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簡要分析《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)改革的探索論文
伴隨著人類社會(huì)的急劇發(fā)展，能源危機(jī)與環(huán)境污染成為人類面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。而新能源作為一種“綠色環(huán)保”新技術(shù)，在減少環(huán)境污染、解決能源危機(jī)方面發(fā)揮著重要的作用，是未來替代傳統(tǒng)能源的最有前景的一種方式。我國乃至世界已經(jīng)把新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展列為國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主攻方向，并制定了一系列政策法規(guī)。新能源產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展帶動(dòng)了新能源材料的研究與開發(fā)，并離不開相應(yīng)的專業(yè)人才的培養(yǎng)，目前新能源材料專業(yè)人才的需求已呈現(xiàn)出供不應(yīng)求的局面。因此，越來越多的高校逐漸發(fā)展新能源相關(guān)的專業(yè)方向，新開設(shè)“新能源材料與器件”專業(yè)，以培養(yǎng)更多優(yōu)秀的新能源領(lǐng)域?qū)ｉT人才，滿足我國新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。
新能源材料與器件專業(yè)是一種多學(xué)科交叉的綜合性專業(yè)，集材料、物理、化學(xué)、電子、信息、生物、機(jī)械等多學(xué)科于一體。該專業(yè)主要圍繞新型的能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)材料、從材料體系的選擇、設(shè)計(jì)、制備、器件組裝等方面入手，培養(yǎng)具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)、較高的綜合素質(zhì)和較強(qiáng)的創(chuàng)新能力的專業(yè)人才，以滿足國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)新能源材料專門人才的需求。我國的新能源材料與器件專業(yè)始建于2010 年，從開始的全國15 所高校到目前全國共有30 余所高校開設(shè)此專業(yè)并呈現(xiàn)遞增的趨勢。目前新能源材料與器件專業(yè)及其相關(guān)學(xué)科的建設(shè)還處于起步發(fā)展階段，考慮到專業(yè)的綜合性與特殊性，該專業(yè)的人才培養(yǎng)方案制定與課程設(shè)置既不能簡單的套用傳統(tǒng)的材料學(xué)科，又不能完全脫離材料，特別是大材料類基礎(chǔ)核心課程《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的課程安排，因此需要認(rèn)真思考和研究。
三峽大學(xué)新能源材料與器件專業(yè)始建于2014 年，經(jīng)過近三年的發(fā)展，該專業(yè)的師資隊(duì)伍、在校本科生、研究生已經(jīng)初步形成一定的規(guī)模，培養(yǎng)了一批批優(yōu)秀的專業(yè)人才。目前，該專業(yè)的正呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢。本文結(jié)合三峽大學(xué)新能源材料與器件專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)及資源情況，探討適合該專業(yè)的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的課程內(nèi)容設(shè)置與課程實(shí)驗(yàn)安排。
1 《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程體系的改革
《材料科學(xué)基礎(chǔ)》是材料類專業(yè)學(xué)生必學(xué)的一門專業(yè)核心課程，該課程以“厚基礎(chǔ)、寬口徑”人才培養(yǎng)目標(biāo)為宗旨，涵蓋的內(nèi)容包括金屬與非金屬、無機(jī)與有機(jī)，主要注重理論基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)。目前市面上的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程教材主要有兩類，一類是側(cè)重于傳統(tǒng)無機(jī)材料如水泥、陶瓷、玻璃的《無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)》，如武漢理工陸佩文主編的，主要內(nèi)容有結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)、晶體結(jié)構(gòu)與缺陷、熔體和玻璃體、表面與界面、熱力學(xué)應(yīng)用、相平衡、擴(kuò)散與固相反應(yīng)、相變、燒結(jié)等。另外一類是側(cè)重于金屬材料方面的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》，如上海交通大學(xué)胡庚祥主編、清華大學(xué)潘金生主編的，主要內(nèi)容有材料的微觀結(jié)構(gòu)，晶體缺陷，原子及分子的運(yùn)動(dòng)，材料的范性形變和再結(jié)晶，相平衡及相圖，材料的亞穩(wěn)態(tài)，材料的物理特性等。兩類教材對(duì)金屬材料學(xué)專業(yè)與無機(jī)非金屬材料專業(yè)學(xué)生而言都是很經(jīng)典的教材。而對(duì)于新能源材料與器件專業(yè)，考慮到該專業(yè)的綜合性與方向性，目前的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程體系及內(nèi)容設(shè)置均不太適應(yīng)本專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)的需求。