《功能材料》課程教學(xué)方法思考

佟運祥 王香 田兵 李莉

［摘要］傳統(tǒng)材料產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級與相關(guān)高技術(shù)的迅猛發(fā)展對《功能材料》課程的設(shè)置與教學(xué)提出了更高的要求。《功能材料》課程具有涵蓋面廣、內(nèi)容多、知識更新快的特點，可以從課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段與方式和考核方式方面進(jìn)行探討，目的在于提高教學(xué)質(zhì)量與效果，培養(yǎng)具有寬廣研究視野與扎實專業(yè)知識的創(chuàng)新型人才。

［關(guān)鍵詞］功能材料教學(xué)方法教學(xué)質(zhì)量

［中圖分類號］G642［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A［文章編號］2095-3437（2014）11-0151-02《功能材料》是我校材料科學(xué)與工程專業(yè)研究生專業(yè)學(xué)位課的重要組成部分，主要向?qū)W生系統(tǒng)講授各類功能材料的成分與結(jié)構(gòu)、合成與制備、材料性能及應(yīng)用的基本理論、相互關(guān)系及影響規(guī)律等，并融匯當(dāng)今各類功能材料先進(jìn)的研究成果，使學(xué)生了解當(dāng)今功能材料領(lǐng)域的發(fā)展趨勢及動態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)理論知識解決實際問題的能力。其教學(xué)內(nèi)容覆蓋面廣，信息量大，涵蓋納米材料、非晶材料、形狀記憶材料、壓電材料、生物醫(yī)學(xué)材料等，但是教學(xué)周期比較短。目前，高新技術(shù)的發(fā)展與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)升級的迫切需求對新型功能材料的研發(fā)提出了更高的要求。在此形勢下，合理選擇教學(xué)內(nèi)容并優(yōu)化教學(xué)方法，對于提高教學(xué)效果、培養(yǎng)具有扎實專業(yè)知識和寬廣研究視野的人才具有十分重要的意義。

一、教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)功能材料的研究內(nèi)容和我校材料科學(xué)與工程學(xué)科的特點，《功能材料》課程內(nèi)容的選取上涵蓋了金屬類的功能材料以及陶瓷、聚合物等部分非金屬類功能材料，突出材料制備-結(jié)構(gòu)-性能-應(yīng)用之間的關(guān)系，遵循強(qiáng)化基礎(chǔ)、精選前沿、兼顧應(yīng)用的原則準(zhǔn)備教學(xué)內(nèi)容。因此，《功能材料》課程的課堂教學(xué)內(nèi)容主要包括：功能材料概論、納米材料、非晶材料、形狀記憶材料、復(fù)合材料、生物醫(yī)用材料、 磁性材料、電性材料以及超導(dǎo)材料。在概論中主要介紹功能材料的發(fā)展歷史以及最新的研究動態(tài)、課程內(nèi)容等。對于每個材料體系，主要介紹相關(guān)的基本概念與原理、典型材料及其制備方法與性能、典型應(yīng)用以及該材料的最新研究成果等。

二、教學(xué)方法與手段

（一）正確處理多媒體與板書的關(guān)系

多媒體教學(xué)是21世紀(jì)以來逐漸興起的一種新穎的授課方式，具有生動形象、直觀性、交互性、可重復(fù)性強(qiáng)、圖文并茂等特點，尤其適合于理論性內(nèi)容較多、信息量大的課程，可以有效地激發(fā)學(xué)生的興趣，活躍課堂氣氛，提高教學(xué)效果。然而，過度依賴多媒體教學(xué)也會造成一些問題，如幻燈片內(nèi)容停留時間過短，學(xué)生缺乏思考時間；教師對照幻燈片照本宣科等，從而使課堂教學(xué)失去靈魂。板書作為一種傳統(tǒng)的教學(xué)方式，具有靈活性、能夠長時間向?qū)W生傳遞信息、有利于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力等特點。正確處理多媒體與板書之間的關(guān)系，能夠?qū)⒄n程內(nèi)容更加有效地傳遞給學(xué)生。綜合考慮以上情況，我們在實際教學(xué)中根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容采取了不同的授課方式。對于需要展示的內(nèi)容，我們采取多媒體的方式。如《功能材料》課程中需要介紹大量材料的微觀組織，如晶體材料中的位錯、孿晶以及非晶復(fù)合材料的斷口形貌等。另外，介紹馬氏體相變、形狀記憶效應(yīng)以及壓電效應(yīng)、鐵電性和超導(dǎo)特性等基本概念時，也可以利用多媒體將原來枯燥的文字描述轉(zhuǎn)換為形象的動畫，使學(xué)生更加直觀深入地理解所學(xué)習(xí)的基本概念。

