《材料物理性能》教學(xué)模式的探討

段星+秦海英

摘要：《材料物理性能》是材料科學(xué)與工程專業(yè)本科的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，本文針對(duì)《材料物理性能》的教程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式提出了具體的教學(xué)改革措施。實(shí)踐證明，通過(guò)課堂上突出重點(diǎn)知識(shí)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，采用多樣化的教學(xué)方式，將教師的科研成果和科研認(rèn)知融入到教學(xué)中，加強(qiáng)理論與實(shí)踐之間的聯(lián)系，可以有效地提高教學(xué)效果，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，為培養(yǎng)創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：材料物理性能；教學(xué)改革；教學(xué)效果

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）19-0123-02

隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，愈發(fā)迫切地要求大學(xué)培養(yǎng)富有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力強(qiáng)的新型技術(shù)人才，因此大學(xué)教育應(yīng)該傾向于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、科研能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神和注重學(xué)生之間合作精神的培養(yǎng)?！恫牧衔锢硇阅堋纷鳛椴牧峡茖W(xué)與工程專業(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，將為學(xué)生以后從事與材料相關(guān)的工作和研發(fā)奠定良好的基礎(chǔ)。該課程將理論和實(shí)踐相結(jié)合，綜合性很強(qiáng)，與《高等數(shù)學(xué)》、《量子物理》、《結(jié)構(gòu)化學(xué)》、《物理化學(xué)》、《材料科學(xué)基礎(chǔ)》等課程內(nèi)容交叉較多，而且知識(shí)點(diǎn)抽象、深?yuàn)W，學(xué)生理解和學(xué)習(xí)起來(lái)難度較大，因此，如何提高《材料物理性能》課程的教學(xué)效果及學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性顯得尤為重要。作者根據(jù)在《材料物理性能》課程中多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)《材料物理性能》這門課教學(xué)中存在的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化和拓展、教學(xué)方法的多樣化和綜合化、教學(xué)與科研和實(shí)踐緊密結(jié)合等方面進(jìn)行探索和實(shí)踐，以期提高教學(xué)效果，為社會(huì)培養(yǎng)創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才奠定基礎(chǔ)。

一、教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化和拓展

《材料物理性能》涉及的范圍很廣且課程內(nèi)容很多，包括材料的電學(xué)性能、熱學(xué)性能、光學(xué)性能、磁學(xué)性能、力學(xué)性能及其應(yīng)用，但我院開(kāi)設(shè)該課程的課時(shí)較短，只有32學(xué)時(shí)，如何在有限的課時(shí)內(nèi)讓學(xué)生充分了解并掌握該課程的內(nèi)容是教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)，這就要求老師結(jié)合自身專業(yè)的特點(diǎn)，突出重點(diǎn)知識(shí)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。對(duì)于我院材料科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，有單獨(dú)的《材料力學(xué)性能》課程，因此該課程的教學(xué)內(nèi)容主要集中在電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)物理性能上，重點(diǎn)講解材料性能與組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造之間的關(guān)系及各種性能之間的相互制約與變化規(guī)律，從而為學(xué)生判斷材料優(yōu)劣、正確選擇和使用材料、改變材料性能、研究和開(kāi)發(fā)新材料、新性能、新工藝打下理論基礎(chǔ)。

高等教育不同于中學(xué)和其他各種職業(yè)教育，其教學(xué)內(nèi)容具有前沿性，隨著社會(huì)、科技和市場(chǎng)的快速發(fā)展，各種新的知識(shí)和產(chǎn)業(yè)逐漸涌現(xiàn)，因此高等教育中要求教師不能僅局限于向?qū)W生傳授書本上的知識(shí)，也要結(jié)合科研和市場(chǎng)的發(fā)展時(shí)刻更新和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，向?qū)W生介紹最新的科學(xué)成果和研究動(dòng)態(tài)，拓寬學(xué)生的知識(shí)面。結(jié)合我院各位教師的研究方向，主要有壓電鐵電陶瓷、光催化、熱電材料、鋰硫電池、電化學(xué)、半導(dǎo)體、白光材料、溫度探測(cè)等，這些研究方向與《材料物理性能》課程的內(nèi)容息息相關(guān)，可以將之做成小的專題分享給學(xué)生，強(qiáng)化、拓展及加深學(xué)生對(duì)理論專業(yè)知識(shí)的理解，了解最新的科研成果，有助于學(xué)生積極思考所學(xué)知識(shí)，走到科學(xué)的前沿。

二、教學(xué)方法的多樣化和綜合化

現(xiàn)代科技的發(fā)展使得高校的教學(xué)方法趨于多樣化和綜合化。計(jì)算機(jī)的普及化將多媒體教學(xué)法應(yīng)用到課堂上，可以將一些抽象的知識(shí)直觀、形象地表達(dá)給學(xué)生，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動(dòng)性。例如講解能帶理論中的緊束縛近似這一內(nèi)容時(shí)，由于原子和電子是看不見(jiàn)摸不著的，電子云的重疊和能級(jí)的分裂對(duì)于初學(xué)者很難理解，將之以圖像和動(dòng)畫的形式展現(xiàn)給學(xué)生，不僅促進(jìn)學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解而且提高了課堂的教學(xué)質(zhì)量。

