新工科背景下名人案例在材料制備新技術課程教學中的作用

姬帥 張靖熙 劉忠軍

摘? 要 為了提高材料制備新技術課程教學質量，讓學生將更多注意力留在課堂上，將本領域的一些名人案例適當地引入課堂教學。實踐證明：該方法可以使學生投入更多的課堂注意力，激發學習興趣，樹立學習自信，端正學習態度。同時，教師在備課過程中通過搜集相關資料，可以拓寬知識面，提高教學水平，提升教學質量。

關鍵詞 材料制備新技術；名人案例；教學改革；實驗教學

中圖分類號：G642.3? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）14-0083-03

Abstract In order to improve the teaching quality of the course of?new technology of materials preparation and let students pay more?attention to the lecture， some famous cases in this field were intro-duced into the classroom teaching appropriately. Practice shows that?this method makes students pay more attention to the course， stimu-lates students interest in learning， sets up students confidence in?learning， and corrects students learning attitude. Meanwhile， teachers?could develop the level of their knowledge， improve their teaching level and let the quality of teaching by collecting relevant materials in the course preparation be enhanced.

Key words new technology of materials preparation; celebrity cases;?teaching reform; experimental teaching

0? 引言

材料制備新技術課程知識體系復雜，各章節介紹的工藝差異明顯，從快速凝固技術、噴射成形技術、機械合金化技術、半固態金屬加工技術到準晶材料制備技術、非晶材料制備技術、納米晶材料制備技術，從高溫自蔓延合成技術到激光快速成形技術等[1-2]，內容包羅萬象。此外，該課程所介紹的內容如某工藝制備材料的微觀結構形貌與學生在日常生活中和其他學科中積累的經驗相差相對較遠，使得學生難以理解、難以掌握該課程中抽象的概念，導致該課程給學生留下的印象是概念較多、工藝設備復雜、學習有一定的難度。

怎樣有效進行該課程的理論課教學？如何在課堂上牢牢把握學生的注意力、激發學生學習興趣？這些問題對新工科背景下的教學工作提出更高的要求。依據最新的教學大綱，要將專業知識講授到位，不能為了降低難度而刪除難點，要講授生動以激發學生的學習興趣。為了提升教學質量，擁有相關學科的各大高校進行大量教學改革，例如：采用動畫演示的方式讓學生加深認識某工藝內部設備在實際應用中的作用；增加實驗課程的學時，讓學生更多地參與進來。這些改革在一定程度上可以提高該課程的教學質量。

盡管教學改革的手段衍生了一些新的方式，適當性改良了課堂教學效果，但通過問卷調查發現：該課程對大部分學生來說依舊困難，導致學生自學的積極性不高。這在課堂教學和實驗教學中體現得十分明顯，學生存在較大程度的困惑，難以將該課程建立在自己的專業知識結構基礎之上，更多是被動地接受知識，通過機械式的記憶方式來掌握，難以消化、理解該課程的理論知識，更難以去思考孕育這些理論知識的過程。新工科背景下，在該課程的教學過程中一定程度上引入學科發展過程中的名人事跡作為案例，不僅可以讓學生了解該學科理論知識形成的歷程，熟悉相關科研的過程，而且可以激發學生對該學科學習的興趣，同時可以幫助學生找到人生標桿，樹立掌握該學科的自信，進而點燃學生投身材料科學研究的熱情。

1? 吸引學生在課堂中的注意力

在西安石油大學材料科學與工程學院的課程設置中，材料制備新技術這門課程主要針對金屬材料工程、材料物理、材料成型及控制工程等專業開設。該課程的教學主要分成兩部分，依據2019版教學大綱，由32學時的課堂教學與8學時的實驗教學組成。課堂教學是實驗教學的前提和基礎，要增強該課程的整體教學效果，應將更多精力放在提高課堂教學質量環節。根據專業工程認證要求，在課堂教學環節，核心環節由教師對專業知識的講授轉變成學生通過上課掌握或接受專業知識。學生在課堂上學習效果能否良好，主要取決于兩個方面：一是學生在課堂上是否集中注意力，是否認真地跟著授課教師的思路前進；二是授課教師是否可以增強專業知識的趣味性，把枯燥的、抽象的專業知識點形象化、具體化，便于學生消化和吸收。

