關(guān)于材料物理性能課程教學(xué)改革的研究論文
材料學(xué)是一門研究材料結(jié)構(gòu)、特性、工藝和性能關(guān)系的學(xué)科.“材料物理性能”作為材料學(xué)專業(yè)課，需要運(yùn)用材料學(xué)基礎(chǔ)知識來理解材料物理性能的一般規(guī)律和影響因素.“材料物理性能”課程是材料學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課的衍生和發(fā)展，課程中的教學(xué)內(nèi)容與“材料科學(xué)基礎(chǔ)”、“材料力學(xué)”和“材料物理學(xué)”等課程內(nèi)容具有較多交叉.因此，“材料物理性能”具有非常強(qiáng)的綜合性，從而導(dǎo)致了該課程涉及范圍廣、內(nèi)容多、難理解，學(xué)習(xí)起來較為困難.為了適應(yīng)西南大學(xué)材料與能源學(xué)部(以下簡稱“我部”)的培養(yǎng)計劃和促進(jìn)學(xué)科建設(shè)的發(fā)展，對教材的選取、教學(xué)內(nèi)容的取舍、教學(xué)方式和考核機(jī)制的探索尤為重要.此外，由于我部的“材料物理性能”課程設(shè)置時間較短，課程體系和教材建設(shè)都還處于探索發(fā)展階段，因此推進(jìn)教學(xué)改革是探索適用于我部學(xué)科建設(shè)發(fā)展的必由之路.
“材料物理性能”是現(xiàn)代材料研發(fā)與應(yīng)用的理論和實(shí)踐基礎(chǔ).課程內(nèi)容包括材料的熱學(xué)性能、電學(xué)性能、磁學(xué)性能、光學(xué)性能和力學(xué)性能等內(nèi)容，適當(dāng)介紹近年來新型功能材料的發(fā)展.通過本課程的教學(xué)，使學(xué)生了解材料物理性能的發(fā)展和應(yīng)用，重點(diǎn)掌握各種重要性能的原理及微觀機(jī)制，性能的測定方法以及各種材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系.通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠自主地分析材料物理性能的影響因素，以及控制和改善材料物理性能的措施.因此，在教學(xué)中應(yīng)更加強(qiáng)調(diào)知識的應(yīng)用，為學(xué)生在今后工作中遇到的實(shí)際問題提供專業(yè)的理論支持.本文基于我部的學(xué)科背景及“材料物理性能”課程的教學(xué)目標(biāo)，主要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核機(jī)制等方面探索“材料物理性能”課程的教改方向.
1.教學(xué)內(nèi)容的探索
教材的選擇和課程內(nèi)容的把握建立在我部培養(yǎng)計劃和課程教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)之上.材料物理性能涉及的范圍包括材料的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等性能.本課程主要介紹材料的各種物理性能的基本理論及微觀機(jī)制，各性能之間的相互關(guān)系與變化規(guī)律，性能參數(shù)及其來源，性能和材料組成、結(jié)構(gòu)和工藝的關(guān)系，介紹性能的測定方法、控制和改善性能的措施.學(xué)習(xí)本課程的最終目的可歸結(jié)為兩點(diǎn)：①通過控制組織結(jié)構(gòu)獲得具有特定物理性能的材料;②通過測試物理性能參數(shù)的變化來分析材料組織結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變.因此，通過本課程的學(xué)習(xí)可培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計材料和分析材料等方面的能力，為學(xué)生以后在材料的制備、檢測、加工等領(lǐng)域從事相關(guān)工作提供理論基礎(chǔ).這也是我部材料專業(yè)的培養(yǎng)計劃.
由此可見，本課程學(xué)習(xí)的重點(diǎn)不僅是學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的物理和材料學(xué)知識，更在于將基礎(chǔ)知識應(yīng)用于理解材料物理性能的微觀本質(zhì)上.如何把材料學(xué)基礎(chǔ)知識和材料物理性能有機(jī)地結(jié)合成為本課程教學(xué)的一個重要課題.此外，由于材料物理性能這門專業(yè)課具有非常強(qiáng)的綜合性，且不同專業(yè)背景(金屬、非金屬、高分子、化學(xué)等)對于課程重點(diǎn)的把握和理解不一致，因此不同院校根據(jù)自己的學(xué)科背景會調(diào)整課程講授的重點(diǎn).課程改革本身也是學(xué)科建設(shè)的重要組成部分，對課程內(nèi)容的把握不僅要圍繞課程的主要內(nèi)容和受眾的專業(yè)背景，而且也要結(jié)合我部科研的發(fā)展方向.這樣才能使教學(xué)與科研的發(fā)展更加統(tǒng)一，并且在課程建設(shè)和學(xué)生培養(yǎng)上更具特色性和競爭力.基于此，筆者從以下幾個方面對該課程教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化整合進(jìn)行探索.
