基于《無機材料物理性能》課程教學改革的建議

□陳 婷 李 燕 趙連玉

《無機材料物理性能》課程是高等院校材料科學與工程專業的必修課，主要介紹了無機非金屬材料的力學、熱學、光學、電導、磁學等性能及應用。通過本課程的學習，使學生掌握材料組成、結構與性能之間的關系，深入理解無機非金屬材料物理性能的本質規律與微觀機制，培養學生探索材料改性的新方法和解決工程實際問題的能力，為后續專業課程的學習打下堅實的基礎。

一、《無機材料物理性能》課程教學現狀

(一)教學模式陳舊，教學方法單一。《無機材料物理性能》作為材料專業重要的專業基礎課程，基礎理論性強，課程內容涉及無機化學、物理化學、材料力學、量子力學、高等數學、大學物理等課程的相關基礎與理論，多學科交叉，教學難度大，不僅要求學生具有較好的綜合基礎理論知識，對教師的授課能力也提出了更高的要求[1]。但目前大多數的高校教師仍然沿用“備課、授課、作業、考試”等傳統的教學模式，尤其在授課過程中，教師只是單純地講述課本上的概念、公式和圖表等內容，學生被動地接受新知識。這種“填鴨式”的教學方式，必然會讓學生覺得索然無味，上課無精打采，再加上課程內容枯燥難懂，概念抽象，很難激發學生的學習興趣。一般來說，本專業的學生在修讀這門課程之前，很少接觸無機非金屬材料相關的專業知識，如果教師在上課伊始就照本宣科，很容易使大部分學生對所講知識理解不到位，無法集中精力聽課，根本達不到很好的教學效果，即使課后輔助以習題來記憶和理解這些知識，也很難對相關知識點進行掌握，往往造成學習效率低下[2]。

(二)實踐教學環節薄弱。佛山科學技術學院材料科學與工程專業教學大綱要求的無機材料物理性能課程有32個學時，具體分配到每個章節的學時往往只有3～4個學時，學時短，但整個課程內容繁多，知識面廣，難度大。為了完成教學大綱的任務，不拖延上課進度，教師只能加快上課進程，以致學生還未來得及消化所學知識，就已經進行到下一章節，這種“快餐式”的教學現象使學生的學習效率大打折扣，再加上部分學生專業知識基礎差，無法快速掌握教師在課堂上所講的內容，長此以往，往往易使學生產生厭學心理，從心底抗拒這門課程，更不利于教學工作的開展。換個角度來看，這種不合理的教學規劃，導致課時嚴重不足，反而變相促進教師愈加采取單向輸出的教學方式，無暇顧及學生的真實感受，往往忽略了學生才是上課的主體，沒有考慮到學生對于課程真正的需求。本課程目的是要學生基于對無機材料性能、規律和原理的認識，學會選擇和使用無機材料，優化材料制備工藝和性能，而目前的教學規劃擠占了學生動手實踐的時間，教師將絕大部分時間用于課堂授課，以致沒有多余時間開設實踐課，學生無法鍛煉動手實踐能力，僅靠聽課難以深入掌握無機材料相關物理性能的現象和原理，嚴重影響教學效果和學習能力的培養。

(三)理論教學脫離實際應用。目前，本課程教學大綱的內容多偏向理論，任課教師嚴格按照教學大綱上的內容進行授課，就會局限于課堂和書本知識，很少與實際生產聯系在一起，沒有機會增設與本課程相關的實踐與實習環節，導致任課教師雖然擁有相關領域的科學研究成果，以及與企業合作的相關經驗，但在當下的教學過程中，并沒有機會將自己的科學成果和實踐經驗帶入課堂中，容易使學生所學的理論知識和實際應用嚴重脫節，無法利用所了解的科技前沿和科研知識去啟發學生，教學效果往往不盡如人意，很難提高學生的科研思維與科研創新能力，影響應用型人才的培養質量，更影響本科生未來的就業前景，所以該課程改革在提高本科生科研能力和實踐培養中的作用不容忽視[3]。

