《無機材料物理性能》教學(xué)改革與探索*

趙營剛，石冬梅，李縣輝，錢躍進，熊 飛，岳衛(wèi)東

(洛陽理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 洛陽 471023)

《無機材料物理性能》是無機非金屬材料工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，是利用物理學(xué)、量子力學(xué)、固體物理學(xué)等原理來闡述材料的物理性能及規(guī)律的科學(xué)。課程內(nèi)容包括力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)共五部分，從物理的基本理論和基本參數(shù)出發(fā)，介紹材料的組成、結(jié)構(gòu)與材料性能之間的關(guān)系，以及外界條件對材料性能影響的物理機制[1]。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握無機材料的物理性能與內(nèi)在物理本質(zhì)之間的聯(lián)系，掌握影響材料性能的主要因素，弄清楚生產(chǎn)工藝中的各個環(huán)節(jié)對材料微觀機制的影響，從微觀機理出發(fā)進行探索改善材料性能的新途徑。通過本課程的學(xué)習(xí)使得學(xué)生掌握無機材料物理性能的一般規(guī)律，使學(xué)生具有一定的解決工程實際問題和科研問題的能力，能夠根據(jù)無機材料的特點和性能規(guī)律正確的選擇和使用材料，甚至具備開發(fā)新型功能材料必要的科研和創(chuàng)新能力[2]。

洛陽理工學(xué)院無機非金屬材料工程專業(yè)是在原建材部直屬的洛陽建材工業(yè)高等專科學(xué)校硅酸鹽工藝專業(yè)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。目前已經(jīng)發(fā)展成為以水泥、玻璃、陶瓷及耐火材料四個專業(yè)方向為主的綜合性無機非金屬材料工程專業(yè)。2012以來，洛陽理工學(xué)院已經(jīng)定位為應(yīng)用型本科院校，主要培養(yǎng)服務(wù)建材行業(yè)、服務(wù)地方經(jīng)濟的應(yīng)用型人才。2018年9月開始，無機非金屬材料工程專業(yè)為了適應(yīng)工程技術(shù)人才的需求，啟動了無機非金屬材料工程專業(yè)的工程教育專業(yè)認證工作，為適應(yīng)新形勢下應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求，社會、行業(yè)、企業(yè)等對人才知識、能力、創(chuàng)新、工程技術(shù)等方面的要求，課程組對“無機材料物理性能”這一專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)進行了改革探索。

1 無機材料物理性能課程的教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 教學(xué)理念陳舊，不能與時俱進

目前，無機材料物理性能課程主要是以教師教授為主導(dǎo)，教師清晰的講授各種物理性能的知識，學(xué)生以記憶、理解這些知識，并通過做習(xí)題的方式訓(xùn)練學(xué)生這些知識在紙面上運用，這種教學(xué)理念注重知識的傳授、識記、簡單的運用，處于傳播知識的階段，缺乏人才培養(yǎng)意識，尤其是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的意識。學(xué)生掌握了知識，但是不能把知識轉(zhuǎn)化成能力，轉(zhuǎn)化成為工作后的科技生產(chǎn)力，仍然處于應(yīng)試教育的范疇。另外，這種理念與應(yīng)用型人才和工程教育的理念相比，缺乏培養(yǎng)工程技術(shù)人才的內(nèi)容，與當(dāng)今社會的人才需求脫節(jié)[3]。

1.2 教學(xué)規(guī)劃不合理，教學(xué)內(nèi)容陳舊

我校無機非金屬材料工程專業(yè)教學(xué)大綱要求的無機材料物理性能課程內(nèi)容多、涉及面廣、概念抽象，課時規(guī)劃不合理。例如，無機材料物理性能共計32學(xué)時，要求學(xué)生掌握力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)磁學(xué)五大塊內(nèi)容，課時嚴重不足。并且沒有開設(shè)實驗課，學(xué)生缺乏動手實驗或?qū)嵺`訓(xùn)練，嚴重影響學(xué)生能力培養(yǎng)。教學(xué)內(nèi)容一直緊扣大綱和教材，知識陳舊，缺乏更新意識，沒有把現(xiàn)有學(xué)科發(fā)展的前沿知識和前沿視角引入到課堂，不能有效地利用基礎(chǔ)理論解釋新問題、新現(xiàn)象[2]。

