材料化學專業“材料概論”課程的優化設計與實踐

孫一新　李堅

摘 要 材料概論為材料化學專業的入門專業基礎課，對于學生了解本專業的教學內容、培養專業興趣十分重要。本文結合常州大學材料概論課程的特點及教學中存在的問題，從教學內容、教學方法及考核等方面，對該課程的教學改革進行了探討。

關鍵詞 材料概論 課程優化 改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.09.056

Abstract "Introduction to Materials" is an introductory professional foundation course for materials chemistry. It is very important for students to understand the teaching content of this major and cultivate professional interest. This paper combines the characteristics of the "Introduction to Materials" course of Changzhou University and the problems existing in the teaching， and discusses the teaching reform of the course from the aspects of teaching content， teaching methods and assessment.

Keywords Introduction to Materials； course optimization； reform

材料概論是材料化學專業學生的入門基礎課，其課程性質屬于選修課。開設此課程的目的，一是使授課學生對自己的專業有個初步或大致了解，從而為后續相關專業課的學習奠定基礎；二是讓學生進一步了解材料的類型及其性質與用途，從而熟悉并掌握材料化學的基本理論及其應用。實際上，材料概論這一課程的開設對于培養材料化學專業學生的專業興趣、提高學生的專業接受度和認可度十分重要，并將進一步影響后續專業課程的開展與教學。[1][2]

由于該課程涉及到較多的材料種類，如金屬材料、無機材料、高分子材料、復合材料等，且成分、結構和性質等差異很大，同時該課程的知識體系性不強，且課程內容相對獨立，這就一方面增加了教師的教學難度，另一方面學生學習時容易感到枯燥乏味，學習熱情不高，學習效果不佳。鑒于此，著眼于提高學生自主學習的積極性，提高課堂教學質量并引導學生進行更深層次專業知識的學習，如何選擇該課程的教學內容，采用合適的教學方法及考核手段，就成為必須面對和解決的問題。基于筆者的初步思考和實踐，本文以下擬從課程教學內容優化、教學方式改革、考核方式改革等三個方面展開初步探討。

1 教學內容的優化

1.1 優化課程體系及內容，突出重點

材料概論是材料化學專業的課程設置中一門全面介紹材料相關基礎理論、基本性能的課程，對學生今后專業課的學習有著重要的牽引乃至指導作用。該課程特點之一是內容繁雜，體系性較弱。課程內容主要包括金屬材料、高分子材料、陶瓷材料、復合材料等。本課程授課課時一般為32學時，課時偏少，如果全面講授并平均使力，不但對教師而言勉為其難，而且對學生而言效果不佳，因而必須精簡、優化講授內容、突出重點。教師可結合該專業的培養目標，適當刪減有關章節，側重講解相關內容，對教學內容進行優化處理。比如，光伏材料就是當今世界各國著力研究且發展及應用很快的材料類型，需要予以重點講解，尤其是要講清楚光伏材料的最新成果及其應用，包括其未來發展前景。再如，一些傳統且基礎性內容如材料類簡單的基本概念、分類方法及性能特點等，可以適當精講，甚至可以留一些讓學生自主學習。這樣處理的好處是，一方面能較好地完成教學任務，另一方面增強學生自主學習能力，取得良好教學效果。

1.2 結合最新科技，接軌研究前沿

眾所周知，一方面材料類的研究領域發展迅猛，每年都涌現出大量新的、有價值的研究成果，而另一方面書本知識卻難以做到及時跟進，這就需要教師自身不斷加強學習，更好地及時了解、把握相關領域前沿動態，將最新研究成果及動態穿插到教學當中。這樣做的好處有，一方面能活躍課堂氣氛，拓展學生的視野，擴大知識面，讓學生了解最新發展趨勢、研究成果及相關新工藝、新方法、新設備，使教學內容更加生動，進一步提高學生的學習興趣及熱情；另一方面能培養學生的科研興趣及科研創新能力，充分發揮了科研促進教學，并為教學服務這一宗旨。[3]例如，中國科學家宋凡研究員從自然界小貝殼和蜻蜓翅膀的特殊形態或功能上獲得靈感，通過研究它們的微結構，攻克了軍事裝甲的世界性難題。[4]美國麻省塔夫斯大學的研究人員開發了用蠶繭的絲蛋白制成的外科固定板和螺絲。他們希望這種材料可以在未來的某一天在固定裝置上可以取代金屬，后者因為它們的剛性而容易增加感染風險和增加應力。[5]鑒于此，筆者在講授中就注意融入高分子材料研究開發的最新動態及成果，效果良好。

2 教學方式的改革

2.1 貼近生活自然設計課堂提問

為了讓課堂教學生動、活潑，避免單調、枯燥，可以嘗試結合一些常見、鮮活的生活或自然現象來組織課堂教學，結合材料學術知識點進行講解，提高學生學習興趣。利用多媒體及先進的儀器表征手段講述荷葉表面的自清潔作用，機理是由于荷葉表面的超疏水結構，水滴在葉片上形成完美的球形且易于滑落，而葉片上具有微納米尺寸的疏水性結構，該結構可用于自清潔?？傊?，自然界為新材料的研發帶來了很多設計靈感，如骨針（模仿魚刺），鋸子（模仿帶齒草葉）、車輪（模仿蓬草的飛轉狀態）等。教學中啟發學生從自然宏觀現象背后的微觀機制著手，探索新材料研發的設計靈感，培養學生科研興趣及科研能力。

