《無機材料工藝學》課程改革淺談*

韓 陽，尹曉杰，李宏林，張 楊，李明玲，尹艷君

(巢湖學院化學與材料工程學院，安徽 合肥 238000)

《無機材料工藝學》作為無機非金屬材料工程專業課程體系的核心，主要以材料制備和生產需求為指導，對工藝流程和單元裝備進行設計和布置。課程內容包含傳統無機材料的生產工藝流程，介紹了無機材料的性質、生產制度和單元設備。并且根據環境需要與生產需求的聯系，在課程中加入了環境保護相關內容，主要介紹生產工藝對環境的影響、環保設備的功能以及在生產過程中的應用[1]。學生通過學習本門課程，掌握無機材料特別是無機非金屬材料的性質和相關產品應用領域、材料的生產工藝流程、以及生產制度和相關設備，并能夠依據經濟、環境和安全等因素設計生產環節，在設計過程中體現創新意識。

《無機材料工藝學》課程內容是從生產實踐中總結而來，然而課程涉及的理論體系十分龐大，在學生未接觸生產過程前，可能對理論知識理解得不夠深刻，學習過程遇到障礙，造成學習熱情下降。學生在基礎知識沒有全面理解的條件下，即便有創新的意識和目標，也較難根據實際問題和需求進行靈活設計。為了提高學生對基礎理論知識的掌握程度，能夠充分地了解知識在實際生產中的應用，進而在此基礎上實現創新技能培養，該門課程從教學環節和學習方法兩方面進行教學改革實踐，并總結經驗[2-3]。

1 教學環節

1.1 基于生活實際引導學生深入教學內容

在教學前把握教學內容的核心，以及核心內容在實際生活生產中的體現，根據提出問題，分析問題和解決問題的過程設計教學環節，引導學生深入核心。在進行授課時，分析日常生活中的事物，提出問題引發學生進一步思考，在關鍵問題的驅動作用下將學生的思維引入到對課程核心。例如《無機材料工藝學》中的環境污染防治相關內容，核心為污染的性質和防治。課堂通過日常生活中案例和事故報道為切入點，結合國家“碳中和”政策，引入環境問題與生產需求的聯系，并且通過介紹重大環境事件中污染物的來源和造成危害的原因，詳細說明此次課程的核心部分——污染物性質，最后針對污染物性質介紹相應的防治手段，從而引導學生學習另一部分核心內容——常見工業環保設備及其工作原理。《無機材料工藝學》課程核心內容基本針對生產生活需求和問題，來進行講解和分析，并給學生提供解決問題的思路和方法。

1.2 基于教材歸納總結理論，基于市場需求認識行業發展

目前，《無機材料工藝學》課程選用武漢大學出版社出版的《無機非金屬材料工學》第四版作為參考教材。該教材內容有三篇，第一篇各章主要內容為生產工藝和設備，第二篇為無機材料及其性質，第三篇為環境保護與治理，各篇均有其側重的內容，而其中的內容又存在相互聯系。在《無機材料工藝學》第二篇第10章介紹水泥性質和生產工藝，水泥生產原料與第一篇第2章有關，而生產工藝內容分布較多，涉及第一篇第3章粉磨工藝、第6章漿料成型工藝和第8章煅燒工藝。在介紹水泥工藝以及相關行業時，需要將教材內有關內容提煉形成主干，再將各章節有機整合在一起。再比如玻璃的生產工藝，包括第3章破碎粉磨工藝、第5章熔化工藝和第6章熔體成型和退火工藝，與水泥工藝的內容有交集也有區別，在教學時需要進行對比，歸納各種材料生產流程以及需要的設備，總結相似工藝和設備的共同作用和功能。課程將流程中各環節作為模塊，根據實際將模塊組合并加以調整，讓學生學會流程各工藝的具體內容和工藝上下游聯系，為學習流程設計做好必要準備。

材料的獨特功能賦予其一定價值，而其價值空間和該材料行業的發展則取決于應用前景和市場需求。在引導學生學習以及指導學生就業時，除了學習和總結歸納設備功能與工藝需求，還要讓學生主動收集教材以外的信息，了解前沿材料的功能與生產技術，認識到材料的發展歷程和未來人們對該材料的需求，加深對無機材料的價值和行業發展的了解。以特種功能陶瓷——生物陶瓷的課程為例，從傳統陶瓷的功能和生產流程為引入點，引出生物醫藥領域陶瓷材料部件(人工關節、人工骨骼、人工心臟瓣膜等)的應用要求和生物陶瓷的獨特結構與功能，并對比傳統陶瓷生產工藝，以及為滿足生物陶瓷應用要求而對傳統工藝實施的改進。此部分內容和社會發展緊密相關，具有時效性，因此教師密切關注發展動態，才能讓學生理解生產需求導向與工藝流程的關系。

總之，課程的內容和素材源自教材和行業發展兩個方面，而生活生產實踐情況和社會需求又是推動教材與行業發展的動力。由實際生活生產的相關問題引出該課程的內容，使學生的學習具有目標性。

