西部民族院校《材料科學基礎》教學方法改革探討

汪德偉

(北方民族大學 材料科學與工程學院，寧夏 銀川 750021)

材料科學的發展及其應用是人類社會進步的階梯。隨著科學技術的發展和人類生活水平的不斷提高，人們對新能源需求的急劇增加的同時也提出了更高的要求。新能源材料與器件專業正是在這種背景下誕生的2011年正式被教育部列為新增專業，北方民族大學在2012年獲得該專業的招生資格。材料科學基礎課程是新能源材料與器件專業的核心課之一，被很多院校相關專業列為研究生入學考試的必考科目。該課程在工科基礎化學，大學物理及高等數學等基礎課與專業課之間起到紐帶和橋梁的作用，對培養學生科學的思維方法和運用基礎理論解決實際問題的能力起到了鋪墊和引領作用。該課程同時也是學生進入材料科學領域的重要入門課程，為后續專業課程例如固體物理和半導體物理與器件的學習奠定基礎。因此，學生對材料科學基礎課程的掌握程度的好壞直接影響著學生對材料科學的興趣和知識面的廣泛程度，并直接影響著對后續專業課程學習的積極性。此外，針對西部民族院校學生基礎差異大的特點，傳統的教學方式已難以滿足新形勢下人才培養的要求。為切實做好民族院校材料科學基礎課程教學，結合專業人才培養目標構建符合我校的教育教學模式是一項重要的課題。據此，在《材料科學基礎》課程教學工作中開展研究性教學，探討該課程的教學模式有利于培育學生的實踐能力，推動社會急需的創新型新能源材料專業類人才的培養具有深遠的意義。本文結合我校新能源材料與器件專業培養目標，針對該課程的教學模式進行初步的探索和實踐，以獲取適合西部民族院校新能源材料與器件專業《材料科學基礎》課程的教學模式。

1 《材料科學基礎》課程的教學現狀

1.1 課程內容的設置

《材料科學基礎》課程著眼于材料的基本理論和共性問題，以無機非金屬材料為基礎，但并不局限于無機非金屬材料，而是將金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料及復合材料等結合在一起[1]。因此課程內容涵蓋面廣、理論知識多，還與生產實踐聯系緊密。總體上講，課程內容具有“五多一強”的特點，即：內容頭緒多、概念定義多、原理規律多、理論推導多、交叉性強[2]。有時還要用到很多高中和初中學過的數學和幾何知識，而這些知識大部分被遺忘加之概念抽象而乏味、計算過程復雜，讓學生難以理解，也就更談不上利用理論知識來解釋或者指導生產實踐，這使得這部分學生逐漸失去了學習熱情和積極性。為此，結合專業培養目標、制定適合我校學生并且科學合理的《材料科學基礎》內容將對提高該課程的教學效果，對培養學生科學的思維方法進而將理論用于實踐具有重要的意義[3]。

1.2 西部民族院校學生的特點

西部民族院校的學生絕大多數來自于少數民族地區，以北方民族大學為例，少數民族學生比例高達60%并且農村生源比例也高達65%，因此學生入學成績差異大、貧困生多，學習狀態不穩定而且存在風俗習慣和語言文化的差異。此外，“90后”學生普遍缺乏刻苦鉆研、嚴于律己的精神，學習自主性差，自身定位不明確，容易受周圍環境變化的影響。針對我校人才培養目標和學生特點，計劃從教學方法和教學手段入手對該課程進行教學改革，從根本上提高該課程的教學質量，以適應我校的人才培養目標。