二、《無機材料物理性能》課程教學改革

(一)創新教學模式與教學方法。

1.借助多媒體創新教學模式。在《無機材料物理性能》課程的教學改革中，要打破傳統的“講授—接受”的教學模式，弱化以老師、課本為主的學習觀念，調動學生學習的主觀能動性。隨著科技的進步與快速發展，“微課”“慕課”“雨課堂”等多媒體教學軟件逐漸應用到大學生課堂學習中，傳統教學模式發生了實質性的變化[4]。對于教師來說，每個章節的課程內容都可以通過制作PPT課件進行投屏，取代了傳統的板書過程，解放了教師的雙手，極大地提高了課堂效率，節約了時間。上課過程中，學生可以利用“雨課堂”等上課軟件將不懂的問題發送實時彈幕，讓教師在講課之余，抽出更多的時間了解學生的薄弱環節及存在問題，從而更有針對性地進行講解，更加合理地安排課程；而對于學生來說，多媒體教學能夠更加直觀地將課程知識點展現在學生面前，通過建立模型的方式將課本中抽象難懂的概念進行解釋，對提高教學效果有一定的幫助。例如，在講解無機材料晶體結構時，可以通過動畫演示晶體分子的結構模型，從三維角度進行展示，便于學生理解晶體的周期性、晶格結構、排列方式等內容；在講解高分子材料斷裂相關內容時，可以通過制作動畫來模擬整個斷裂過程，更加直接地區分脆性和韌性斷裂等抽象的名詞。

2.情境教學法、問題導入法。將教學情景和教學思政引入課堂，利用教學情景激發學習興趣，讓學生“反客為主”，強化學生的主體角色，利用教學思政經典案例，培養學生的民族自豪感和愛國主義情懷[5]。教師利用問題導入法的教學方法，積極引導和鼓勵學生進行思考，敢于發言，提出自己的見解，并予以反饋，通過“有來有往”的交流模式，逐步將學生的注意力引入課堂，培養學生自主思考問題、解決問題的能力。例如，在講解無機材料的光學性能時，可以通過動畫向學生展示有趣的丁達爾效應，進而提問“為什么膠體里面會出現一條非常光亮的通路”，討論這種現象背后的原理是什么，逐步引導出光的散射相關內容，活躍課堂氣氛，讓學生在愉悅的課堂環境中積極主動地學習并理解課本中的知識。與此同時，通過多媒體軟件向學生介紹目前中國科技的前沿發展，循序介紹無機材料性能、規律和原理等相關知識，讓學生在掌握課堂知識的同時，感受我國無機非金屬材料領域的高速發展，鼓勵學生刻苦學習，勇敢肩負起時代賦予的重任。此外，在講課之余，引入我國無機材料領域的科學家們不為金錢名利，報效祖國的故事。例如，向同學們介紹我國具有“半導體材料之母”“中國太空材料之母”之稱的林蘭英院士，沖破美國重重阻撓回到祖國，不計名利，終身未婚，滿腔熱忱地投身祖國的科學事業，為祖國的半導體發展奉獻了一生，讓林蘭英院士忠貞不渝的愛國精神和求真務實的科學精神激勵學生努力學習報效祖國。

3.基于互聯網改進考核方式方法。傳統的無機材料物理性能課程主要采取“考卷+考勤+作業”的考核方式，雖然看起來多元化，但實際上過于機械、單一，占用教師大量時間。我們身處“互聯網+”時代，智能手機無處不在，幾乎每個大學生都人手一臺智能手機，任課教師可以借此將智能手機應用到課堂中，多媒體智能軟件為教師和學生提供了更多優質的教學平臺和方便快捷的交流方式，學習途徑也變得越來越多元化[6]。例如，借助自動報到點名軟件，學生的出勤率一目了然，不必再逐個進行點名簽到，大大節約了上課時間；上課前，學生通過手機實時連接多媒體課件，講課過程中遇到不懂的問題，可以發彈幕提問，反過來，教師也可以通過手機軟件提出相關問題，通過手機終端監測學生的答題情況，這樣有利于教師隨時掌握學生的學習進度，更加科學、方便地記錄學生的課堂成績；課后，學生可以使用手機軟件提交作業，教師利用碎片化時間進行批改，通過軟件實時溝通并記錄作業成績，高效方便。將互聯網應用到無機材料物理性能課程的教學中，能夠全方位準確評價每一個學生的各項成績，了解所有學生對課本知識的掌握情況，使考核更加公平合理。