1.3 內容豐富化，展示多樣化，評價公認化

對于知識內容的展示，通常由感性的方式來激發興趣，再由理性思考對知識內容進行總結歸納，深入提煉。《無機材料工藝學》內容源自生產生活實踐，知識體系龐大而復雜，在較短課時內完全展示課程內容并不現實。不過很多知識內容有相似度或具有一定關聯性，在以問題為導向進行授課時，展示并梳理內容中的關聯或規律，有利于將知識歸納成體系。比如在典型無機非金屬材料生產工藝流程的內容中包含水泥、玻璃、陶瓷等多套生產流程，這些流程中包含破碎、成型、熱處理等相似的工藝環節，在授課時比較分析工藝環節，可展示出各環節的相似特點與組合方式等內容，構成有關工藝環節的知識體系。因此要挖掘內容中的重點，以點構線，組成多條線索并構成多重體系，使內容豐富而且更有條理性。

目前，《無機材料工藝學》課程的授課方式較為傳統，以講授為主、輔助多媒體技術來展示，而學生在日常生活中學習的過程多種多樣，不乏通過互聯網“快餐式”和“互動式”的學習，對感興趣的知識學習效率很高。因此，傳統授課模式較為單一，不能全面激發學生學習欲望，授課環節的交互性不強，學生參與程度不高。結合學生的學習習慣，該課程推出線上和線下并舉的方式引導學習，線上內容分兩部分，一是知識學習，以動畫或模擬的方式展示各類材料在生產生活上的應用、生產設備的工作原理和生產制度、工業上各生產環節的關系；二是問題分析，建立設備模型供學生分析設備性能和運轉條件，并模擬不同工況下生產的多種產品及其性質。線下內容更為靈活，除了對內容的講授和總結，結合實驗、實習和課程設計等實踐科目，評價線上內容的仿真程度，并且根據學生學習的習慣和實際情況評估課程的價值。

同時，對學生成績的評價也是重要一環，建立被學校和社會承認的、而且獨立于學分和獎學金以外的成就系統，讓學生親身體會到通過學習解鎖的成就體系，鼓勵學生自主學習。

2 學習方面

2.1 知識內容的梳理

根據學生課堂反饋，《無機材料工藝學》的信息量龐大，知識要點很多，在學時內全部掌握對理解能力和記憶力是種挑戰；以往隨堂記筆記等學習方式需要在課后進行整理歸納，記憶過程更需要大量時間；一旦學習拖沓跟不上課程進度，豐富的內容可能會轉為負擔，因此失去學習興趣。究其原因主要是學生在學習各個知識要點時沒有建立好要點間的聯系、知識脈絡不成體系，加重了學習負擔。學生是課堂學習的主體，而每一個學生有各自的學習方法。對于內容復雜且龐大的《無機材料工藝學》這門課程來講，需要更有效的學習方法有效梳理內容，構建知識體系，在應用時能及時調出相關內容，全面分析。

通過調研眾多課程發現，思維導圖法可將思維路線直觀表示出來，路線中每個思維節點存在聯系，而且還可以根據聯系向外拓展，與更多知識點連接構成知識體系，這樣可從全局視角將各個要點展示給學生[4]。而對眾多的知識點的記憶并不能完全依靠死記硬背，以關鍵字記憶或者口訣記憶[5]，讓知識體系“壓縮”成幾個關鍵詞或幾句關鍵語句，在學生回憶要點時，從關鍵詞句反向“展開”，復原知識點內容。比如《無機材料工藝學》第3章對物料參數和反映出的性質，可通過口訣加以概括：“七上硬，三下軟(莫氏硬度)，硬度抗力壓表面。抗斷-韌，抗沖-脆(脆性和韌性)，機械強度抗破碎。”口訣交代了物料的硬度、脆性、韌性和機械強度等參數，以及物料抗壓、抗斷裂、抗沖擊和抗破碎等物理性質。進一步“壓縮”可簡略稱為：斷刃(韌)，沖摧(脆)，硬崖(硬壓)，破碎力極強(機械強度)。從簡略版口訣展開，可以反向“復原”物料參數和性質的知識要點，如能習慣使用或能進一步改善該學習方法，可有效減輕學習負擔，讓學習過程富有創造力。

2.2 知識內容的提取和延伸

知識要點的記憶需要方法，實踐應用過程也能對要點加深記憶。而在實踐過程中會遇到各種問題，需要學生從知識內容中自主發覺，并用創新性思維來進行分析。在授課過程中需要在講授教材的基礎上，啟發學生利用所學知識體系并通過創新思維來解決問題[6]。在介紹工藝設備時，首先通過講授教材讓學生理解設備工作原理，然后對比分析間歇式設備和連續式設備的運作過程，再總結出設備能夠進行連續操作的原因。最后提出關鍵問題：如何在間歇式設備上進行改進，實現連續化生產，提高效率。讓學生分組討論，老師對結果進行分析，提煉其中包含的知識要點，加深記憶的同時，鼓勵學生積極探索的精神和創新能力。

3 結 語

學習《無機材料工藝學》不僅是學生的事情，也是相關授課教師的工作，是課程教學改革持續關注的內容。以實際問題和需求為導向，提高教師與學生、授課與學習的互動性，提高理論與實踐的關聯性，鍛煉教師的授課能力，總結學習規律，培養學生的學習、分析和創新能力，實現教學相長。總之，通過教學改革，使《無機材料工藝學》這門課程成為不斷提高教師授課技巧和學生學習能力的階梯。