材料物理課程教學內容與教學方法研究

劉亞冰

材料物理課程教學內容與教學方法研究

劉亞冰

材料物理是一門兼?zhèn)淅碚撔耘c實踐性的課程，是學生將來從事科研和工作不可或缺的專業(yè)基礎課。結合建筑類院校材料物理課程的特點，提出教學內容應該特色化、信息技術化和一體化的原則；教師應根據(jù)專業(yè)特點和學生實際需要，充分利用多媒體教學手段，采用案例式教學方法；教學中激發(fā)學生的學習動力，訓練學生的專業(yè)素質，為走向社會儲備專業(yè)知識和創(chuàng)新能力。

材料物理；課程建設；教學方法

材料物理是一門理論性和實踐性兼?zhèn)涞恼n程，是材料科學與工程學院材料化學專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎課。［1］該課程主要講授材料的力學、熱學、光學、電學、磁學等物理性能的重要原理及微觀機制，材料的成分、組織結構與性能的關系，性能的測試手段及控制和改善性能的方法。［2］其理論性表現(xiàn)為：運用已學過的材料科學基礎知識分析研究晶體內部粒子的結構和運動對材料物理性能的影響；運用物理學和數(shù)學知識建立相應的物理模型、推導公式并進行驗證和修正。其實踐性表現(xiàn)為：該課程與新材料的研制及開發(fā)緊密相連，需要靈活運用材料學理論知識解決科研中遇到的各種實際問題，更要把握學科發(fā)展的新成果和新動態(tài)，并在科學探索中形成自己獨特的見解。可見，材料物理綜合了材料學、數(shù)學、物理學以及結晶學等多方面的內容，理論知識抽象，內容晦澀難懂，且對學生基礎知識要求較高，加之課時有限、教學內容較多，種種原因使學生容易因厭倦而失去學習興趣。因此，為了擔負起培養(yǎng)能適應材料科學領域高速發(fā)展需求的、具有新知識結構的創(chuàng)新型高素質人才的重任，材料物理課程體系和教學內容的改革勢在必行。

一、教學內容的重構

21世紀以來，人們通常把能源、材料和信息并列為現(xiàn)代科學技術的三大支柱。材料涉及的范圍也越來越廣泛，從單一的結構材料到各異的功能材料，單晶、多晶等常規(guī)材料到新型的納米材料，特種智能材料、機械材料不斷涌現(xiàn)，對材料專業(yè)人才的能力要求越來越高。［3］原有的專業(yè)教學體系不夠完善、已經(jīng)遠遠不能適應“厚基礎、寬口徑、理工融合”的創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)的時代要求。加之材料物理課程在材料科學與工程學科中的重要地位和在培養(yǎng)跨世紀的、能參與國際競爭的高級材料技術人才方面的強大作用，重構該課程體系已成為必然發(fā)展的趨勢。

1.教學內容特色化。吉林建筑大學的材料科學與工程專業(yè)是在原有的土木工程材料和建筑工程材料的基礎上發(fā)展起來的，具有無機非金屬材料、高分子材料和材料化學3個專業(yè)方向，開設了無機非金屬材料科學基礎、材料物理、材料化學、建筑材料、土木工程材料、材料科學工程基礎、建筑裝飾材料等專業(yè)課。無論從專業(yè)方向還是開設的課程，我校的材料科學與工程專業(yè)設置都偏重于建筑材料方向，同時緊隨時代發(fā)展，也涉及一些金屬材料和高分子材料方向。在教材建設上充分體現(xiàn)建筑特色，結合吉林省“十二五”的發(fā)展策略和我校的“建筑特色和優(yōu)勢”，探索出以材料的物理性能與結構的關系為主線，把材料的力學（14學時）和熱學性能（8學時）作為主要教學點，將課程與具有建筑特色的土木工程結構材料、綠色節(jié)能環(huán)保材料相銜接，并結合教師的前沿領域的科研工作，開展6-8學時的先進材料在建筑領域的應用和進展等專題的學習和討論，約占總教學時數(shù)的1/8-1/6，這樣既體現(xiàn)出建筑特色，又引入建筑材料前沿；既激發(fā)學生專業(yè)認同感，又收到了良好的教學效果。

2.教學內容信息技術化。充分利用高度發(fā)展的信息技術化資源、信息技術方法和手段開展教學活動。建立內容豐富、便于學習、可以充分進行師生互動的網(wǎng)絡課堂，給學生提供一個開放式的教學環(huán)境是未來發(fā)展著力主攻的方向。網(wǎng)絡課程通過課程介紹、教學大綱、師資隊伍、電子教案、教學錄像、實踐教學、自測習題、參考書目、網(wǎng)上答疑等欄目，與學生始終保持無時間和空間阻礙的互動式教學，極大地方便了學生的課后學習。

教學內容信息技術化的另一個方向是教師充分利用互聯(lián)網(wǎng)上材料科學資源，查詢材料科學領域的最新科技動態(tài)，將其融入相關的日常教學內容中，讓學生了解書本上沒有知識，達到既開闊了學生的視野，又良好地完成教學任務的效果。作為材料物理實踐教學內容，教師引導學生利用互聯(lián)網(wǎng)上的材料學資源，分析、研究、歸類、整理并撰寫出與材料物理課程相關的課程論文，極大提高了學生自我獲取信息、綜合運用信息及更新知識的能力。信息技術化在教學中的應用不僅給晦澀的理論學習注入了新鮮活力，還激活了學生的學習目的性，極大地提高了學習興趣。

