關于學生創新意識與創新能力培養的幾點思考

黃本生

摘 要：材料既是高新技術的重要組成部分，又是高新技術發展的基礎和先導，也是提升傳統產業的技術能級、調整產業結構的關鍵。在21世紀，材料科學研究已被提升到了空前的高度。隨著材料科學的發展和時代的需求，對材料領域人才的創新意識以及創新思維提出了更高的要求。《材料科學基礎》是材料人才所必修的基礎性教材，是九層之臺的壘土工程，極具重要性。筆者以授課教師身份，對《材料科學基礎》教學過程中學生創新意識的培養與延伸進行思考，從教材的內容改革、教學方式創新、實驗輔助、考試改革四個角度進行論述，以期對提升學生創新意識、創新能力有所幫助。

關鍵詞：材料科學基礎 創新意識 創新能力 改革

中圖分類號：TB30 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（a）-0223-02

材料科學是自然科學的一個分支，它側重于材料本質的發現、分析和了解，并通過模型和理論的建立使人們能更加便捷地了解材料知識。其本質是結構與性能之間的關系，因此《材料科學基礎》的核心教學內容是材料結構的類型以及變化對材料性能的影響規律[1]。材料的結構是理解和控制性能的核心，其最小的結構單元是原子，同時電子圍繞著原子核的排列情況對材料的電學、磁學、熱學、光學都有重要影響，且電子的排列會直接影響原子的鍵合，使材料表現出金屬、非金屬和高分子的性能。材料的性能是由材料的內部結構決定的，材料的結構表明材料的組元及其排列和運動方式，材料的組元是指構成材料的組織，如原子、分子和離子等。材料的排列方式取決于組元間的結合類型，如金屬鍵、離子鍵、共價鍵以及分子鍵等。《材料科學基礎》這本書涉及內容廣泛，包括：原子結構與結合鍵、晶體結構缺陷、晶態固體中的擴散、相平衡與相圖、材料的凝固、晶體界面、固態相變、材料的變形與再結晶、材料的強韌化等章節，這些內容看似分離實則緊密聯系[2-3]。

通過數十年的教學工作，筆者發現在《材料科學基礎》教材過程中存在諸多問題。通過學生的反饋意見發現，學生對前后章節的知識點并沒有聯系意識，例如，材料凝固過程、固態相變過程中伴隨著形核，但大多數學生并沒有注重兩者形核過程中的差異，而只單獨記住了二者的概念及公式；大多數學生更加強調對專有名詞的記背，而不是對專有名詞背后所蘊含的機理進行追究，例如：對于柯肯達爾效應的理解，大多數學生只會記得擴散偶中兩種原子以不同速度擴散時，標記發生移動的現象，但是學生基本不會去細想為什么兩組元的擴散速率不同，為什么原子間的擴散系數存在差異，這就需要和原子結構進行聯系；學生將理論知識與應用實例不能結合起來，例如，大多數學生都知道原子的擴散行為受激活狀態的影響，也知道原子向缺陷處進行遷移，但是在實際的焊接過程中，學生一般不會聯系到焊接界面處脆性組織的生成一般也是因為這種類型的擴散造成的。這些教學過程中的問題，將會嚴重制約學生創新意識與創新能力的培養，而創新意識與創新能力的欠缺，無疑會在學生未來的工作以及科研中被放大，不利于學生的長期成長。因此，在《材料科學基礎》的過程中，這些問題必須得到重視，將從以下幾個方面做起。

1 教材內容改革

教材內容必須要與時俱進，材料方面的研究成果更新速度很快，如果不緊跟潮流，會加重學生在學習過程中的枯燥感，因此在教材中要引入一些當前先進的材料技術以及實例，讓學生通過學習該教材把所學的基礎知識和最新的實驗結果聯系起來，這樣既鞏固了學生的理論基礎，又開闊了學生的視野[4]。比如，在鐵-碳相圖部分，可以增加部分石墨烯的性能特點及當前研究成果；在晶態固體材料中的界面部分，可以增加一點關于晶界工程的介紹，通過延伸性知識的介紹，對提高學生創新思維和創新能力很有幫助。關于教材原有內容，一定要做到精簡，通過學生的反饋信息發現，很多學生反饋《材料科學基礎》這本書的理論知識太多且過于抽象化，內容雜糅且難懂，這就需要做到內容的精簡化，比如：三元共晶相圖部分，知識過于抽象，里面有很多學生難以理解的專有名詞（等溫截面、變溫截面、投影圖等）；又比如在界面能與顯微組織形貌章節中，出現了很多關于結論的推導公式，推導難度較大。