而且由于理論課時(shí)時(shí)間有限，在教材的選擇上、授課內(nèi)容的取舍與更新上、以及如何在有限的課時(shí)內(nèi)達(dá)到理想的教學(xué)效果，這些都需要認(rèn)真考慮。新能源材料與器件專業(yè)涉及的主要材料體系大多為無機(jī)材料，因而《無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)》教材更適合本專業(yè)學(xué)生。在選擇該教材的前提下，我們針對(duì)性的弱化了無機(jī)材料相關(guān)的領(lǐng)域如玻璃與熔體、相變、相平衡等章節(jié)，著重強(qiáng)調(diào)結(jié)晶學(xué)、晶體結(jié)構(gòu)與缺陷、熱力學(xué)等大材料基礎(chǔ)知識(shí)方面，并在講授基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的過程中適時(shí)的引入半導(dǎo)體材料的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)。
2 注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與科研興趣
新能源材料與器件專業(yè)的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》既要傳授于學(xué)生堅(jiān)實(shí)的材料科學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)，又要培養(yǎng)學(xué)生分析新能源材料、器件與基礎(chǔ)內(nèi)容之間的關(guān)系的能力。鼓勵(lì)學(xué)生參加科研項(xiàng)目，進(jìn)行科學(xué)研究是實(shí)現(xiàn)這一目的最有效、最直接的手段。
我院對(duì)大一新生采用導(dǎo)師制培養(yǎng)方式，每位新生有自己的導(dǎo)師，導(dǎo)師制規(guī)則不僅要求導(dǎo)師從生活、學(xué)習(xí)、思想上對(duì)剛?cè)胄５男律M(jìn)行關(guān)心，還要培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣、愛好。我院導(dǎo)師都具有名校博士學(xué)位，都有自己的學(xué)術(shù)專攻領(lǐng)域，學(xué)生在導(dǎo)師的指導(dǎo)下可以根據(jù)自己的興趣愛好自主選擇導(dǎo)師。在導(dǎo)師帶領(lǐng)下，學(xué)生開始進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，學(xué)習(xí)使用新能源材料制備、性能測試等相關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備以及通過文獻(xiàn)閱讀了解最新的學(xué)科動(dòng)態(tài)。我院在學(xué)生參與科研項(xiàng)目方面給予足夠的支持，例如學(xué)生可以通過科技創(chuàng)新參與導(dǎo)師的科研項(xiàng)目，并給予每個(gè)項(xiàng)目1000元的經(jīng)費(fèi)及相應(yīng)的學(xué)分置換、論文獎(jiǎng)勵(lì)政策，促進(jìn)學(xué)生的科研興趣和自學(xué)能力。很多學(xué)生在教師的帶領(lǐng)下在SCI 期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文、申請(qǐng)國家發(fā)明專利、參加各種國家級(jí)、省級(jí)科技競賽，如全國大學(xué)生金相賽、湖北省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等并多次獲得獎(jiǎng)項(xiàng)。課程教學(xué)與科學(xué)研究相輔相成、以科研促教學(xué)可以顯著的提高學(xué)生科學(xué)的思維方法和創(chuàng)新能力以及運(yùn)用基礎(chǔ)理論解決實(shí)際問題的能力，即注重培養(yǎng)學(xué)生獲取知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)、創(chuàng)新知識(shí)的能力。新能源材料領(lǐng)域材料科學(xué)發(fā)展非常迅速，課本的知識(shí)永遠(yuǎn)跟不上最新的科研成果而理論知識(shí)又以《材料科學(xué)基礎(chǔ)》為基礎(chǔ)，因此，科研與教學(xué)相結(jié)合，以科研促進(jìn)教學(xué)對(duì)于培養(yǎng)創(chuàng)新型專業(yè)人才意義重大。
3 合理利用多媒體教學(xué)
《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程內(nèi)容多、知識(shí)點(diǎn)碎、且抽象性、理論性強(qiáng)，為了提高該課程的教學(xué)效果，有效的教學(xué)手段和教學(xué)方法不可或缺。板書教學(xué)作為一種傳統(tǒng)的教學(xué)手段數(shù)百年來在教學(xué)過程中起到了不可替代的作用，即使在電子產(chǎn)品、科技高度發(fā)達(dá)的今天，也依然占用重要的地位。但是板書教學(xué)的局限性，如信息容量小、內(nèi)容不易保存，枯燥、缺乏趣味性，很難吸引學(xué)生的注意力，已不能完全滿足課堂教學(xué)的需求。而多媒體教學(xué)與板書教學(xué)相比有很多優(yōu)點(diǎn)，如可以創(chuàng)造圖文并茂、有聲有色的教學(xué)環(huán)境，可以把抽象的事物具體化，把復(fù)雜的問題簡單化，從而可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如晶體學(xué)基礎(chǔ)中的晶體結(jié)構(gòu)、四面體間隙、八面體間隙，空間位置比較復(fù)雜，借助于多媒體視頻，教師可以清楚的將不同的晶體結(jié)構(gòu)展示給學(xué)生，學(xué)生可以更好的、準(zhǔn)確的掌握不同晶體結(jié)構(gòu)的構(gòu)造、間隙位置及大小。相變過程中F-R 位錯(cuò)源、位錯(cuò)滑移、攀移等均是該課程的教學(xué)難點(diǎn)，而借助于多媒體教學(xué)，易于學(xué)生理解和接受，可以更好的激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使原來單調(diào)的課堂教學(xué)直觀生動(dòng)、新奇有趣。同時(shí)，多媒體教學(xué)可以省去教師板書的時(shí)間，增加課堂信息量，提高課堂教學(xué)效率。