3.教學內容一體化。培養(yǎng)德、智、體全面發(fā)展的、具備材料科學與工程的基本理論及基本技能，在材料結構研究與分析、材料制備與復合、材料成形及性能和功能檢測與分析等領域，從事研究、技術開發(fā)、工藝和設備設計等方面的高級工程技術創(chuàng)新人才是吉林建筑大學材料化學專業(yè)的培養(yǎng)目標。課程體系的改革必須以此為依據(jù)。為此，我們提出材料物理課程體系教學內容一體化的原則。所謂教學內容一體化，就是基礎理論知識教學、綜合專業(yè)素質培養(yǎng)和實踐能力提高在教學中三位合一。這就要求我們制定教學計劃要按整體性原則設計課程體系，用以學生為中心的進行整體性教育的新體系替代以學科為中心的進行知識分割的教育模式。與之相適應的，教育觀念和教育模式的設定也要緊密結合實際情況，當學生直面建筑工程實際問題，能夠具備解決困難的初步經(jīng)驗。

二、教學方法的探索

教學是一門藝術。對于在有限的教學時間內如何提高課堂教學效果、激發(fā)學生學習的積極性和主動性、培養(yǎng)學生既具備扎實的材料物理學基礎知識又能熟練掌握物理性能的研究和實驗技能并培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，總結了如下教學經(jīng)驗。

1.充分利用多媒體教學手段。材料物理課程的講授過程中，需要使用大量公式、圖表和材料科學領域的最新科技動態(tài)等信息，經(jīng)多媒體的動態(tài)演示會更加生動、形象，這種教學效果是傳統(tǒng)的授課方式無法給予的。多媒體教學作為高科技的手段，在有限的單位教學時間內，即豐富教學內容，又增加了教學容量。［4］在講授材料電學性能時，借助多媒體的教學手段，讓學生觀看p型半導體和n型半導體材料不同導電機制的視頻動畫，使學生有更多的感性認識，為后來的理性認識打下基礎。

2.采用案例式教學方法。20世紀二十年代起源于美國哈佛大學商學院案例教學法，經(jīng)近百年的推廣、成熟，逐漸得到其它專業(yè)領域的重視。通過引入真實發(fā)生的案例，闡明材料在不同應用領域中應用時應該具備的物理性能，并討論這些物理性能的影響因素以及克服的辦法，加深了學生對課程內容的理解。例如，在講授“材料的斷裂與強度”時，通過二戰(zhàn)時美國238艘全焊接的“自由輪”下水后完全破壞，有的甚至斷成兩截；1950年ESSO公司的原油罐因脆性斷裂而倒塌；同年美國北極星導彈固體燃料發(fā)動機殼體在試驗發(fā)射場發(fā)生爆炸等，引導學生探討這些斷裂現(xiàn)象是脆性斷裂，是突然發(fā)生的損害，斷裂前沒有明顯的征兆，因此常常引起災難性的事故。通過事故碎片-鋼板的檢測結論來告訴學生斷裂多半是發(fā)生在焊接缺陷處。在引導學生分析問題的基礎上，提出改進問題的辦法：斷裂力學理論。通過把枯燥的理論融入案例的分析中，就能夠吸引學生通過案例對相關物理性能產(chǎn)生興趣，教師啟發(fā)引導學生積極討論、總結，得出正確的結論。在接受知識的同時，還增強了對本專業(yè)的認知度。

3.激發(fā)學生的學習動力。現(xiàn)代教育心理學已經(jīng)證明：學習動力是由動力因素即非智力因素構成的。著名的教育學家托爾斯泰也曾經(jīng)說過：“成功的教育所需要的不是強制，而是激發(fā)學生的積極性。”興趣是影響學生學習積極性的重要因素。當學生對這門學科感興趣時，就會產(chǎn)生強大的學習動力，激發(fā)起他們的學習積極性和主動性，在學習過程中引導學生的提高學習興趣，既是完成教育過程的手段，更是教育的重要目標。

三、結語

材料物理課程的教學改革不是簡單地改變傳統(tǒng)的教學模式，而是要結合建筑專業(yè)特點，結合材料科學的發(fā)展新動態(tài)，結合社會生產(chǎn)實踐對創(chuàng)新人才需求的新標準。我們對材料物理教學內容和教學方法與手段的改革與實踐探索，目的是激發(fā)學生的學習動力，訓練學生的專業(yè)素質，為走向社會儲備足夠專業(yè)知識和創(chuàng)新能力。

［1］李艷紅，李鵬，郭思辰.材料物理課程改革與創(chuàng)新能力培養(yǎng)［J］.科教文匯，2008（12）：182.

［2］劉艷改，黃朝暉.“材料物理”課程建設與改革體會［J］.中國地質教育，2006（1）：92.

［3］劉亞冰.關于材料物理課程教學的思考.長春教育學院學報，2012（3）：83-84.

［4］馮仲仁，連岳泉.創(chuàng)新能力——專業(yè)課教學的首要目標［J］.科教文匯，2006（3）141-142.

責任編輯：姚旺

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1671-6531（2015）01-0074-02

劉亞冰/吉林建筑大學副教授，博士（吉林長春130118）。