目前，更多的教學改革偏向于教師這個角色，如制作教學視頻、動畫視頻、教學實物模型、編寫適當的教材等，但是站在學生的角度，以學生為主導、充分發揮學生主觀能動性方面的教學改革則不多見，特別是有效改善學生課堂注意力方面的改革少之又少。雖然以教師為切入點的教學改革形式可以在一定程度上吸引學生的聽課興趣，集中其在課堂上的注意力，但不一定能激發學生的學習興趣，更不一定有助于學生對專業知識的理解與消化。

理想的課堂教學狀況是學生的注意力隨著時間的變化呈現出水平保持或者逐漸上升的趨勢。在聽課過程中，學生跟著教師的思路思考是需要持續用腦的，然而學生持續用腦，大腦在經歷一個階段的興奮之后，注意力會呈現難以避免的下降趨勢[3]。有研究表明：有效維持學生注意力的一個可行方式是減少學生兩個鄰近興奮過程的間隔時間，即授課教師對學生在課堂上保持注意力或興趣的時間長度有一個預判，然后在即將結束或結束后間隔不長，通過授課手段再次吸引學生的注意力。在課堂授課講解枯燥專業知識的過程中適當穿插一些名人案例，可以有效地改變學生的聽課節奏，點燃學生的另一個興奮階段。學生的注意力在一小節課堂中呈現出類似開口向下的二次函數形狀，在學生注意力呈現下降趨勢的階段，教師適當地穿插一個相關的名人案例，可以在短時間內使學生的注意力再次出現波峰。同時，介紹名人案例可以明顯地活躍課堂氣氛，從實踐中可以深刻感受到抬頭看黑板的學生人數明顯增多。介紹名人案例是以一個故事的方式來改變學生聽課的節奏，更有利于學生接受相關信息。同時，學生通過生動案例的激勵，可以迅速找到自己學習專業知識和后續深入研究的標桿，有利于在專業領域建立自己獲取成就的信心。

學生在課堂上聽課注意力不集中的原因很多，但其中有一個不可忽視且有待繼續改善的因素是畏學厭學情緒。有些學生不注重課前預習，遇到聽不懂的知識點就逐漸開始轉移注意力，甚至對課堂沒有領會的知識點，課后也不復習鞏固，以至于影響后續的專業知識結構建立，最終表現得越來越不愿意聽課。通過在授課過程中穿插相關領域的名人案例，可以很好地克服學生的畏學情緒。科學研究本身就是困難重重、曲線發展的，在科學研究中幾乎不存在一帆風順取得成功的可能，克服困難是科學發現和突破的直接形式。在這方面有了真實案例作為對照，能夠幫助學生端正學習態度，明確學習目的。比如在講授高溫自蔓延合成技術章節時，以西安石油大學材料科學與工程學院金屬材料工程系劉忠軍老師在實驗室研究金屬基復合多孔材料為例，實驗時為了獲得一個更加經濟高效、流程更短的燒結工藝，劉老師持續幾月天天加班，最終在原有工藝基礎上大幅度提高產品性能。

2? 端正學生做實驗的態度

實驗教學部分是材料制備新技術課程教學的有機組成部分。通過實驗課程教學，學生能更好地掌握所學到的理論知識，同時對該知識的實際應用產生充分理解。目前選修該課程的學生更多是在被動地完成相關實驗內容，缺乏興趣的投入與自主探索的激情。有些學生對實驗課程不夠重視，缺乏對實驗課程意義的認識，并不認為實驗課對于今后的科研訓練有益[4]。在課堂教學過程中通過穿插相關的名人經歷作為案例，可以讓學生了解相關科研探索的過程和成果獲得的歷程，從而端正學生對待實驗課程的態度。采取動手的方式讓學生認識到所學專業知識，訓練其今后從事科研活動的素養，讓學生真正認識到實驗課的目的與價值。