1)結(jié)合課程學(xué)習(xí)背景引入教學(xué)內(nèi)容.目前，“材料物理性能”在金屬材料專業(yè)大學(xué)三年級開設(shè).此前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了“材料科學(xué)基礎(chǔ)”、“普通化學(xué)”、“材料力學(xué)”、“金屬材料學(xué)”和“材料化學(xué)”等課程，這些課程的學(xué)習(xí)為本課程的學(xué)習(xí)提供了非常好的材料學(xué)專業(yè)背景知識.然而，材料專業(yè)的物理基礎(chǔ)理論課“材料物理學(xué)”并沒有在前期開設(shè)，這可能給學(xué)生迅速地把握物理性能的微觀機(jī)制帶來了一定的困難.因此，在每章節(jié)授課前須增加相關(guān)的背景知識來引入課程講授的主要內(nèi)容.
2)結(jié)合課程設(shè)置整合教學(xué)內(nèi)容.“材料物理性能”課程的學(xué)時為54學(xué)時，其中包括36學(xué)時的理論課和18學(xué)時的實(shí)驗(yàn)課.因此，該課程面臨著“內(nèi)容多、學(xué)時短”的境地.如何既能在短的課時內(nèi)突出課程要點(diǎn)又易于學(xué)生掌握是授課內(nèi)容把握的關(guān)鍵.該課程內(nèi)容包括材料的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等性能.與此課程同時開設(shè)的“材料力學(xué)性能”會對材料力學(xué)性能做詳細(xì)講解，因此本課程僅對力學(xué)性能做簡單介紹，課程的教學(xué)重點(diǎn)集中于光、電、磁、熱四大性能上.在授課時，盡量減少繁雜的理論推導(dǎo)，力求用通俗易懂的語言揭示材料微觀結(jié)構(gòu)與性能之間的定性關(guān)系;通過一些實(shí)例，加深學(xué)生對材料各物理性能的理解和認(rèn)識;從不同角度分析材料各物理性能的一般規(guī)律及核心本質(zhì)，讓學(xué)生自然形成與掌握材料的組成、結(jié)構(gòu)、性能和工藝之間關(guān)系的原則.
3)結(jié)合學(xué)科建設(shè)和科研特色拓展教學(xué)內(nèi)容.作為材料專業(yè)基礎(chǔ)課，課程的重點(diǎn)是揭示各個材料物理性能的微觀機(jī)制，并弄清物理性能與材料組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系.然而，作為一門專業(yè)課，這些內(nèi)容的專業(yè)知識面相對較窄.近年來，教育部提出要拓寬專業(yè)口徑培養(yǎng)綜合性人才，因此有必要進(jìn)一步優(yōu)化培養(yǎng)對象的知識構(gòu)架，既要強(qiáng)化其基礎(chǔ)又要拓寬其知識面.目前我部的科研工作主要集中在能源材料、功能材料和生物材料等方向.這些方向中涉及到的電池、電容器、光電材料、發(fā)光材料、傳感器、材料分析技術(shù)等都與該課程的內(nèi)容息息相關(guān)，這就為該課程的學(xué)習(xí)提供了極大的補(bǔ)充，能夠起到很好的強(qiáng)化作用.因此，可結(jié)合我部的學(xué)科建設(shè)和科研特色對該課程進(jìn)行拓展.