(二)加強教學實踐，緊密聯系科研。在大學教育中，教學與科研是密不可分的，教學為科研提供理論和基礎支撐，而科研是提高學校教學水平、教學質量的關鍵。國家文件明確提出鼓勵學生參與科學研究，著重培養學生的科研能力和工程應用能力[7]。佛山科學技術學院《無機材料物理性能》的任課教師均承擔國家及省級多項科研項目，為教學與科研并重型教師，不僅在相關領域擁有不俗的研究成果，而且對相關領域的科技前沿具有敏銳的洞察力。一方面，在教學過程中，任課教師可以有計劃地將科研成果與課本知識進行融合，精心選取和編排課程框架，豐富和充實教學內容，讓學生更加深入地理解新材料、新性能和新理論，培養學生獨立自主學習的能力，從無機材料領域的最新研究成果中積極汲取新知識，避免學生為了應付考試而機械學習；另一方面，出了課堂，也要要求學生自主查閱與課程相關的知識，注重本科生科研素養的提升。例如，每堂課后給學生布置一項科研小任務，獨立完成一篇科研小論文的撰寫，或者以小組合作的形式，指定課題，讓學生根據所學知識完成實驗方案的設計、材料的制備表征和實驗結果的分析，并以團隊形式進行科研匯報，在這個過程中，既能調動學生的學習興趣，又能鍛煉學生查閱文獻資料、團隊合作能力，一舉兩得。

佛山科學技術學院鼓勵本科生積極參與到科研比賽活動中去，例如各種省、市和校級的大學生科技比賽，秉著“鼓勵創新、注重培養、積極參與，重在過程”的參賽原則，由學生根據自己的興趣選取研究課題，任課教師親自帶隊進行指導、協助，讓學生自行參與、自主設計、自主完成整個比賽過程。在濃厚的興趣驅動下，學生能更好地綜合運用相關基礎理論知識和技能，全身心地投入科研競賽中，有利于培養科研思維和創新能力。

(三)結合佛山本地特色教學。本課程研究對象多為玻璃、陶瓷等傳統無機非金屬材料。陶瓷產業作為佛山市的傳統和支柱產業，基礎雄厚，通過不斷地引入國外先進的陶瓷制作技術，目前已發展成為我國最大的陶瓷生產基地。佛山現階段擁有陶瓷生產線千余條，相關的配套產業也得以迅速發展，針對佛山科學技術學院的人才培養定位，教師可以借助佛山得天獨厚的陶瓷產業優勢，從社會實際需求出發設置課程。例如，適當增加無機材料物理性能課程的課時，增設相關內容的實踐、實習課程，由學院和專任教師提前聯系當地特色企業，帶領班級學生參觀無機非金屬材料的生產車間，讓學生對原材料準備、材料制備及性能檢驗過程有個清晰的認知和實際了解。在組織實習課程之前，專任教師要提前對合作企業的工藝技術進行分析與講解，圍繞材料“成分→結構→性能”的研究主線，制定實習課題任務；學生針對教師給定的課題任務，提前了解實習內容，進行文獻調研，做到帶著“問題”和“任務”走進企業，實習效果更好。課后，由教師根據當天的實習情況布置作業，學生回校查閱資料，撰寫綜述，并在下節課作相關課題匯報。這種課堂與實踐相結合的授課模式，既加深了學生對課本內容的理解，又提高了學生對企業實習的重視，教師帶領學生參觀企業生產，加強與本地知名企業的合作，多了解當今企業的發展模式與用人需求，促進企業與畢業生之間的雙向選擇，增加畢業生的就業機會，提高學生就業率。

三、結語

針對《無機材料物理性能》課程目前存在的教學模式陳舊、教學方法與手段單一、實踐教學環節薄弱、理論教學脫離實際應用等方面的不足，從創新教學模式與方法入手，提高教學質量；加強教學實踐環節，緊密聯系教學與科研，培養學生的學習創新能力，以企業的實際需求為導向，為社會培養應用型和工程技術型人才。