對于課程中所涉及的公式推導(dǎo)與基本原理等內(nèi)容，我們則采取了板書的授課方式。通過板書，學(xué)生清晰地了解了整個設(shè)計計算過程，加深了學(xué)習(xí)印象。

（二）基礎(chǔ)理論與最新進(jìn)展相結(jié)合

對于《功能材料》課程而言，基礎(chǔ)知識是基石，是進(jìn)一步學(xué)習(xí)《功能材料》的基礎(chǔ)和必要條件，是學(xué)習(xí)中一個最基本，也是最重要的部分。俗語說，萬丈高樓，平地起。只有系統(tǒng)扎實地掌握好基礎(chǔ)知識，學(xué)生才能夠更好地發(fā)揮主觀能動性，提高其思維能力和靈活運用功能材料的相關(guān)知識解決實際問題的能力。《功能材料》課程主要授課對象為材料科學(xué)與工程專業(yè)的研究生，其選修課程為材料科學(xué)基礎(chǔ)。但是考慮到研究生來自于不同的院校，所學(xué)基礎(chǔ)課程有所差異，基礎(chǔ)理論掌握程度參差不齊，甚至存在跨專業(yè)考研的情況，所以有必要在專業(yè)課講授過程中加強(qiáng)相關(guān)基礎(chǔ)理論的內(nèi)容。

在注重基礎(chǔ)理論的同時，要及時地將學(xué)術(shù)界的最新研究成果和教師自身的研究經(jīng)歷充實到課堂教學(xué)中，將國家和社會的需求與課程有機(jī)結(jié)合起來，提高學(xué)生投身課程學(xué)習(xí)的興趣和動力。例如，利用大塑性變形工藝制備納米晶金屬材料是近年來功能材料領(lǐng)域發(fā)展的熱點之一，大塑性變形工藝主要包括高壓扭轉(zhuǎn)、等徑角加壓、累積疊軋等方法，由于材料在變形過程中承受了非常大的塑性變形，因此晶粒尺寸得到急劇細(xì)化，同時引入了大角度晶界等獨特的晶體缺陷，此類材料具有優(yōu)異的性能，在高性能航空發(fā)動機(jī)、核反應(yīng)堆與航天器等國家重大科技需求方面具有良好的應(yīng)用前景。

另外，在講授形狀記憶材料時，將形狀記憶合金復(fù)合材料的最新進(jìn)展融入課堂教學(xué)中，說明形狀記憶效應(yīng)等功能特性可以通過傳統(tǒng)的物理冶金等方法改善，還可以利用材料復(fù)合的概念，詳細(xì)介紹中國石油大學(xué)（北京）崔立山老師課題組2013年在Science上發(fā)表的文章。崔立山老師課題組在多年研究形狀記憶合金復(fù)合材料的基礎(chǔ)上，利用傳統(tǒng)的冷拔工藝，獲得了納米Nb線強(qiáng)化的TiNi基形狀記憶合金，該合金具有優(yōu)異的彈性應(yīng)變、較低的彈性模量和良好的生物相容性。

最后，需要強(qiáng)調(diào)的是，《功能材料》課程的內(nèi)容多、范圍廣，授課時間短，任課教師不可能準(zhǔn)確地把握住所涉及的所有研究方向的最新動態(tài)。為解決這個問題，我們將從事不同材料體系研究的教師請入課堂，利用其多年的研究積累，為學(xué)生講解、分析該材料的發(fā)展趨勢，獲得了良好的教學(xué)效果。

（三）主題探討式教學(xué)