對于本科階段的學生來說，在固定的課時內，想把這些內容講清將透，難度很大，不僅會將學生講的一頭霧水，還會打擊學生的學習積極性，所以筆者建議將這些內容進行適當刪減。

2 教學方式創新

隨著科學技術的進步，電子化教學模式在各大學中得到了普及，利用多媒體教學工作，將所需講授的東西以圖片、動畫的形式傳遞給學生，可以將很抽象的東西具體化、模塊化，便于學生的理解[5]。但是，電子化教學模式也存在著很多的問題，比如：學生的跟進程度很低，有很大一部分學生表示有時根本不知道老師講到了哪一章節，也找不到書上對應的知識點，這個問題在《材料科學基礎》教學工作中表現的尤為突出。關于這個問題，可采用讓學生講課的形式才解決，比如：在完成對相平衡與相圖這章知識的授課后，隨機抽點一部分同學，讓其在下次課以PPT的形式對該章重要的知識點進行匯報，并將匯報工作的優差納入平時成績的考察范圍，通過這種方式會消除學生的學習惰性提升學生的學習積極性。在相應的課程授課完成后，將學生以小組的形式進行劃分，劃分標準應該遵從優差生匹配的原則，即一個小組內優秀學生和較差同學都存在，讓每個小組的同學對一個知識點進行討論，并將所討論的內容進行記錄，并以作業的形式進行提交。當然，在這個過程中，老師的作用是毋庸置疑的，老師必須充當好學生的引導者與監督者。

3 實驗輔助

實驗是材料科學發展的先行者，材料科學理論必須源于實驗，也必須得到實驗的印證。實驗可以提升學生的動手能力，對提升學生的創新意識和創新能力有著質的幫助，將實驗納入《材料科學基礎》的教學工作中是必須的，對學生進行篩選后進行分組，隨后下達實驗的任務書，讓學生通過調研文獻，擴展對相關領域的了解，提升學生的學習積極性。對于實驗內容，授課教師應遵循簡單、易于上手、具有帶動作用、有利于輔助教學內容的原則，比如：讓學生從事金相的制備[6]，將會使學生對材料的結構相關知識有進一步了解。同時，參觀實驗室也是必有的步驟，通過對相關設備的測試機理、參數要求、技術指標的了解，設備了解過程中，或多或少設計到材料領域的知識，例如，硬度試驗會涉及到洛氏硬度、布氏硬度、維氏硬度的相關知識點。開展本科生與研究生的座談會也是有必要的，通過討論、提問的方式，本科生的問題讓研究生進行回答，以學生之間對話的形式使本科學生對《材料科學基礎》中的知識點有更加深入地理解，這種方式更加親切且操作難度較小，有利于進行推廣。通過上訴幾種途徑，讓學生不僅僅局限于課本中的知識，當學生的求知欲望以及有足夠的知識面后，教學工作將會變得更加輕松，同時無形之中學生的創新意識和創新能力也得到了加強，對學生以后的學習與工作極具幫助性。

4 考試改革

考試是衡量學生對該課程學習掌握情況最直接，也是最直觀的方式。目前，我校采用的是課堂成績占總成績30%，期末考試成績占總成績70%的形式進行考核，考試內容主要包括：名詞解釋、填空題、單項選擇題、論證題。從考試內容的設置可看出，考試內容還是主要強調于對《材料科學基礎》中基本概念的了解，這點不利于學生對知識進行掌握與延伸，通過學生的反饋意見發現，學生在對《材料科學基礎》考試進行準備中，一般都是對專有名詞進行熟背，所以就會造成學生對專有名詞只了解概念，而對專有名詞所蘊含的機理問題并不清楚，在對試卷進行審查過程中發現，很多學生對概念的字面意思掌握較好，反應在試卷上則為名詞解釋、填空題、單向選擇題的分數較高，而在論述題部分出現很多答非所問的現象。因此，試卷的分數設計需要得到優化，比如，適當減少名詞解釋、填空、單項選擇題的分值，對論述題適當增加分值。同時，為了保證一定的考試合格率，論述題應該分為幾個小問，主要涉及機理、過程方面的問題，如，刃型位錯與螺型位錯的區別；細晶強化的機理等。同時，為了考察學生在實驗工作中的掌握情況，在考試中應該增加適當的題目對學生進行考察，比如，金相制備的過程主要包括哪些等問題。通過這些考試改革，想必學生關于《材料科學基礎》的理解水平會更進一步。

5 結語

本文從教材內容改革、教學方式創新、實驗輔助、考試改革四個角度論述了《材料科學基礎》教學改革的思考。這幾點思考的出發點是培養學生的創新意識和創新能力，以及提升學生對該書的學習積極性，為今后的學習和工作打好基礎。《材料科學基礎》是材料人才的必修課程，筆者的幾點思考不僅局限于對教材內容的學習與掌握，還強調對學生的學習方式及學習態度進行優化。希望材料專業的學生將筆者的幾點思考帶入實際的學習生活中去，為成為優秀的材料人而努力。

參考文獻

[1] 王伶俐，張蓓，李濤.材料科學基礎課程教學改革與創新能力培養[J].焦作大學學報，2016，30（3）：103-104.

[2] 解念鎖.材料科學基礎課程教學改革與實踐[J].安徽工業大學學報：社會科學版，2006，23（5）：119-120.

[3] 徐恒鈞.材料科學基礎[M].北京：北京工業大學出版社，2013.

[4] 寧向梅，李謙.材料科學基礎課程教學改革與實踐[J].中國現代教育裝備，2009，23（14）：70-72.

[5] 賈淑果，寧向梅，田保紅，等.材料科學基礎多媒體教學探討[J].中國現代教育裝備，2010（5）：87-89.

[6] 酈劍，吳濤，謝軼倫.金相樣品制備及其對顯微組織評判的影響[J].金屬熱處理，2006，31（10）：10-14.