4)結(jié)合授課內(nèi)容選擇教材.教材是體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容、方法和傳授知識的載體，也是深化教學(xué)改革、培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要保證.目前以“材料物理性能”冠名的教材具有多個版本，此外，還有以“無機(jī)材料物理性能”和“材料物理與性能學(xué)”等冠名的版本.多個版本的教材都以材料的力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)性能為基本框架，且又各具特色.例如，一些版本的教材側(cè)重闡述材料的力學(xué)性能，一些版本增設(shè)了固體物理的相關(guān)基礎(chǔ)知識，還有一些版本的教材將章節(jié)分得很細(xì)，如龍毅的教材將介電性能獨(dú)立分為一章，并詳細(xì)介紹了壓電、鐵電等性能.教材的選擇應(yīng)考慮我部課程的設(shè)置和學(xué)生的專業(yè)背景.首先由于我部材料專業(yè)的學(xué)生沒有固體物理的背景，因此需要教材可以通俗易懂地介紹材料物理性能的概念和影響因素.由于在有限的課時內(nèi)將教學(xué)內(nèi)容覆蓋很廣并深入理解是不現(xiàn)實(shí)的，所以較為理想的教材應(yīng)以光、電、磁、熱四大性能來分章，并能清楚地介紹其一般規(guī)律和影響因素.此外，考慮到實(shí)驗(yàn)課的設(shè)置，教材也應(yīng)該簡單地概括物理性能參數(shù)的測量方法.筆者認(rèn)為陳騑騢版的《材料物理性能》一書具備了這些特點(diǎn)，可作為我部材料專業(yè)“材料物理性能”課程的教材.該書還涉及到材料物理性能的測量在材料科學(xué)中的應(yīng)用，這些實(shí)例有助于學(xué)生鞏固知識并培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識分析和解決問題的能力.
2.教學(xué)方式的探索
如果教學(xué)內(nèi)容是教學(xué)的載體，那么教學(xué)方式則是教學(xué)的靈魂.教學(xué)的藝術(shù)性就在于教學(xué)方式的靈活性和多樣性.對于相同的教學(xué)內(nèi)容，如何通過教學(xué)方式的改革來提高教學(xué)質(zhì)量是每一個教學(xué)工作者都應(yīng)該不斷探索的課題.在現(xiàn)代教學(xué)中，課堂教學(xué)方面應(yīng)打破傳統(tǒng)的滿堂灌教學(xué)方式，與學(xué)生多交流，采用啟發(fā)式教學(xué)法，用提問、討論等方法促使學(xué)生發(fā)散思維，調(diào)動學(xué)生積極主動思考的能動性，以加深學(xué)生對課程內(nèi)容的理解，提高其學(xué)習(xí)興趣.基于此，筆者認(rèn)為“材料物理性能”課程教學(xué)方式改革可從以下幾個方面進(jìn)行探索.
1)利用現(xiàn)代教學(xué)手段，更清晰地闡述學(xué)習(xí)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn);
“材料物理性能”中的知識比較抽象，傳統(tǒng)的傳教式和板書教學(xué)常常令學(xué)生覺得乏味，并且也難以清晰而生動地解析材料物理性能的相關(guān)模型和概念.相反，現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)具有手段靈活、內(nèi)容直觀的特點(diǎn).首先，可將課本的知識重點(diǎn)和難點(diǎn)總結(jié)制成幻燈片放映，這樣既可以節(jié)省板書的時間又可以直觀地將教學(xué)的重點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)和展示.其次，利用計算機(jī)軟件可將抽象的物理模型進(jìn)行三維重構(gòu)和模擬，從而將復(fù)雜抽象的物理概念形象生動地展現(xiàn)出來.這樣既提高了學(xué)生理解知識的效率，又增加了學(xué)習(xí)的趣味性.
2)采用互動式教學(xué)，更積極地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和主動性;
傳統(tǒng)的教學(xué)模式多采用以教師講授為主，學(xué)生被動接受的“填鴨式”教學(xué)方式.這種教育方式只能機(jī)械地將知識灌輸給學(xué)生，卻扼殺了學(xué)生的自主性和創(chuàng)新思維.為了調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情并發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，我們提倡探究式的學(xué)習(xí)方式，即學(xué)生在老師的引導(dǎo)下，運(yùn)用已有的知識基礎(chǔ)進(jìn)一步探索知識的應(yīng)用和創(chuàng)新.當(dāng)然，探究式學(xué)習(xí)的前提是學(xué)生已經(jīng)掌握了一定的基礎(chǔ)知識，并且強(qiáng)調(diào)老師引導(dǎo)的重要性.“材料物理性能”是一門性能學(xué)，因此知識的學(xué)習(xí)最終要落實(shí)到評價材料性能和分析材料組織結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用中.該課程中每章的知識可分為兩部分講解：其一是闡述物理性能參數(shù)的物理本質(zhì)及其與材料組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系;其二是物理性能的調(diào)控和應(yīng)用實(shí)例.第一部分知識先由老師將基礎(chǔ)知識教授給學(xué)生;第二部分知識由學(xué)生結(jié)合已學(xué)的材料學(xué)和物理性能的知識進(jìn)行分組討論、匯報并相互提問，最后由老師總結(jié)釋疑.這樣的教學(xué)方式既發(fā)揮了老師的引導(dǎo)作用又調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，既鞏固了學(xué)生的專業(yè)知識又培養(yǎng)了學(xué)生分析問題和解決問題的能力.
