《材料物理》研究生課程教學(xué)改革探討

袁永鋒 尹思敏 朱敏 郭紹義 王俊茹 蔡高參

摘 要 依據(jù)《材料物理》課程特點(diǎn)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核方式等4個(gè)方面對本課程進(jìn)行改革探索，以提高《材料物理》課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 材料物理 專業(yè)課程 教學(xué)改革 教學(xué)質(zhì)量

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

《材料物理》是一門理論性很強(qiáng)的課程，它綜合了材料學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)、化學(xué)等多學(xué)科的內(nèi)容，是許多高校理工科碩士研究生必修的基礎(chǔ)課之一，在我校是機(jī)械、材料、紡織等專業(yè)的研究生的一門專業(yè)選修課。《材料物理》幾乎每一章內(nèi)容（如材料的電子理論、能帶理論等）都涉及模型建立、公式推導(dǎo)等內(nèi)容，對學(xué)生在物理學(xué)、數(shù)學(xué)、化學(xué)等方面的基礎(chǔ)知識都提出了很高要求。要想教好和學(xué)好這門課程，對教師和學(xué)生來說難度都很大。在工程教育認(rèn)證背景下，遵從“以學(xué)生為中心”的基本理念，重新審視《材料物理》教學(xué)中的問題和不足，持續(xù)改進(jìn)，增強(qiáng)教學(xué)的實(shí)效性，是優(yōu)化與完善人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要基礎(chǔ)，為此我們在《材料物理》課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段等方面做了一些有益嘗試。

1課程現(xiàn)狀分析

《材料物理》將物理理論與材料科學(xué)緊密結(jié)合在一起，使用物理學(xué)的知識及原理來解釋材料中的新現(xiàn)象，揭示材料結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間的內(nèi)在聯(lián)系。教學(xué)目的是希望學(xué)生不僅掌握較廣泛的材料物理基礎(chǔ)知識，了解材料的基本物理原理，還能夠運(yùn)用物理學(xué)的基本原理對材料進(jìn)行較深入的科學(xué)研究。由于課程涉及晦澀難懂的理論、模型、物性分析以及大量復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式，學(xué)生普遍認(rèn)為《材料物理》是一門很難學(xué)的課程，稱為“天書”課程。學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動力嚴(yán)重不足，反過來也影響了教師的上課積極性，使課堂氣氛不活潑、師生互動少。現(xiàn)有的考核制度大多是以期末考試成績和平時(shí)出勤成績評定，很少涉及其它教學(xué)環(huán)節(jié)，導(dǎo)致學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)主動性不夠，全靠期末突擊學(xué)習(xí)以達(dá)到獲取學(xué)分的目的。

2課程教學(xué)改革

2.1教學(xué)內(nèi)容的改革

《材料物理》課時(shí)只有48學(xué)時(shí)，如果在有限的課堂時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大量數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)，即使過程精確、邏輯關(guān)系明確，也會引起學(xué)生的厭煩情緒。因此教學(xué)過程中應(yīng)弱化公式推導(dǎo)，強(qiáng)化公式背后的物理學(xué)意義，以及公式所表達(dá)出的實(shí)體意義，可以采用形象的圖表并配套必要的數(shù)據(jù)和實(shí)際例子來講解，以加深學(xué)生的理解。

在教學(xué)中也發(fā)現(xiàn)有很多學(xué)生不熟悉或根本沒學(xué)過一些物理基礎(chǔ)知識，使學(xué)生感覺課程難度很大。因此在課程內(nèi)容安排上，需要根據(jù)學(xué)生掌握物理基礎(chǔ)知識差異，補(bǔ)充晶體學(xué)、固體物理、熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理等方面的相關(guān)內(nèi)容，能有效提高教學(xué)效果。

在教學(xué)中如果只進(jìn)行基本理論的傳授，而不與目前的研究趨勢緊密結(jié)合，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣會很快消失。在教學(xué)內(nèi)容中應(yīng)適當(dāng)融入國內(nèi)外在材料、物理及相關(guān)領(lǐng)域的最新科研進(jìn)展，通過接觸最新科技成果，并闡明其與本門課程基本理論的關(guān)系，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識的興趣，化被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。

2.2教學(xué)方法的改革

《材料物理》各章節(jié)的理論知識有很多是可以體現(xiàn)在具體的材料與器件中。在課堂學(xué)習(xí)中，把體現(xiàn)此物理性能的材料或利用此物理原理制備的元器件展示給大家，再提出相關(guān)的理論問題，讓學(xué)生帶著疑問去學(xué)習(xí)，去尋找答案，實(shí)踐證明教學(xué)效果很好。比如在介紹磁性材料時(shí)，以拆解的揚(yáng)聲器展示給大家，通過其工作原理的介紹說明磁性材料的獨(dú)特作用。在介紹半導(dǎo)體材料時(shí)，短視屏演示太陽能電池，介紹其工作原理，激發(fā)學(xué)生對半導(dǎo)體的興趣。用啟發(fā)代替全堂灌輸，以問題引導(dǎo)學(xué)習(xí)。