教學(xué)應(yīng)該是老師與學(xué)生之間的雙向交流活動(dòng)，教學(xué)中不能一味地只強(qiáng)調(diào)“教”的作用，而是應(yīng)該讓學(xué)生積極地參與到教學(xué)中，最大限度地發(fā)揮學(xué)生的潛能，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)造性有很好的促進(jìn)作用。比如在講解光學(xué)性能這一內(nèi)容前，首先拋出幾個(gè)日常生活常見(jiàn)的問(wèn)題：天空為什么是藍(lán)色的，正午和傍晚太陽(yáng)的顏色為什么有區(qū)別，雨后為什么會(huì)有彩虹，玻璃為什么透明，燈光為什么五顏六色等，讓學(xué)生帶著問(wèn)題聽(tīng)課，這樣能集中學(xué)生的注意力和培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的能力。課堂上經(jīng)常給學(xué)生提一些涉及教學(xué)內(nèi)容的論題，讓學(xué)生自由地表達(dá)自己的觀點(diǎn)，并分析討論哪些觀點(diǎn)可取，哪些觀點(diǎn)有待改進(jìn)。同時(shí)結(jié)合生活中的具體現(xiàn)象，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)各種物理性能的認(rèn)識(shí)和理解，比如以極光為例，提出地球的南北極為什么會(huì)出現(xiàn)極光這一問(wèn)題，解釋極光形成的機(jī)理，從而讓學(xué)生理解電與磁之間的關(guān)系，將課本的理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用，有效地提高學(xué)生的理論應(yīng)用能力和分析能力。與單向“填鴨式”及“滿堂灌”的傳統(tǒng)教學(xué)方法相比，這種啟發(fā)式、互動(dòng)式、誘導(dǎo)式的教學(xué)手段更能促使學(xué)生發(fā)散思維，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，增強(qiáng)學(xué)生的交流能力。

三、教學(xué)與科研緊密結(jié)合

現(xiàn)在及今后大學(xué)里的教師都是教學(xué)科研型的，教師將自己的科研認(rèn)知和成果及科研者的精神和態(tài)度融入到課堂教學(xué)中，提升學(xué)生的專業(yè)興趣度。課下鼓勵(lì)學(xué)生積極地參與到老師的科研項(xiàng)目中，教師可以選擇一些具有科研價(jià)值但又對(duì)本科生來(lái)說(shuō)難度不高容易上手的課題，讓學(xué)生獨(dú)立去完成，鑒于此，我院每年以項(xiàng)目的形式資助開(kāi)展“新苗計(jì)劃”，將高年級(jí)的學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)，讓他們走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，協(xié)助青年教師去完成科研工作。本人帶領(lǐng)學(xué)生開(kāi)展“稀土有機(jī)框架材料的設(shè)計(jì)合成及其熒光溫度探測(cè)”課題，并將科研成果整理后發(fā)表論文和申請(qǐng)專利，同時(shí)打算參加“挑戰(zhàn)杯”大賽。經(jīng)過(guò)近幾年的培養(yǎng)，我院的學(xué)生在科研創(chuàng)新、發(fā)表論文、申請(qǐng)專利方面都取得了優(yōu)異的成績(jī)。這種將教學(xué)與科研緊密結(jié)合的方法能夠鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，且實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用，真正地將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際，同時(shí)在提高大學(xué)生綜合素質(zhì)能力方面起到了一定的作用。

四、理論與實(shí)踐相輔相成

大學(xué)教育不能僅僅只教會(huì)學(xué)生原理性和理論性知識(shí)，更應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)轉(zhuǎn)化為應(yīng)用的能力，因此在教學(xué)中加重實(shí)踐教學(xué)的比例，既能鞏固和加深學(xué)生的理論知識(shí)，提升學(xué)生對(duì)材料專業(yè)的興趣，也能培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)造能力。材料物理性能實(shí)驗(yàn)課是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)。如在鋼熱膨脹系數(shù)及相變點(diǎn)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，可以讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，包括選擇何種熱處理工藝及溫度和保溫時(shí)間，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出熱膨脹系數(shù)隨溫度的變化曲線，分析不同熱處理工藝對(duì)材料顯微組織的影響。還可以組織學(xué)生走進(jìn)與材料物理性能相關(guān)的企業(yè)進(jìn)行參觀實(shí)踐，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，提高學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的能力，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

五、結(jié)論

隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)人才的需求越來(lái)越高，如何在有限的時(shí)間培養(yǎng)創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才是高校和高校教師所不斷探索和研究的課題。《材料物理性能》是材料科學(xué)與工程專業(yè)的主要課程之一，在授課中，重點(diǎn)突出材料性能與組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造之間的關(guān)系及各種性能之間的相互制約和變化規(guī)律的講解，將與之相關(guān)的科研成果和科研認(rèn)知融入教學(xué)中，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性；通過(guò)多樣化的教學(xué)模式，使學(xué)生在掌握理論知識(shí)的同時(shí)也能拓寬知識(shí)面，增加學(xué)生的專業(yè)興趣度和交流能力；將理論與實(shí)際相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

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Discuss of Teaching Mode of "the Physical Properties of Materials"

Duan Xing，Qin Hai-ying

（College of Materials & Environmental Engineering，Hangzhou Dianzi University，Hangzhou，Zhejiang 310018，China）

Abstract：The physical properties of materials is one of professional basic course of major of materials science and engineering. Based on the content of courses and teaching approach of the physical properties of materials，the article put forward the concrete measures of teaching reform. The practice has proved that it can effectively improve the teaching effect and increase the students'learning enthusiasm and initiative through highlighting the important knowledge，optimizing teaching contents，adopting diversified teaching methods，integrating the research efforts and scientific cognition into teaching and strengthening the connection between the theory and practice，which can lay the foundation for cultivating innovative and applied talents.

Key words：the physical properties of materials；the teaching reform；the teaching effect