1.3 理論與實驗、實踐、應(yīng)用結(jié)合不緊密

目前，由于我校受教材及課程設(shè)定和實驗設(shè)備的限制，并沒有開設(shè)無機材料物理性能的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，不能針對性的對學(xué)生進行理論知識的實驗教學(xué)驗證和訓(xùn)練，教學(xué)效果很難保證。

另外，教師嚴格按照教學(xué)大綱上的內(nèi)容來講解，很少聯(lián)系基礎(chǔ)知識在實際生活中應(yīng)用，不能把知識的實際應(yīng)用與科學(xué)前沿引入到課堂教學(xué)，使得理論知識和實際應(yīng)用脫節(jié)，不但學(xué)生興趣不高，而且影響培養(yǎng)應(yīng)用型人才的質(zhì)量。

2 應(yīng)用型人才及工程教育認證背景下的教學(xué)改革

2.1 更新教育理念，樹立培養(yǎng)應(yīng)用型科技人才和工程技術(shù)人才的培養(yǎng)理念

教育理念貫穿教育工作的核心，是教育活動的靈魂，涉及教育活動的各個方面。目前，我國的已經(jīng)逐步從應(yīng)試教育逐漸過渡到素質(zhì)教育的模式，教育理念也要與時俱進。教育的目的是培養(yǎng)適應(yīng)社會發(fā)展需要的應(yīng)用型人才。必須樹立培養(yǎng)人才的目標，以人才培養(yǎng)為核心的教育理念。培養(yǎng)人才的教育理念不但注重特定知識或技能的學(xué)習(xí)與掌握，更加注重學(xué)習(xí)的能力、運用知識的能力、各種實踐的能力的培養(yǎng)。強調(diào)知識、能力、素養(yǎng)三者的培養(yǎng)，使學(xué)生成為具備豐富知識和熟練技能與能力的高素質(zhì)人才[3-4]。

2.2 調(diào)整優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

課程組針對專業(yè)方向的不同和應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求調(diào)整優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。在水泥、耐火材料專業(yè)方向強調(diào)力學(xué)、熱學(xué)內(nèi)容，玻璃和陶瓷專業(yè)方向強調(diào)力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和部分電學(xué)內(nèi)容，把介電和磁學(xué)作為次要內(nèi)容，結(jié)合專業(yè)方向有針對性的組織教學(xué)內(nèi)容。

同時，引入當(dāng)今無機非金屬材料領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)、新思維、新成果，介紹無機材料領(lǐng)域的新成果、發(fā)展趨勢、發(fā)展前沿，充實和完善原有教學(xué)內(nèi)容。在內(nèi)容講解上，以經(jīng)典理論、經(jīng)典理論解釋傳統(tǒng)現(xiàn)象為主，同時以經(jīng)典理論解釋新現(xiàn)象和新理論為輔，互相兼顧；特別強調(diào)采用經(jīng)典理論和原理對新材料的性能進行闡述和解釋。通過精心的內(nèi)容選取和編排，向?qū)W生傳授無機非金屬材料領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)和新進展，拓寬知識面，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，訓(xùn)練主動學(xué)習(xí)能力[4-5]。

針對多個教學(xué)內(nèi)容引入哲學(xué)思維及發(fā)現(xiàn)思維。在講解各種理論時，每個理論都是經(jīng)過無數(shù)次的假說、否定、新假說、再否定，最終演繹成為定律或理論。因此，傳授學(xué)生一種哲學(xué)思維和發(fā)現(xiàn)思維。比如，學(xué)生學(xué)習(xí)熱容理論時，基于愛因斯坦熱容理論模型與德拜模型理論基礎(chǔ)的差異導(dǎo)致了愛因斯坦熱容理論在低溫時與實際不符，德拜考慮了原子之間是相互聯(lián)系、不是孤立存在的因素，從而得到了更加接近實際的德拜理論模型，基本與杜隆珀帝定律和開普定律吻合了，闡明了各種理論都是通過假說、否定、新假說等一步步演繹出來的，培養(yǎng)學(xué)生們的發(fā)現(xiàn)思維和哲學(xué)思維意識。

2.3 豐富教學(xué)方式，注重能力培養(yǎng)

