材料熱力學(xué)課程建設(shè)的探索

[摘 要]課程建設(shè)是教學(xué)質(zhì)量工程建設(shè)的主要內(nèi)容，材料熱力學(xué)是材料科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，針對材料熱力學(xué)的課程特點(diǎn)，通過精選教材、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法和考試方式，改變學(xué)生應(yīng)試教育的學(xué)習(xí)方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主解決問題的能力，為材料熱力學(xué)的課程建設(shè)起到積極作用。

[關(guān)鍵詞]材料熱力學(xué) 課程建設(shè) 教學(xué)改革

[中圖分類號] G642.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）21-0110-02

課程建設(shè)是促進(jìn)教學(xué)的有效手段，也是提高教學(xué)質(zhì)量的有效措施。一般來說，課程建設(shè)包括教材選用、教學(xué)內(nèi)容選擇、實驗教學(xué)和教學(xué)方法等方面。筆者從上述幾個方面對材料熱力學(xué)課程建設(shè)進(jìn)行一些初步探索。

一、精選教材

心理學(xué)和教學(xué)經(jīng)驗反復(fù)證明這樣兩條原則：第一，凡是過淺過易的教學(xué)內(nèi)容，會降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；第二，凡是過深過難的教學(xué)內(nèi)容，也會降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。材料熱力學(xué)作為材料科學(xué)與工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，有多個版本的教材，可選擇的范圍較廣。筆者在材料熱力學(xué)的教學(xué)過程中體會到徐祖耀等人編寫的《材料熱力學(xué)》和郝士明等人編寫的《材料熱力學(xué)》比較適合本科生深層次的學(xué)習(xí)或作為研究生的教材，相比之下，江伯鴻編寫的《材料熱力學(xué)》要淺一些，考慮到我校材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，因此我這幾年一直使用江伯鴻編寫的《材料熱力學(xué)》作為教材，使用李洪曉等人編寫的《材料熱力學(xué)習(xí)題與解答》作為教學(xué)參考書。

二、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

（一）側(cè)重典型例題的講解

教材選擇后，教學(xué)內(nèi)容的選取與優(yōu)化成為課程建設(shè)的關(guān)鍵。材料科學(xué)與工程專業(yè)是研究材料制備、組成、組織結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系以及材料應(yīng)用的學(xué)科，因此相變是材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)?！恫牧蠠崃W(xué)》前半部分主要講述熱力學(xué)的基本概念原理，后半部分主要講述熱力學(xué)原理在相圖和相平衡、表面和界面等領(lǐng)域的應(yīng)用。學(xué)生在學(xué)習(xí)材料熱力學(xué)以前已經(jīng)學(xué)習(xí)過物理化學(xué)，熱力學(xué)的基本概念原理在物理化學(xué)課中都已經(jīng)講過，但是考慮學(xué)生對物理化學(xué)的知識掌握得不太好，我在材料熱力學(xué)前面幾次課中安排熱力學(xué)的基本概念和原理的復(fù)習(xí)內(nèi)容，重點(diǎn)講述熱力學(xué)基本原理在材料科學(xué)中的應(yīng)用，比如：選擇熔化和凝固過程的熱量計算以說明熱力學(xué)第一定律在計算相變熱效應(yīng)的應(yīng)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(xué)第二定律在判斷相變方向的應(yīng)用等。我將教學(xué)重點(diǎn)放在熱力學(xué)原理在相圖和相平衡、表面和界面等領(lǐng)域的應(yīng)用，主要包括相律及其應(yīng)用、單元系的相平衡、二元系的相平衡、曲面熱力學(xué)和表面吸附等方面內(nèi)容。

筆者在材料熱力學(xué)的教學(xué)過程中一直以熱力學(xué)基本原理在材料科學(xué)中的應(yīng)用作為教學(xué)重點(diǎn)，因此在課堂上我一般只對構(gòu)成材料熱力學(xué)理論框架的重要定理和公式進(jìn)行簡單地推導(dǎo)，對于其他定理和公式，我一般簡單分析一下它們的內(nèi)涵和適用范圍，不做詳細(xì)的推導(dǎo)，而把教學(xué)重點(diǎn)放在這些定理和公式應(yīng)用上。我從李洪曉等人編寫的《材料熱力學(xué)習(xí)題與解答》中精選出一些與材料科學(xué)密切相關(guān)的典型例題作為課堂講解的內(nèi)容或者作為學(xué)生課后的作業(yè)，從科研項目和企業(yè)生產(chǎn)實踐中精選出一些與實踐密切相關(guān)的案例補(bǔ)充到授課內(nèi)容中，以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識解決實際問題的能力。