3)結(jié)合產(chǎn)業(yè)和科研應(yīng)用，更直觀地體現(xiàn)理論知識的應(yīng)用價值和發(fā)展方向;
知識的學(xué)習(xí)是為了實(shí)際應(yīng)用和知識發(fā)展.現(xiàn)在的大學(xué)教育更多地關(guān)注知識本身的記憶，而沒有把知識的實(shí)際應(yīng)用和當(dāng)前研究的熱點(diǎn)介紹給學(xué)生，這也是導(dǎo)致大學(xué)生學(xué)習(xí)迷茫和就業(yè)困難的因素之一.因此，在實(shí)際的教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)適當(dāng)介紹與所學(xué)知識相關(guān)的工程應(yīng)用和研究熱點(diǎn).對于這些知識的介紹，一方面可以讓學(xué)生對自己所學(xué)的專業(yè)方向有一個更加清晰的認(rèn)識，另一方面可以讓學(xué)生對知識的理解更具有綜合性和立體感.由于我部的研究成果大多與材料物理性能相關(guān)，這也給我們的教學(xué)提供了豐富的素材.在實(shí)際的教學(xué)中我們常以我部最新的研究成果為例通過專題討論的方式介紹給學(xué)生.事實(shí)上，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生對知識應(yīng)用方面的學(xué)習(xí)非常感興趣.課堂實(shí)踐證明，這些內(nèi)容的補(bǔ)充不僅豐富了專業(yè)知識，而且極大地提高了學(xué)生參與課堂討論的積極性.
4)強(qiáng)化實(shí)踐操作和分析，更有效地培養(yǎng)學(xué)生解決問題和分析問題的能力.
為了強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐操作和分析能力，“材料物理性能”專業(yè)課除了理論學(xué)習(xí)也應(yīng)開設(shè)實(shí)驗(yàn)課.我部的最新教學(xué)大綱中也已增設(shè)了“材料物理性能實(shí)驗(yàn)”課程.實(shí)驗(yàn)課的作用不僅讓學(xué)生受到嚴(yán)格系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，鞏固其專業(yè)基礎(chǔ)知識，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維能力和創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、分析和解決實(shí)際問題的能力.此外，將傳統(tǒng)的概念性作業(yè)改為解決實(shí)際問題的開放式作業(yè)，可更充分地發(fā)揮學(xué)生思考問題的能力.
3.考核機(jī)制的探索
根據(jù)最新教學(xué)大綱，“材料物理性能”課程通過理論課和實(shí)驗(yàn)課來綜合考核.理論課的考核又分為課堂考核和期末考試.為了培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)新性并營造良好的課堂氛圍，除了傳統(tǒng)的期末考試外，本課程將加重課堂表現(xiàn)的考核力度.課堂考核由三部分構(gòu)成，即課堂問答情況、分組專題討論效果和開放性作業(yè)的思考與分析，分別按比例計入平時成績.期末考試以課堂理論教學(xué)內(nèi)容為主，適當(dāng)增添學(xué)生課堂討論相關(guān)內(nèi)容.這樣的考核方式有助于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和應(yīng)用專業(yè)知識的能力.
4.結(jié)束語
教學(xué)是一項(xiàng)復(fù)雜而細(xì)致的工作，如何在有限的課堂時間內(nèi)讓學(xué)生真正掌握專業(yè)知識是每一個專業(yè)教師追求的目標(biāo)和不斷探索的課題.作為大學(xué)教師，不僅要教授給學(xué)生專業(yè)的知識，也要教給學(xué)生應(yīng)用知識和發(fā)展知識的能力.這也是培養(yǎng)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才的需要.現(xiàn)代的教育更加強(qiáng)調(diào)在教師的指導(dǎo)下學(xué)生參與教學(xué)的教學(xué)方式，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生自主獲得知識和應(yīng)用知識的能力.針對這些要求，我們就《材料物理性能》課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核機(jī)制進(jìn)行了探索.隨著社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步，教學(xué)工作的方式方法也需要與時俱進(jìn)、不斷革新.因此，要求教師要緊跟材料學(xué)發(fā)展的步伐將最新的教學(xué)理念和科研成果應(yīng)用到實(shí)際的教學(xué)工作中，通過探索與實(shí)踐不斷地提高教學(xué)能力和教學(xué)質(zhì)量.
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