《材料物理與性能》的教學(xué)改革與實(shí)踐—以新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)為例

吳建棟，盧 輝，楊少林，李 東

(1.北方民族大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2. 材料科學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心(北方民族大學(xué))，寧夏 銀川 750021)

材料物理性能是材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)基礎(chǔ)必修課，該課程綜合了材料學(xué)和物理學(xué)兩方面的內(nèi)容。課程通過(guò)介紹材料的熱學(xué)性能、力學(xué)性能、電學(xué)性能、介電性能和磁學(xué)性能的物理本質(zhì)，并利用物理學(xué)理論闡述材料的各項(xiàng)性能與材料的成分、微觀結(jié)構(gòu)和組織形態(tài)的相互關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生深刻理解影響材料性能的各種因素[1]。《材料物理與性能》課程涉及的知識(shí)面廣，對(duì)基礎(chǔ)物理學(xué)、化學(xué)的理論知識(shí)要求相對(duì)較高，部分基礎(chǔ)較差的學(xué)生學(xué)習(xí)這門(mén)課程有一定的困難。特別是近年來(lái)材料科學(xué)的迅猛發(fā)展使材料物理性能所涵蓋的領(lǐng)域和范圍更加廣泛。實(shí)施教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等教學(xué)環(huán)節(jié)的改革，將有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生掌握材料物理性能研究的基本方法和實(shí)驗(yàn)技能，并培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[2-3]。

1 《材料物理與性能》改革措施

作者發(fā)現(xiàn)《材料物理與性能》課程教學(xué)環(huán)節(jié)目前存在的主要問(wèn)題有三方面，一是學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，二是課程的教學(xué)目標(biāo)已不能適應(yīng)新時(shí)代教學(xué)活動(dòng)的要求，三是針對(duì)新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，教學(xué)內(nèi)容需要調(diào)整。針對(duì)上述問(wèn)題，作者采取了如下改革措施，并取得了良好效果。

1.1 教學(xué)目標(biāo)改革

由于學(xué)習(xí)方式和知識(shí)獲取途徑的限制，傳統(tǒng)的應(yīng)試教育引導(dǎo)學(xué)生記憶和理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，整個(gè)教學(xué)過(guò)程都是以相關(guān)知識(shí)點(diǎn)為中心展開(kāi)的。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，學(xué)生獲取知識(shí)的途徑越來(lái)越多，而且越來(lái)越方便[4]。這促使人們對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方式和教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行改革。與直接教授學(xué)生具體的知識(shí)相比，讓學(xué)生知道自己需要什么樣的知識(shí)更為重要。因此，本課程的主要教學(xué)目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生掌握快速獲取相關(guān)知識(shí)的方法。

1.2 教學(xué)方式改革

首先，通過(guò)各種措施提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。一方面，引導(dǎo)學(xué)生勤于思考，善于思考。例如，在講解緒論部分的時(shí)候，以手機(jī)為例，請(qǐng)同學(xué)們分析一部手機(jī)里面有哪些材料，相應(yīng)的功能是什么，具體的與材料物理性能課程相關(guān)的性能等等。是學(xué)生意識(shí)到學(xué)習(xí)材料物理性能課程的意義。另一方面，靈活運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。采用多媒體教學(xué)，靈活運(yùn)用生動(dòng)的動(dòng)畫(huà)演示，提高教學(xué)效果。例如，在介紹晶格滑移和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)使,以動(dòng)畫(huà)展示,讓學(xué)生直觀地看到，便于學(xué)生認(rèn)識(shí)和理解。

其次，針對(duì)學(xué)生出勤率不高的問(wèn)題，以往老師都是通過(guò)點(diǎn)名考勤的方式督促學(xué)生上課，浪費(fèi)了寶貴的教學(xué)時(shí)間。通過(guò)改革考勤方式，要求學(xué)生記課堂筆記，每節(jié)課下課后交給任課老師作為出勤依據(jù)，同時(shí)通過(guò)分析學(xué)生課堂筆記的內(nèi)容，了解學(xué)生的興趣點(diǎn)以及對(duì)相關(guān)知識(shí)的掌握情況，為接下來(lái)設(shè)置教學(xué)內(nèi)容提供參考。