主題探討式教學(xué)是交互式教學(xué)的一種，與傳統(tǒng)的教師在講臺上講、學(xué)生在臺下聽的方法相比較，具有諸多的優(yōu)勢。因此，在《功能材料》教學(xué)中，我們將這種方法引入了課堂。考慮學(xué)生的研究方向存在一定差異，在授課前，充分了解每個學(xué)生的具體研究方向，并對其進(jìn)行分組。盡可能每個組的研究方向均涵蓋在教學(xué)內(nèi)容中。在每個章節(jié)結(jié)束后，教師總結(jié)教學(xué)內(nèi)容，歸納出若干個主題，然后每個課程小組自由選擇一個主題進(jìn)行準(zhǔn)備，包括檢索分析相關(guān)文獻(xiàn)與準(zhǔn)備講稿。之后，由課程小組選派一名成員，對準(zhǔn)備的講稿進(jìn)行講解，并回答教師和其他組同學(xué)的提問，最后由教師進(jìn)行點評，指出講解過程中需要注意的問題。與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比較，主題探討式教學(xué)一方面能夠及時地檢查學(xué)生對所學(xué)知識的掌握程度，另一方面可以鍛煉學(xué)生檢索文獻(xiàn)、總結(jié)文獻(xiàn)和表達(dá)的能力，充分調(diào)動學(xué)生的積極性、創(chuàng)造性和學(xué)習(xí)興趣。當(dāng)然，這種方法也有一定的局限性，如學(xué)生提問的深度和廣度均不可控，往往會影響教學(xué)進(jìn)度。針對這一問題，我們要求學(xué)生在課余時間對講稿進(jìn)行充分練習(xí)，把握好時間，同時對提問和討論環(huán)節(jié)規(guī)定時間。另外，主題探討式教學(xué)安排的學(xué)時不宜過多，以不影響課程的整體教學(xué)為標(biāo)準(zhǔn)。

（四）課程考核方式

課程考核是檢驗學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容掌握程度的必要手段之一。考慮到《功能材料》課程的教學(xué)目的，我們在考核內(nèi)容設(shè)置上側(cè)重兩個方面，即基礎(chǔ)知識的考核與活學(xué)活用、運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。在多年的教學(xué)實踐中，我們建立了對基礎(chǔ)知識考核的題庫，并不斷地充實完善。題型也靈活多樣，包括選擇題、填空題、簡答題和論述題。針對知識運用的能力，將科研活動中所需要的實際問題提煉出來作為考核內(nèi)容。例如，NiMnGa等哈斯勒型合金是1996年美國麻省理工學(xué)院的科學(xué)家發(fā)展的一類磁性形狀記憶合金，有望克服傳統(tǒng)形狀記憶合金驅(qū)動頻率低的問題，因此備受關(guān)注。但是多晶合金脆性大，嚴(yán)重阻礙了其實際應(yīng)用。研究人員為此提出了多種手段來克服，其中之一是利用球磨等方法制備出NiMnGa合金顆粒，然后選擇適當(dāng)?shù)臉渲鳛榛w，利用復(fù)合材料的制備方法獲得顆粒增強(qiáng)的復(fù)合材料。我們將這一內(nèi)容添加到考核內(nèi)容中，要求學(xué)生針對NiMnGa多晶合金脆性大的問題，利用材料復(fù)合的基本理論提出改善合金脆性的方法。上述兩個方面在分值上的比例維持在7：3左右，實踐表明，考核效果良好。成績達(dá)到優(yōu)秀的同學(xué)在之后的學(xué)位論文工作中也均取得了不錯的成績，在畢業(yè)前均能發(fā)表多篇高水平的學(xué)術(shù)論文。

三、結(jié)束語

當(dāng)今高新技術(shù)的迅猛發(fā)展與傳統(tǒng)材料產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)升級對《功能材料》課程教學(xué)提出了新的要求，在此背景下，根據(jù)課程特點，通過精選教學(xué)內(nèi)容并將最新的研究進(jìn)展融入課堂教學(xué)，優(yōu)化教學(xué)方法，建立完善的課程考核內(nèi)容，可以有效地提高教學(xué)質(zhì)量。

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［責(zé)任編輯：鐘嵐］