以板書為主，多媒體為輔的教學方法。我一般將課堂要講述的主干內容用板書簡單、扼要、清晰地列在黑板上，使同學跟上老師的講課思路，對于一些抽象難懂的概念，我經常找一些圖片和視頻，使講授的知識更直觀、形象和生動。

三、改進考試方法

考試是知識水平的鑒定方法，大學階段的考試成績與學生評優、畢業甚至就業直接相關，學生的學習過程大多圍繞考試這根指揮棒轉，因此如何用好考試這根指揮棒，對提高教學效果至關重要。我傾向《材料熱力學》采用開卷考試的考核方式，在試題的設計上，避免出一些填空和名詞解釋等一些死記硬背的題目，而出一些判斷題和選擇題等靈活運用熱力學基本原理解決問題的題目，問答題和計算題都是與材料科學具體問題相關聯的，必須掌握熱力學基本原理及其實際應用才能正確解答。我希望通過這種考核方式，改變學生在應試教育下形成的學習方式，明確學習目的，提高自身運用知識解決實際問題的能力，養成獨立思考的習慣。

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基金項目：上海工程技術大學《材料熱力學》課程建設