1.3 教學(xué)內(nèi)容改革

首先，在以往的教學(xué)中，教師多注重材料的熱學(xué)、電學(xué)、介電學(xué)、磁學(xué)和力學(xué)性能的研究，主要介紹材料的各種物理性能、影響因素、測(cè)定方法和相關(guān)功能材料的應(yīng)用，而對(duì)物理基礎(chǔ)知識(shí)部分講解較少，這在一定程度上影響了學(xué)生對(duì)材料物理性能的理解和掌握。因此，教師可以在教學(xué)內(nèi)容上添加部分物理基礎(chǔ)知識(shí),通過(guò)講授量子力學(xué)基礎(chǔ)和固體物理的基礎(chǔ)知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)微觀原子、電子等的特性、微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及電子的能帶結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的理解。

其次，不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生對(duì)材料性能的關(guān)注點(diǎn)不同。根據(jù)新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)方向和專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)課程設(shè)置優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)增加熱學(xué)性能、電學(xué)性能等章節(jié)的課時(shí)，減少介電性能、鐵電性能和磁學(xué)性能等與新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)關(guān)系不是很密切的章節(jié)的課時(shí)。新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)的學(xué)生更關(guān)注材料的導(dǎo)電性、介電學(xué)以及能帶相關(guān)的內(nèi)容。因此，可以在教學(xué)過(guò)程中重點(diǎn)講授與新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)緊密相關(guān)的內(nèi)容。

第三，材料科學(xué)的發(fā)展日新月異，教材內(nèi)容顯得相對(duì)滯后，僅僅教授學(xué)生書(shū)本知識(shí)顯然不能滿(mǎn)足學(xué)生日后學(xué)習(xí)和工作的需要。因此，本次改革結(jié)合材料物理與性能課程的特點(diǎn)增加了電極材料的熱學(xué)性質(zhì)、電極材料的電子結(jié)構(gòu)、電極材料的導(dǎo)電性、電極材料的介電性等四個(gè)專(zhuān)題講座類(lèi)的內(nèi)容。安排學(xué)生自主查找資料，分析相關(guān)文獻(xiàn)內(nèi)容與所學(xué)課程的關(guān)系，并作報(bào)告討論。

1.4 評(píng)價(jià)方式改革

傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)方式比較單一，很難反映教學(xué)效果。考慮到專(zhuān)業(yè)核心課一般以閉卷考試為主，存在考前突擊、死記硬背知識(shí)點(diǎn)的情況。部分學(xué)生通過(guò)短期背誦知識(shí)點(diǎn)可以勉強(qiáng)通過(guò)考試，但是對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解卻非常膚淺。通過(guò)設(shè)置過(guò)程性評(píng)價(jià)內(nèi)容可以增強(qiáng)學(xué)生的參與感，加深學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的理解，使老師及時(shí)了解學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。本次改革的過(guò)程性評(píng)價(jià)的內(nèi)容包括：出勤與課堂表現(xiàn)、作業(yè)提交與完成情況、專(zhuān)題講座表現(xiàn)和平時(shí)測(cè)驗(yàn)等幾部分構(gòu)成。另外，采用閉卷考試的形式進(jìn)行終結(jié)性考核。試卷內(nèi)容圍繞材料物理方面的基本概念、基本理論和相關(guān)材料的主要性能等考點(diǎn)，增加了問(wèn)答、論述題等主觀題的比例。最終，采用總評(píng)成績(jī)(100%)= 過(guò)程評(píng)價(jià)成績(jī)(60%)+ 終結(jié)評(píng)價(jià)成績(jī)(40%)的分配原則進(jìn)行學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)。

2 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)作者在講授《材料物理性能》課程的過(guò)程中所面臨的問(wèn)題，通過(guò)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)評(píng)價(jià)方式等四方面的改革，提高的學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性；培養(yǎng)了學(xué)生新的學(xué)習(xí)理念；更好地反映了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和課堂出勤率有了明顯提高，對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的掌握明顯加深，理論聯(lián)系實(shí)際的能力以及表達(dá)能力都有了很大進(jìn)步。