（二）增加與實踐相關(guān)的內(nèi)容

材料熱力學(xué)向來是以抽象的理論、復(fù)雜的推導(dǎo)和繁瑣的計算為特點(diǎn)，若在課堂講授中從理論到理論，只注意基本概念的講解、數(shù)學(xué)推導(dǎo)及計算，學(xué)生會感到枯燥無味，產(chǎn)生厭學(xué)情緒。我在材料熱力學(xué)教學(xué)中，引入很多實踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容，使得枯燥的理論和鮮活的實踐相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的求知欲。筆者經(jīng)常將科研內(nèi)容融入教學(xué)內(nèi)容中。有一些學(xué)生參加過鈦基激光熔覆層方面的大學(xué)生創(chuàng)新研究，我在講解自由能判據(jù)這部分內(nèi)容時會引入鈦基激光熔覆層中原位合成TiB和TiC增強(qiáng)相這部分科研內(nèi)容，說明自由能判據(jù)在復(fù)合材料中原位合成增強(qiáng)相方面的應(yīng)用。我的一個科研項目是有關(guān)無鉛滑動軸承材料制備工藝的。在這個項目中，我使用碳纖維替代鉛青銅涂層中的鉛組元以提高滑動軸承材料的耐磨減摩性能。我將這部分科研內(nèi)容引入表面和界面這一章中，向同學(xué)們講授為什么粉末冶金法制備碳纖維/銅基復(fù)合涂層時要使用表面預(yù)鍍銅的碳纖維為原料。筆者也經(jīng)常將企業(yè)生產(chǎn)實際融入教學(xué)內(nèi)容中。在講解封閉體系的熱力學(xué)基本方程時，我會舉金剛石工業(yè)生產(chǎn)的例子以說明公式（αG/αT）P=-S和（αG/αT）T=V的應(yīng)用。我曾經(jīng)做過一個有關(guān)特種粉末的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)項目，為了節(jié)約水資源和滿足政府的環(huán)保要求，我采用反滲透將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氯化銨廢水進(jìn)行純化，循環(huán)使用。在講解滲透壓這部分內(nèi)容時，我引用這個例子來說明如何根據(jù)廢水中離子的濃度計算出滲透壓，進(jìn)而為反滲透設(shè)備中泵的選型提供依據(jù)。

（三）引入實驗教學(xué)內(nèi)容

在高等教育中，實驗教學(xué)在學(xué)生綜合能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)中，起著理論教學(xué)無法替代的特殊作用，如學(xué)生通過實驗課學(xué)習(xí)多方面的實際知識技能，在他們畢業(yè)走向社會后，這些知識和技能與所學(xué)到的理論知識一樣重要，有的則比理論知識更早、更快地發(fā)揮作用；通過實驗教學(xué)可以開拓學(xué)生的思路，激發(fā)探索精神，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力和歸納綜合能力；通過實驗教學(xué)可以訓(xùn)練學(xué)生從事科學(xué)研究的能力；實驗教學(xué)使學(xué)生在不同程度上接觸與科學(xué)技術(shù)相關(guān)聯(lián)的，使他們能正確對待和解決與科學(xué)技術(shù)的關(guān)系，這對學(xué)生走出校門后能較快地適應(yīng)社會形勢的要求有積極的作用；同時實驗教學(xué)也可以消除或減輕學(xué)生對科學(xué)研究的幻想，使學(xué)生對科技事業(yè)的艱苦性和平凡性有一定的思想準(zhǔn)備。江伯鴻編寫的《材料熱力學(xué)》這本教材中沒有實驗方面的內(nèi)容，為了彌補(bǔ)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(jī)用于相圖計算”兩部分實驗內(nèi)容。