課程教學(xué)與專題報(bào)告相結(jié)合，以科研促進(jìn)教學(xué)。邀請國內(nèi)外知名學(xué)者來校講學(xué)，開闊學(xué)生眼界。我們邀請了浙江大學(xué)的百人計(jì)劃研究員來校講學(xué)。最前沿的學(xué)術(shù)報(bào)告，理論和實(shí)踐的完美結(jié)合很好的激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深了對課程知識的理解，培養(yǎng)了學(xué)生從事科學(xué)研究的興趣。此外，我們還探索將學(xué)科各方向研究成果引入課堂，特別是把往屆研究生將所學(xué)的材料物理課程的知識應(yīng)用于自己的研究工作中取得的成果介紹給學(xué)生，這對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣效果很好。

在講授重要的定理和公式時(shí)，補(bǔ)充一些科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法和科學(xué)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的歷史過程，介紹知名科學(xué)家在科研中的小故事。短小的歷史背景介紹能使枯燥的理論知識生動起來，使學(xué)生與科研成果產(chǎn)生共鳴，能很好的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，化解理論學(xué)習(xí)的枯燥。

針對課時(shí)少，內(nèi)容多的矛盾，采用課堂教學(xué)、課后自學(xué)、課上討論相結(jié)合的方法，用討論取代提問，提高學(xué)生的課堂參與度。講授內(nèi)容主要針對《材料物理》重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，學(xué)生材料物理方面欠缺的內(nèi)容，以及當(dāng)前科研需要的材料物理方面的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)。

開展探究性的主題式教學(xué)模式，以課題為載體、問題為導(dǎo)向、學(xué)生為主體、教師為引導(dǎo)，注重教學(xué)與科研的結(jié)合，讓學(xué)生在自主思考的學(xué)習(xí)過程中，逐步鍛煉科學(xué)研究的素養(yǎng)。結(jié)合材料物理的教學(xué)內(nèi)容，課題設(shè)置為材料的熱學(xué)、介電、磁學(xué)、光學(xué)、超導(dǎo)和半導(dǎo)體六大類，如LED發(fā)光顯示材料的發(fā)展、高溫超導(dǎo)材料、太陽能電池的發(fā)展等。

2.3教學(xué)手段的改革

多媒體教學(xué)具有形象具體、動靜結(jié)合、聲色兼?zhèn)涞膬?yōu)勢。改革過去的純板書教學(xué)，充分利用多媒體教學(xué)的優(yōu)勢，在理論知識介紹中放入合適的圖片、視屏、動畫，能有效的加深理解，提高學(xué)習(xí)的生動性，為此我們制作了與課程內(nèi)容相適應(yīng)的多媒體課件。在授課過程中采用板書和多媒體相結(jié)合的教授方式，涉及理論公式推導(dǎo)演算的部分授課內(nèi)容仍采用板書形式，輔助的圖片、視屏、動畫等以多媒體的形式進(jìn)行。教學(xué)實(shí)物和教學(xué)模型的引入也是一個(gè)很好的教學(xué)手段，比如晶體結(jié)構(gòu)的模型、航海羅盤、單晶硅片、發(fā)光二極管，led燈泡等，通過接觸這些實(shí)物讓學(xué)生有感性認(rèn)識，印象深刻，對相應(yīng)的理論知識學(xué)習(xí)更有動力。在教學(xué)中還可以引入新媒體，組建課程學(xué)習(xí)微信群，在課后補(bǔ)充各類圖片、文字、視屏等學(xué)習(xí)資料，網(wǎng)上答疑，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)時(shí)間的全覆蓋。

2.4考核方式的改革

采取多元化的評價(jià)方法反映學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的參與度，使成績成為反映學(xué)生學(xué)習(xí)能力，學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)效果的綜合評價(jià)體現(xiàn)。考核內(nèi)容涵蓋平時(shí)成績（50%）以及期末筆試（50%）兩方面。平時(shí)成績加強(qiáng)考查學(xué)生課堂討論情況、平時(shí)作業(yè)完成情況、課后自學(xué)情況，知識理解與應(yīng)用表現(xiàn)等。期末筆試成績只占學(xué)生總成績的50%，學(xué)生即使期末考試得滿分，但平時(shí)學(xué)習(xí)表現(xiàn)差，仍有可能不及格。

3結(jié)束語

《材料物理》教學(xué)必須改變單一的課堂教學(xué)模式，即要更新教學(xué)內(nèi)容，也要在教學(xué)手段和方法上與時(shí)俱進(jìn)；即要培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的材料物理專業(yè)理論知識，更要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。通過在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、考核方式等方面不斷創(chuàng)新，推動教學(xué)不斷前進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉親壯，李兵，陳三，朱光平，李宏，材料物理課程教學(xué)探析[J].牡丹江師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015（03）：73-75.

[2] 雷炳富，劉應(yīng)亮，鄭明濤，肖勇，董漢武，張浩然.材料物理課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革初探[J].廣東化工，2015（13）：279-280.

[3] 高紅，張俊英.密切聯(lián)系科研發(fā)展前沿，講好《材料物理》課程[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2016（04）：120-122.