2.2 嘗試材料科學與社會科學之間的跨界

當今世界，自然科學與社會科學之間的跨界融合更加頻繁必要，自然科學的發展也越來越需要相關社會科學尤其是管理學、法律學的規范引領。尤其是，隨著我國依法治國戰略的自身推進和法治國家的不斷完善，材料科學等自然科學的發展越來越離不開法學研究以及法律制度的規范保障。例如，材料科學的發展及運用就需要知識產權法律的規制和保護。如新型材料及其應用往往可以申請發明或者專利的申請及其法律保護?？墒牵た茖W生普遍缺乏基本的知識產權法律常識，難以有效運用法律思維和法律手段促進和保護自己的知識產權。為此，筆者嘗試在課堂上適當介紹相關的知識產權法律常識，效果良好。比如，知識產權法律在內容上包括以文學作品為保護對象的著作權、以工業發明或新穎設計為保護對象的專利發明、以商品標志為保護對象的商標權，以及以民間創意為保護對象的民間作品等。發明專利的法律保護就包括專利申請、專利許可、公益使用、專利的國際保護等內容。筆者嘗試將這些基本的知識產權法律知識傳授給學生，拓展了他們的知識領域。

2.3 課堂中師生角色互換

愛因斯坦說過：“提出一個問題往往比解決一個問題更重要。”常規的教學過程是，教師單向對學生傳授知識。顯然，此種教學模式缺少互動，因為學生僅僅是知識的被動接收者。鑒此，為了增強教學的互動，也為了培養學生凝練并提出、解決問題的能力以及提高口頭表達等綜合能力，可以就某些章節內容嘗試采取師生角色互換，即學生講課、教師聽的教學模式。具體可以采取學生自愿報名的方式，讓學生選取其感興趣的一個章節，凝練問題、查找資料、準備PPT文檔上交教師，教師指導同意后學生上臺講解，聽課過程中可以隨時提問，講解完成后進行點評，教師根據情況及時做補充。此種教學模式顯然能極大提高學生學習積極性，課堂參與感增強，ppt制作水平得到提高，學生的自信心得以提升，動手能力等得到鍛煉，教學效果明顯提高，學生真正成為學習的主體。

2.4 充分利用多媒體等現代教學技術

多媒體輔助教學可以將圖形、文字、聲音等多種資源予以整合優化，不但形式上喜聞樂見，同時也使一些抽象、難以理解的內容顯得直觀、易懂。[6]實踐經驗表明，采用多媒體教學，一方面提高了學生的學習興趣，激發了學生的學習動力。此外，多媒體課件所容納的知識量和信息量遠高于傳統教學方式。例如，一張圖片所傳遞的信息量及效果遠非教師的言語表達所能達到。

另外，與課堂學習相比，學生親自觀摩體驗工廠生產過程更能促進知識的理解掌握。雖然材料概論的課程內容與生產活動緊密相關，然而由于課時少，使得難以安排學生到生產單位參觀實習。教師利用生產實習的機會，可拍一些視頻，將這些視頻制作后穿插到課堂講授中，使學生更形象、直觀的感受生產工藝過程，也利于對生產方法的理解。

3 考核方式的改革

一般情況下，材料概論課程的考核采取平時成績和期末閉卷考試相結合的方式，大多考查學生對該課程內容的記憶及掌握程度。但由于材料種類很多，內容繁雜，學生對傳統的教學過程普遍有厭學情緒，這就導致單純依據期末考試成績評定學生的課程學習效果不夠全面。成績的比例，平時成績中除了平時作業，考勤等，引入課堂教學參與度及參與質量的考核，上面談到的師生角色互換模式可作為學生平常成績的一部分，這樣既培養了學生的探索精神，又調動了學生學習的積極性，同時還培養學生的動腦能力和創新思考能力。

4 結語

通過材料化學專業材料概論課程的教學改革與實踐，從課程內容的優化，教學方式及考核方式的改革三方面著手，探討了一套較好的教學方法。從近幾年來的教學實踐及效果看，上述三個方面的改革使得學生的自學能力、學習的主動性和積極性以及認識問題和解決問題的能力均得到了一定程度的提高。與此同時，我們也意識到課程教學改革的必要性和艱巨性，實踐中難以一蹴而就，因而只有在教學過程中不斷探索實踐、總結經驗，才能使我們的教學質量穩步提高。

參考文獻

[1] 周蕓，楊柳.材料概論課程的教學改革探索[J].廣東化工，2017.44（14）：272-273.

[2] 周穎，賈曉林，魯占靈.材料概論多媒體教學系統設計與實現[J].科技創新導報，2008（24）：109-109.

[3] 朱雙云.高職無機化學實驗綠色化教學的改革探索[J].廣東化工，2012.39（3）：226-227.

[4] 宋凡.仿生學里的小結構大力學[J].環境經濟，2017.9：70-71.

[5] G S.Perrone， G G. Leisk， T J. Lo， et al.； The use of silk-based devices for fracture fixation，Nat Commun，2014.5：3385.

[6] 祝杰，魏海霞.高校多媒體教學改革相關問題的探討[J].中國電力教育，2014.307：35-36.