材料制備新技術是一門偏向于介紹材料制備新工藝、新設備的課程。在實驗教學中，針對某種工藝所需要的設備，學生在明確需求的前提下，可以在實驗室對相關設備零部件進行重組，甚至可以提出制備新設備的方案，使預期實驗結果的獲得取得更好的效果。比如給學生介紹北京科技大學謝建新院士課題組的劉新華研究員從事先進金屬材料控制凝固與控制成形基礎研究中的案例，他在實驗室擺了一張折疊床，晚上守在設備旁，一連幾天均是如此，最終在該課題中取得理想的成績。

3? 激發學生對材料制備新技術的興趣

作為材料科學的有機組成部分，材料制備新技術建立在材料科學基礎之上，然而材料科學的發展歷程建立在近現代數學、物理等學科基礎上，所以材料科學發展至今僅有百年歷史，相比其他自然基礎學科，可謂新興起的學科。因此，在材料學科領域做出貢獻的名人距離現在不是很遙遠，有些知名的學者仍然健在，甚至國際上某些知名課題組的成員與我國高校的代課教師之間保持著聯系，有的還是某些協會的同事。那么，在授課過程中穿插某些名人案例，可以拉近學生與知名學者或偉大科學家之間的心靈距離，讓學生感受到自己所學專業知識的發現者或者創造者并沒有想象中那么神奇，他們也是通過一番不懈努力之后才有所收獲的。這樣有助于學生樹立信心，只要自己投入忘我的精神、刻苦鉆研，就一定能夠在學科上有所建樹。

在講解金屬材料快速成形技術中材料內部微觀結構變化的時候，可以給學生介紹我國著名冶金材料專家柯俊院士。在材料科學基礎中有一個專業名詞——柯垂爾氣團，柯垂爾是英國伯明翰大學的著名教授，柯俊院士在伯明翰大學讀博期間，他的導師漢森就是柯垂爾課題組中的成員。這樣介紹可以使學生更多地聯系起材料學科基礎課中的知識點，進而減少距離感，同時感受學術大咖的成果及貢獻。

柯俊院士在1948—2016年近70年的時間內一直從事合金中相變的研究，在回國前首次發現并提出貝氏體切變機制，在鋼的過熱性能及合金鋼的貝氏體相變中取得突破性成果，成為這一現象的世界主流學說。柯俊院士在1956年初主持籌建北京科技大學材料物理專業及材料物理化學專業；在1958—1964年積極為國家節約戰略金屬物資，從事國內急需的新材料制備工藝及質量研究（如節約鎳鈷的電熱絲電熱材料、電表用硬磁材料、稀土元素在鋼中的應用），接近當時世界先進水平；1977年以來，就微量元素對合金鋼的組織和性能影響及作用機理展開研究，20世紀80年代指導對含微量釩碳的鐵鎳合金作出進一步研究，發現另一類相變的蝶狀馬氏體形成機制，采用電子顯微鏡首次觀察到鐵鎳碳合金中蝶狀馬氏體，用原子探針觀察到原子簇的形成及其與蝶狀馬氏體的關系，這些研究成果極大豐富了馬氏體相變理論；20世紀50年代首次觀察到鋼中馬氏體形成時基體的形變和對原子簇馬氏體長大的阻礙作用；20世紀80年代系統研究鐵鎳釩碳鋼中原子簇因導致蝶狀馬氏體形成，發展馬氏體相變動力學，并指導開展微量硼元素在鋼中作用機制的研究；同時領導并親自參與中國冶金史的研究，闡明中國生鐵技術的發明與發展對人類文明的作用，取得突破性進展；20世紀90年代推動全國工程教育改革并在北京科技大學建立“大材料”試點班，在全國產生廣泛影響。

通過介紹這樣的事跡，加深學生對學術名人的尊敬之情，使得學生對科學家產生親切感，在后續學習這些科學家創立的學科理論時就沒那么枯燥，可以加深學生對所學內容的畫面感，從而激發學生學習的興趣。