2 結合專業特點優化教學內容

新能源材料與器件專業主要培養掌握新能源材料、新能源器件設計與制造工藝、測試技術等方面的專業基本理論與基本技能的復合型人才。材料科學作為一門應用性科學，無論是新能源材料的研究、制備還是實際應用都離不開材料科學基礎理論知識的指導。在課程體系上，根據新能源材料與器件專業偏重無機非金屬材料的特點，重點全面介紹材料共性知識，立足于解釋材料的組成、結構和性能關系等基本問題、注重不同種類材料之間的交叉和滲透。但是幾乎所有的教材都受編者所在的學校學科設置和自身科研方向的影響，難免或多或少地增加其相對比較熟悉的知識點。這就需要結合專業培養目標和學生特點對教學內容做以優化整合，調整之后的課程內容主要包括三大部分-材料結構、相圖和反應動力學，側重介紹材料組成、結構、性能、制備和應用之間的關系。涵蓋晶體結構、晶體缺陷、相圖等難度大的章節，刻意放慢其講解速度給學生留有充分的理解消化時間。此外，及時布置作業和章節測試使學生對知識點進一步鞏固。對于新能源材料與器件專業學生而言，在學習第一部分的時候需要花費較多的時間來復習和彌補

相關知識，而最后一部分主要側重工藝學，后續還有相關的專業課或者選修課對其進行專門詳細的講解，因此該部分內容可做適當刪減。此外，該課程不同章節之間的銜接性較差，學生在學習過程中很容易遺忘一些已經學過的重要知識點，因此需要對一些章節講授的順序需要進行調整。例如，在課程教學中將第七章擴散與固相反應調整至第二章晶體結構與晶體缺陷后講解，因為第七章和第二章銜接性較強，而其他后續章節與第二章內容相關性不強。

3 教學科研相結合

提高學生學習興趣是提高教學效果的關鍵，在教學過程中，緊跟學科最新發展方向、結合專業內容及時介紹材料科學不斷涌現的新材料、新方法、新理論和新工藝，使學生在學習無機材料科學基礎理論的同時， 了解無機材料科學進展及研究前沿， 培養學生的學習興趣; 另一方面，也能拓寬學生的知識面和培養學科思維，引導學生對科學問題的思考，為今后進一步深造和從事科研工作打下基礎。例如，講授晶體結構中石墨和金剛石結構時，介紹化學組成同樣是碳的碳納米管、石墨烯和C60(富勒烯/足球烯)的結構；講解晶體對稱性時，介紹準晶的概念；講授表面結構時，引入納米材料概念及其五大特性；講授潤濕與不潤濕理論時引入超疏水的概念及現實生活中的實例等等。此外，在講授學科前沿的同時介紹一些著名的科學家，進一步增進學生對材料科學的學習興趣。

4 積極尋找不同課程之間的交叉點

在教學過程中發現《材料科學基礎》這門基礎理論課所講授的很多內容在另一門專業性強的《新能源材料概論》中均有很多的應用。將這些涉及到知識點尋找出來并及時加以聯系使學生對這些知識點的理解得到加深記憶也會更加深刻。例如第一章的晶體結構相關知識點在新能源材料概論課程中的鋰離子電池這一章中的電極材料結構分析中會用到；第二章點缺陷和固溶體的相關知識點在新能源材料概論課程中的太陽能電池和燃料電池等章節也得到具體的體現。

綜上所述，《材料科學基礎》課程是新能源材料與器件專業非常重要的一門專業核心課，為后續專業課程的開展起到至關重要的作用也直接影響著后續專業課程學習的積極主動性。在科學技術發展日新月異的今天，在建設創新型國家的背景下，應始終堅持以學生為教學的中心，緊跟現代材料科學發展的步伐，不斷提高教學質量以適應新形勢下人才培養目標。

參考文獻

[1]王紅潔,徐 彤,席生岐,等.“材料科學基礎”課程研究型教學改革與實踐[J].高等教育研究學報,2015,38(4):117-120.

[2]孫 朗,張愛清.以創新為目的的民族高校材料科學與工程基礎課程教學模式的探討[J]. 湖北科技學院學報,2014,34(1):109-111.

[3]宋曉嵐.“無機材料科學基礎”課程建設與教學改革探討[J].理工高教研究,2004,23(2):109-111.