在無機材料物理性能教學(xué)中，把培養(yǎng)人才的教育理念貫穿到教育活動中。首先，結(jié)合課程特點，讓學(xué)生通過線上課程、網(wǎng)絡(luò)課程、精品課程等進行自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)自覺學(xué)習(xí)的意識和自主學(xué)習(xí)的能力，樹立終生學(xué)習(xí)的目標。其次，教師利用問題導(dǎo)入法、問題解決法、課堂討論等教學(xué)方法活躍課堂氣氛，引導(dǎo)學(xué)生積極思考發(fā)言、用于反駁質(zhì)疑，善于歸納總結(jié)形成自己的觀點，培養(yǎng)思考問題、解決問題的能力[5]。第三，充分利用智慧課堂，利用改變課堂的教學(xué)形式，利用新現(xiàn)象、新問題、新發(fā)現(xiàn)考察學(xué)生對基礎(chǔ)知識和基本理論的理解程度和應(yīng)用能力。同時發(fā)現(xiàn)學(xué)生對知識的掌握薄弱點，針對學(xué)生的不足進行重點講解。

2.4 教學(xué)與科研緊密結(jié)合

無機材料物理性能是一門理論和實踐緊密結(jié)合的課程，強調(diào)學(xué)生的科研能力和應(yīng)用能力的培養(yǎng)，因此加強實驗教學(xué)和實踐教學(xué)可以幫助學(xué)生理解和掌握課堂所學(xué)的理論知識，同時提高科研和應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

根據(jù)洛陽理工學(xué)院的實驗條件不足的具體情況，課程組開創(chuàng)性的借用科研活動展開無機材料物理性能實踐教學(xué)。在教學(xué)過程中有計劃的引進科學(xué)研究，使教學(xué)與科研相結(jié)合。比如在力學(xué)性能方面的教學(xué)可以結(jié)合教師們混凝土力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)陶瓷的力學(xué)性能的科研進行，光學(xué)性質(zhì)的教學(xué)可以結(jié)合玻璃方向教師們的發(fā)光材料科研課題進行。一方面可以有助于教師和學(xué)生了解無機材料的發(fā)展前沿，確保知識系統(tǒng)的更新和教學(xué)內(nèi)容補充。另一方面提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，克服學(xué)生為了考試而學(xué)習(xí)的膚淺認知，使其更加深入的理解掌握各種知識，并轉(zhuǎn)化為科研和應(yīng)用的能力。教師們結(jié)合自己的科研實驗，向?qū)W生介紹科學(xué)研究的方案設(shè)計、實驗設(shè)計、實驗流程及操作、性能表征和機理分析等，引導(dǎo)學(xué)生們獨立思考，利用自己所學(xué)知識去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題。從而認識到所學(xué)知識的重要性及實用性，拓寬學(xué)生的思路，提升學(xué)習(xí)和科研的興趣。

另外，可以給學(xué)生布置科研小作業(yè)，或者結(jié)合挑戰(zhàn)杯等比賽，讓學(xué)生們查閱文獻資料，自己根據(jù)所學(xué)知識獨立思考、方案設(shè)計、實驗設(shè)計、材料表征及結(jié)果分析等。一方面培養(yǎng)學(xué)生查閱文獻掌握信息的能力，另一方面培養(yǎng)學(xué)生科研思維、科學(xué)研究和科研創(chuàng)新的能力。

3 結(jié) 語

無機材料物理性能基礎(chǔ)理論較多、內(nèi)容抽象，同時理論與應(yīng)用相結(jié)合的課程。學(xué)生學(xué)習(xí)難度大，不容易理解掌握，很難把知識轉(zhuǎn)化成能力運用到實際應(yīng)用中去。我們針對學(xué)校的人才培養(yǎng)定位，積極樹立培養(yǎng)人才的教育理念，把培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、分析解決問題的能力、創(chuàng)新能力為導(dǎo)向，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式等方面積極進行教學(xué)改革和探索。通過改革，教學(xué)效果明顯提高，學(xué)生們摒棄應(yīng)試學(xué)習(xí)意識，積極主動投入學(xué)習(xí)，各種素質(zhì)、能力得以提升，應(yīng)用型人才和工程技術(shù)人才的目標得以實現(xiàn)。