材料科學方面課程的一大特色是抽象晦澀、深奧難懂，特別是涉及材料內部微觀的知識，學生難以依靠自己的經驗進行知識聯系，慢慢地，某些學生便容易出現厭學心理。但是按照楊振寧先生的觀點，實際上任何一門科學都蘊藏著其獨特之美，科學活動的過程也是一次審美的旅程。科學家通過對宇宙和諧有序格局的逐步深入理解而不斷地進入自然的本質層次，從而實現自然界固有的結構與人的認識、人類心靈深處的渴望在本質上吻合，再次創造、發展和豐富科學之美。在授課過程中介紹材料學科相關的名人案例，在介紹相關案例時穿插一些有趣的事件，不僅可以吸引學生的注意力，而且可以幫助學生通過科學家的研究發現材料科學的美，進而激發學生對于該學科的興趣。比如西安石油大學材料科學與工程學院的碩士研究生在畢業之際向導師表達感謝，采用腐蝕的方式在一塊金屬材料樣品上雕刻出導師的卡通模樣和簽名。學生掌握好專業知識，可以在生活中創造一些具有特殊紀念意義的藝術品。

4? 提高教師的教學水平

西安建筑科技大學冶金學院教授趙西成老師這樣解釋“學問”：對于學生而言不僅要學，而且要問。站在教師的角度而言，教學可以分成教與學兩個有機組成部分，不能只是“低頭拉車”，也需要“抬頭看路”；教師除了教授學生學業之外，其自身知識的儲備、教學能力的提高也十分必要。科研是為了更好地服務教學，授課教師可以通過自己的課題研究、參加相關學術會議、參與學科建設項目、聆聽教學名師講課等方式來更新自己的知識結構，拓寬知識面，以此提高教學水平，努力做到“學不可以已”。

教師在備課過程中搜集相關名人案例資料有助于積累人文底蘊，不僅可以積累相關知識，拓寬與學科相關的知識面，而且可以領略相關知識的發展歷程，感受從事相關領域研究的學者積極向上的工作態度、刻苦鉆研的精神、面對困難持久的毅力、攻取難關必勝的決心，從而為自己的職業生涯找到標桿，借用前輩大師的精神指引自己前行。在課堂中適時地介入相關的名人案例并取得良好的教學效果是有一定難度的，要求教師在搜集資料的同時，將社會背景、學科背景、人文背景、市場需求等各方面聯系在一起，融會貫通，這就對教師的備課提出更高的要求。學生都喜歡人格魅力突出、講課生動有趣的教師，教師語言詼諧幽默，授課內容生動有吸引力，有利于集中學生在課堂上的注意力，明顯增強教學效果。所謂教學相長，教師與學生共同學習進步，是師生共同期望的快樂型、研究型教學模式。

5? 結束語

在新工科背景下的材料制備新技術課程教學中適當引入一些相關的名人案例是一種有效提高課堂教學質量的方式，該方式對學生集中注意力有著明顯的效果，可以激發學生對該學科的深入學習與研究。同時，名人的榜樣力量也可以幫助學生樹立掌握該課程知識的信心。在教學過程中引入名人案例，對其介紹的側重點程度把握很重要，如果介紹的內容不夠系統、過于淺顯，只能暫時地吸引學生的注意力，難以激發學生對該學科的內在興趣；如果介紹的內容過多，則會影響本課堂專業知識的講解，教學效果南轅北轍。總之，在材料制備新技術課程教學中希望通過介紹相關的名人案例以提高課堂教學質量，就要求授課教師搜集大量的相關資料，通過篩選和組織并與講授的內容進行有機結合，從而改善只介紹專業知識而導致課堂枯燥的教學狀況。

參考文獻

[1]許春香，張金山.材料制備新技術[M].北京：化學工藝出版社，2010.

[2]于文斌，程南璞，吳安如.材料制備技術[M].成都：西南師范大學出版社，2006.

[3]毛豐昕，肖泓羽，曹瀚，等.材料科學名人典故對“材料科學基礎”課程學習的影響[J].中國冶金教育，2010（6）：82-84，87.

[4]孟利，楊平，陳冷，等.新形勢下材料科學基礎實驗教學的實踐與思考[J].中國冶金教育，2010（2）：45-47.