材料物理實驗教學研究

劉亞冰++張帥

摘 要：材料物理的實驗教學是學生掌握材料物理性能的基本理論、材料分析手段和提高實驗技能的重要手段。在實驗教學中優化教材、精心設計實驗，體現建筑特色、開展探索性實驗、完善考核手段，是培養具有創新精神及嚴肅認真、實事求是科學作風的新型高素質人才的重要途徑。

關鍵詞：實驗教學；材料物理；

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2015）03-002-01

材料是社會進步、國家安全和國民經濟發展的重要物質基礎和先導。材料技術業已成為國防科技、現代工農業生產和高科技發展的基礎技術，與信息、能源一起成為二十一世紀社會發展的三大支柱，且新能源產業和信息技術的發展又是以各種新材料作為支撐和基礎的[1]。材料領域科學技術的迅猛發展，向擔負基礎教育和前沿研究的高等院校提出嚴峻的挑戰，普通高等院校的教學與科研工作者一直就如何培養適應材料科學與工程領域高速發展需求、具有新的知識結構的創新型高素質人才進行教學探索。

材料物理是材料學專業的一門重要專業基礎課，在整個材料化學專業教學計劃中占有相當重要的地位。教學內容通常被分為理論和實踐兩大部分。理論教學結合建筑類普通高校教學的特點，利用多媒體技術，講述案例并結合教師的前沿領域科學研究，講授材料物理性能及原理、新材料及其應用等。實驗教學作為另一組成部分，依據建筑類普通高校本科生的培養目標和以土木為特色的學科發展目標，以素質教育為中心， 啟發學生的創造性設計思維，為培養創新型人才構建新的實踐教學體系[2]。

實驗教學法是隨著近代自然科學的發展興起的。學生在教師的指導下，使用一定的設備和材料，通過控制條件的操作過程，引起實驗對象的某些變化，從中獲取新知識或驗證知識的教學方法。通過實驗教學，可以使學生把直觀的實踐知識與材料物理性能知識聯系起來，不僅能激發學生學習興趣，又能全面了解知識，培養了學生獨立探索能力、實驗操作能力和創新意識。因此，在教學中，應更重視讓學生獨立設計和實驗。具體體現在以下方面。

一、優化實驗教材，體現建筑特色

教材的生命在于質量。然而，國內目前尚未出版材料物理性能實驗課程的教材或輔導書，主要是由于很多高校均是根據自身實驗條件開設實驗， 且專業規劃和發展方向有所不同，導致同一課程實驗內容相差很大。因此， 撰寫一部針對性強、效果好、質量高的實驗教材是成功實施創新能力培養的基本條件。結合吉林建筑大學材料化學專業的發展方向和基本條件， 組織經驗豐富的教師以加強基礎、緊跟前沿為前提，選擇有建筑和土木特色的實驗選題，實驗過程設計充分提高學生的動手能力，實驗指導書的撰寫摒棄“儀器說明書”式的教條，以引導學生自主設計、創新和思考為目標[3]。現已撰寫了一部實驗指導書， 2009屆開始試用，并以不斷完善，提高教材質量作為教研永恒的主題。

二、精心設計實驗，體現建筑特色

在實驗教學中，我們結合我國1/3老舊建筑物要進行節能施工及舊房節能改造，保溫板市場前景非常可觀這一背景，以酚醛泡沫保溫板為樣品，使學生在學習掌握與材料熱學性能相關的知識點和基本測試技術的同時，拓寬認知了建筑領域目前市場對酚醛樹脂的認知度低，其輕質、防火、無煙、無毒、無滴落等優點尚未被民用建筑商接受，影響市場需求持續快速增長的現實，引發學生對先進建筑材料如何與現實的市場經濟相接軌的思考。通過實驗教學不僅使學生對材料導熱機理有了更直觀的認識和深入的理解，也使學生對開發新材料并推廣應用進入市場服務社會產生強烈的渴望，有力的提高了他們的專業使命感及認同感。

三、借助教師科研，開展探索性實驗

教師前沿領域的科研活動，使現代材料科學與技術發展中的新知識、新技術和新理論有效結合。引導學生參與教師的科研工作，就可以是學生充分接觸實驗技術的現代性。通過鼓勵學生加入高強度混凝土的制備及表征課題組，其通過高強度混凝土材料的制備、強度性能測試及微觀結構表征環節，既進行了綜合實驗能力的訓練，又接觸到了最新材料之一的碳纖維。使實驗教學內容深度增加，廣度適宜，體現了知識多元化與教學滲透理念。

四、完善考核手段，重視創新能力

實驗成績考核采取“課程實驗-綜合測試”方式。課程實驗認真執行課前預習制度；課堂中要求學生分工協作，認真操作；課后提交實驗目的、原理、實驗步驟和實驗結果完整的實驗報告，尤其注重要求學生抓住完成實驗的核心問題，找出影響實驗成敗的主要因素并能對實驗遇到的問題進行分析，教師按學生的實驗操作和實驗報告情況綜合打分。綜合測試作為實驗操作考試安排在學期末進行，主要考察學生將所學的各種材料物理性能得以綜合運用，應用各種物理性能解決實際問題的能力和創新能力。實驗的最終成績由課程實驗（70%）和綜合測試（30%）組成，以求客觀真實反映學生理論與實踐結合能力、動手能力和創新能力。

總之，材料物理的實驗教學活動是材料物理課程教學的重要組成部分，可使學生加深對材料物理性能的基本理論、分析手段和實驗技能的理解。在實驗教學中優化教材、精心設計實驗，體現建筑特色、開展探索性實驗、完善考核手段，是培養具有創新精神及嚴肅認真、實事求是科學作風的新型高素質人才的重要途徑。同時，在教學中，要不斷更新教學內容，改善實驗教學理念，以提高綜合運用所學知識解決實際問題為己任，是材料專業教師應盡的義務和責任。

參考文獻：

[1] 潘春旭 材料物理與化學實驗教程[M].中南大學出版社，2008年第一版.

[2] 鄭 冀 張爽南 王哲人. 材料科學與工程專業平臺課程材料物理性能實驗與研究能力的培養， 高等工程教育研究[J].2005年增刊，45-46.

[3] 韓兆祥 田 竟 李學英.材料科學與工程學院實驗教學體系建設[J].實驗室科學，2007（6）：6-7.