淺析《材料科學基礎》教材的選擇與教學內容的改革

摘 要：隨著教育與教學改革的不斷深入，《材料科學基礎》課程的內容也在不斷更新。筆者結合自身的教學實踐，對已出版的部分《材料科學基礎》經典教材進行了簡要的對比，分析了選用教材時需要注意的問題，在此基礎上，結合本校實際對相應的教學內容也進行了改革嘗試，以達到提升教學效果的目的。

關鍵詞：材料科學基礎;教材;教學改革

中圖分類號：G642 ????????文獻標識碼：A

材料是科技發展的先導和基礎，新材料的開發和應用推進了人類文明和科學技術的發展。反之，現代科技的發展也推動著各類材料從多樣化、單一化走向一體化和復合化，使得各種材料性能之間互相交叉，學科內容也在不斷融合。因此，未來科學技術綜合化的趨勢將對人才培養提出新的要求，培養既掌握材料科學的基本原理，又通曉各類材料的制備與加工、組成與結構、性能與應用等系統知識的大材料專業人才，已成為新世紀人才培養的主要出發點。

1998年，教育部對本科專業目錄進行了調整，材料類專業大幅合并，設置了寬口徑的材料科學與工程專業。自此，材料科學與工程專業的教學也從原來的精細化、專業化逐漸調整為“厚基礎，寬專業，強能力”的培養模式。在這種趨勢下，許多院校都將原來分屬不同系別的相關材料專業進行整合重組，在教學體系和教學內容上進行大幅度的改革。

縱觀材料科學基礎所包括的內容可知，其涵蓋金屬、無機非金屬、高分子、復合材料等分支，涉及固體物理、固體化學、晶體學、物理化學等基礎理論。該課程內容繁多、涵蓋面廣、理論性強、部分概念抽象，使得在有限的教材篇幅和授課學時內，完成上述諸多內容的講授與學習成為很多材料類專業課教師和學生的一項嚴峻挑戰。為此，許多院校都力圖在反映學科發展的基礎上，突出各種材料的共性知識，并結合院校自身的辦學特色及人才培養目標，編著了各種版本的教材，旨在提高教學質量與教學效率，培養順應社會需求的復合型人才。一方面，這些教材的側重點各有不同，為該門課程的學習提供了很多有價值的參考，另一方面，這也為其它院校的師生們選擇合適的教材增加了一定的障礙。

因此，作為大學專業課教師，要把握學科發展趨勢，評價學生的知識背景，結合本校專業特色，綜合評價各類教材內容體系，選擇合適的教材，并盡可能在課堂教學中根據所在學校的實際情況和學生的具體需求對教材內容進行適當的調整和取舍。筆者結合自身的教學實踐，對現行的《材料科學基礎》教材進行了簡要的對比，在此基礎上，對相應的教學內容也進行了改革嘗試，以滿足“寬專業口徑”人才培養的需要。

1教材的選擇

教材是進行教學工作的主要參考資料，教材質量將直接影響人才培養的質量。由于材料產業的飛速發展，人才需求的不斷演化，使得《材料科學基礎》課程的教學大綱及內容也在不斷發生著變化。經典教材不斷涌現，并不斷更新版次以適應教育改革的需要。該課程教學內容的設定、深度和廣度決定著學生培養中關于材料科學基本理論的深度和知識面的廣度，并影響著后續課程的展開、實施及教學效果。因此，《材料科學基礎》課程在材料專業課程體系中起到重要的橋梁及先導的作用。

目前，已經出版的僅僅以《材料科學基礎》命名的教材就達到30多種，此外，還有很多相似名稱的教材，如《材料科學與工程基礎》、《材料科學導論》等，以及眾多的更加側重某種具體材料的衍生教材，例如，《無機材料科學基礎》、《無機非金屬材料科學基礎》、《金屬學原理》、《納米材料科學基礎》、《高分子材料科學基礎》等。如何根據自身需求在琳瑯滿目的教材中選擇合適的教材應用于教學實踐中，成為材料類師生面臨的共同難題。上述各版本的教材，雖然整體上有一定的相似性，但是，不同教材之間的內容深度、廣度、可讀性、適合的學時數等都存在較大的差異。舉例來說，僅僅就教材的頁數進行粗略的比較，北京科技大學余永寧版本的教材，頁數有806頁，天津大學靳正國版本的教材頁數為249頁，顯然，這兩個版本的教材適用的學時及教學目標必定存在明顯的差異。下表1中，我們列出了部分國內高校使用較多的教材的信息。