4 《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)改革
實(shí)踐教學(xué)是專業(yè)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)提高學(xué)生的動(dòng)手能力、培養(yǎng)創(chuàng)新型專業(yè)人才具有關(guān)鍵的作用。《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程理論性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)多、內(nèi)容比較抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)起來比較難理解。而實(shí)踐環(huán)節(jié)不僅可以提高學(xué)生的動(dòng)手能力、還可以加深對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，并提高利用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。因此，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)不容忽視。作為一種新的專業(yè)，新能源材料與器件專業(yè)是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科，該專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)安排應(yīng)針對(duì)專業(yè)需求，秉承但區(qū)別于傳統(tǒng)的金屬材料、無機(jī)非金屬材料專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)，加強(qiáng)新能源材料相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、制備實(shí)驗(yàn)及器件相關(guān)的制備實(shí)驗(yàn)。本校新能源材料與器件專業(yè)的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)為10學(xué)時(shí)，包括6 個(gè)學(xué)時(shí)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和4 個(gè)學(xué)時(shí)的綜合性實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)主要是通過實(shí)驗(yàn)加深對(duì)理論知識(shí)的理解和運(yùn)用。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，要保證每個(gè)學(xué)生都有動(dòng)手機(jī)會(huì)。綜合性實(shí)驗(yàn)主要是在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生自由分組并根據(jù)所學(xué)知識(shí)獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。每個(gè)學(xué)生都要參與到實(shí)驗(yàn)過程中，注重學(xué)生的參與性，并各自承擔(dān)一定的任務(wù)，最后將小組成員所做工作進(jìn)行總結(jié)，寫成標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。綜合性實(shí)驗(yàn)可以結(jié)合授課老師的科研項(xiàng)目進(jìn)行，如我校新能源材料與器件專業(yè)青年教師均為博士研究生，專業(yè)研究方向涉及太陽能電池、鋰離子電池、光催化材料、超級(jí)電容器等領(lǐng)域，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣自由選擇研究方向并請(qǐng)相應(yīng)的老師進(jìn)行指導(dǎo)，完成一個(gè)材料體系的設(shè)計(jì)、制備、測試等過程，形成完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。通過實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)可以加深學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)的了解，增加學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)求知欲望，提高創(chuàng)新能力與思維。
通過以上四個(gè)方面的課程改革策略，我校新能源材料與器件專業(yè)，在比較完善的專業(yè)人才培養(yǎng)方案的引導(dǎo)下，經(jīng)過幾年的建設(shè)已經(jīng)形成了具有一定影響力的專業(yè)。近年來，該專業(yè)購置了多套本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，聯(lián)系了一批實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)基地，充分保證了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的開展; 引進(jìn)了一些國內(nèi)外名校畢業(yè)的高水平人才，積極帶動(dòng)了本科生的科研創(chuàng)新活動(dòng)，培養(yǎng)出了幾批具有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和較強(qiáng)的動(dòng)手能力、創(chuàng)新型的優(yōu)秀人才。
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