三、改革教學(xué)方法

（一）應(yīng)用討論式教學(xué)，提高學(xué)生的參與度

討論式教學(xué)法強(qiáng)調(diào)在教師的精心準(zhǔn)備和指導(dǎo)下，為實現(xiàn)一定的教學(xué)目標(biāo)，通過預(yù)先的設(shè)計與組織，啟發(fā)學(xué)生就特定問題發(fā)表自己的見解，以培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新精神。我在材料熱力學(xué)的授課過程中非常重視討論式教學(xué)方法的應(yīng)用。我會結(jié)合剛講授過的材料熱力學(xué)知識，設(shè)計一些與科研和工程密切相關(guān)的問題，讓學(xué)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(xué)上臺講解，其他同學(xué)提問，最后老師點(diǎn)評和總結(jié)，以培養(yǎng)學(xué)生自主解決問題的能力。

（二）采用板書和多媒體相結(jié)合的教學(xué)方式

筆者在講授材料熱力學(xué)時，通常采用板書的形式，因為我覺得板書能將公式的推導(dǎo)和例題的計算一步一步清晰地展現(xiàn)出來，讓學(xué)生們能清楚地了解老師的解題思路。采用多媒體教學(xué)能提供形象、生動、直觀的畫面和視頻，增加信息量，節(jié)約教師板書和畫圖的時間，提高講課效率，我曾經(jīng)嘗試過使用多媒體來展示解題過程，但學(xué)生們反映多媒體講課速度較快，跟不上教師的解題思路，影響師生之間的交流。近年來，我傾向于以板書為主，多媒體為輔的教學(xué)方法。我一般將課堂要講述的主干內(nèi)容用板書簡單、扼要、清晰地列在黑板上，使同學(xué)跟上老師的講課思路，對于一些抽象難懂的概念，我經(jīng)常找一些圖片和視頻，使講授的知識更直觀、形象和生動。

四、改進(jìn)考試方法

考試是知識水平的鑒定方法，大學(xué)階段的考試成績與學(xué)生評優(yōu)、畢業(yè)甚至就業(yè)直接相關(guān)。學(xué)生的學(xué)習(xí)過程大多圍繞考試這根指揮棒轉(zhuǎn)，因此如何用好考試這根指揮棒，對提高教學(xué)效果至關(guān)重要。由于材料熱力學(xué)的概念多、公式多且難以記憶，因此采用閉卷考試學(xué)生要花費(fèi)較多的時間和精力去背概念和記公式，難免與運(yùn)用熱力學(xué)基本概念和基本原理解決材料科學(xué)問題的教學(xué)目標(biāo)相違背。我傾向材料熱力學(xué)采用開卷考試的考核方式，在試題的設(shè)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(yùn)用熱力學(xué)基本概念和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(xué)具體問題相關(guān)聯(lián)的，必須掌握熱力學(xué)基本概念和基本原理以及實際應(yīng)用才能正確解答。我希望通過這種考核方式，改變學(xué)生在應(yīng)試教育下形成的學(xué)習(xí)方式，明確學(xué)習(xí)目的，提高自身運(yùn)用知識解決實際問題的能力，養(yǎng)成獨(dú)立思考的習(xí)慣。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 陳慧，梁寶臣，吳錦國.物理化學(xué)教學(xué)中學(xué)生自學(xué)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].天津理工學(xué)院學(xué)報，2000（6）：90-91.

[2] 劉鴻，肖立川.工程熱力學(xué)課程教學(xué)方法探討[J].江蘇工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2007（3）：103-105.

[3] 郭平生，唐賢健.熱力學(xué)教學(xué)內(nèi)容革新的思考[J].廣西物理，2008（4）：51-54.

[4] 何宏舟，鄒崢，丁小映.提高“工程熱力學(xué)”課程教學(xué)質(zhì)量的方法研究[J].集美大學(xué)學(xué)報，2002（3）：88-92.

[5] 李敏，李湛.工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)多媒體應(yīng)用分析[J].理工高教研究，2004（1）：101-102.

[6] 周芝梅，艾小玲，劉蓉.高等學(xué)校課堂教學(xué)方法改革淺議[J].交通高教研究，1999（4）：54-55.

[7] 段雪濤，劉春梅，王學(xué)濤.工程熱力學(xué)課程教學(xué)改革探討[J].制冷與空調(diào)，2009（3）：103-105.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]