從專業發展的歷史來看，材料科學基礎課程主要由各院校的優勢專業拓寬而來。大致分為兩類，一是由金屬學原理及金屬材料學拓寬而來，典型的如北京科技大學余永寧版本及上海交通大學胡賡祥版本等。另一類由硅酸鹽物理化學或無機材料學發展而來，典型的如武漢理工大學張聯盟版本等。而高分子材料與復合材料一般由獨立的專業課程講述，通常不作為《材料科學基礎》的重點內容，在《材料科學基礎》中只做一般性的概述。由于各院校學科基礎、師資力量、生源情況、培養方向以及畢業生就業去向等差異較大，因此，各校的課程體系和教材不可能是同一種模式，更不可能編寫出一本適合所有學校的統一教材。結合我校該專業人才培養目標的具體特點，我們選擇了上海交通大學出版社發行的《材料科學基礎》教材作為本課程的主要參考書。該教材著重于基本概念和基礎理論，內容的深度和廣度適中，具有科學性、先進性和實用性。特別是，該教材最后一章對功能材料的電、磁、熱、光性能作了簡要論述，使該課程與后續系統性專業課的學習起到了較好的銜接作用。在授課過程中，我們還主要參考了武漢理工大學的版本，對教學內容進行了一定的重新組合遴選。教學過程中注重課程的廣泛性和基礎性之間的權衡，并結合適當的習題集及考研真題來幫助同學們更好的消化、鞏固所學知識。

2教學內容的改革

隨著材料科技的飛速發展，教材內容也在日益增多。在有限的學時內，我們不可能也沒必要對所有內容進行全面講解。因而，為達到良好的教學效果，必須堅持“有所為，有所不為”，精講重點內容，淡化部分細節，根據培養計劃與學生的認知特點來調整教學內容。雖然我們選擇了上海交通大學版本的教材作為課程的主要教材，但是，我校與上海交通大學的學科基礎、培養方向以及畢業生的去向等存在顯著差異，因此，我們對實際教學過程中的教學內容進行了重組和優化。

為了學生可以更清晰的掌握材料科學的基本概念、基本理論、基本方法，我們在教學過程中強調各類材料微觀結構與宏觀性能這一材料共性問題，盡量涵蓋金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料等的共性特征，弱化涉及較為具體的某種材料的性能與結構特征，而將其留給后續的專業主干課程講述。在固體結構一章，對合金相結構、準晶與液晶的結構，只講解基本概念，不做深入分析，刪減相對獨立的位錯的彈性性質章節的內容，同時，對材料的形變與再結晶章節的內容，除重點分析塑性形變的基本方式以外，其余內容只做淺顯的概述。此外，我校的材料專業整體上是以電子科技與電子材料為特色的，所以，在實際教學中，筆者嘗試將一些半導體材料的科學實例與科研進展引入到教學內容當中。例如，在講授材料缺陷章節時，增補了缺陷反應方程式的概念及書寫規范，分析了高、低價摻雜與半導體類型之間的關系，并增補了非化學計量缺陷與本征半導體的聯系。在材料的擴散章節，引入集成電路芯片制造工藝中的高溫擴散和離子注入工藝案例，分析材料中的擴散問題。諸如此類的嘗試，使得教學的時效性得以體現，使學生感覺到學有所用，增強了學生的學習興趣與學習效果。對于學時限制無法精講的內容及更多的工程案例，我們嘗試引入網絡課堂，將相應的課件及資料上傳至網絡教學平臺，供學生自學參考。最后，在教學中輔以適當的習題，特別是名校考研真題，進一步強化課程的重點內容，幫助學生梳理課程的知識框架，對培養學生的創新思維以及解決問題的能力也是大有裨益的。

3總結

為適應新材料技術的飛速發展與人才培養的需求，《材料科學基礎》課程的教學大綱和教學內容也在不斷更新。《材料科學基礎》作為重要的專業基礎課程，既要突出基礎性，又要適當反映學科的前沿進展。因此，各院校應根據自身學科基礎、師資力量、培養方向以及畢業生就業去向等的差異，選擇合適的教材，并結合專業特色與學生的需求不斷優化教學內容，以期更好地提高教學效果。總之，教材的發展與教學內容的改革是一項復雜且永無止境的系統工程，需要教師緊隨科技發展的步伐，不斷地將新材料、新工藝和新技術等知識引入到《材料科學基礎》課程教學之中。

作者簡介：杜剛（1987-），男，漢族，山東臨沂人，博士，講師，研究方向：新型阻變存儲材料與器件。

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