材料物理性能課程教學改革的研究論文

關于材料物理性能課程教學改革的研究論文

　　材料學是一門研究材料結構、特性、工藝和性能關系的學科.“材料物理性能”作為材料學專業課，需要運用材料學基礎知識來理解材料物理性能的一般規律和影響因素.“材料物理性能”課程是材料學專業基礎課的衍生和發展，課程中的教學內容與“材料科學基礎”、“材料力學”和“材料物理學”等課程內容具有較多交叉.因此，“材料物理性能”具有非常強的綜合性，從而導致了該課程涉及范圍廣、內容多、難理解，學習起來較為困難.為了適應西南大學材料與能源學部(以下簡稱“我部”)的培養計劃和促進學科建設的發展，對教材的選取、教學內容的取舍、教學方式和考核機制的探索尤為重要.此外，由于我部的“材料物理性能”課程設置時間較短，課程體系和教材建設都還處于探索發展階段，因此推進教學改革是探索適用于我部學科建設發展的必由之路.

　　“材料物理性能”是現代材料研發與應用的理論和實踐基礎.課程內容包括材料的熱學性能、電學性能、磁學性能、光學性能和力學性能等內容，適當介紹近年來新型功能材料的發展.通過本課程的教學，使學生了解材料物理性能的發展和應用，重點掌握各種重要性能的原理及微觀機制，性能的測定方法以及各種材料結構與性能的關系.通過本課程的學習，使學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，在教學中應更加強調知識的應用，為學生在今后工作中遇到的實際問題提供專業的理論支持.本文基于我部的學科背景及“材料物理性能”課程的教學目標，主要從教學內容、教學方式和考核機制等方面探索“材料物理性能”課程的教改方向.

　　1.教學內容的探索

　　教材的選擇和課程內容的把握建立在我部培養計劃和課程教學目標的基礎之上.材料物理性能涉及的范圍包括材料的力學、熱學、光學、電學、磁學等性能.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制，各性能之間的相互關系與變化規律，性能參數及其來源，性能和材料組成、結構和工藝的關系，介紹性能的測定方法、控制和改善性能的措施.學習本課程的最終目的可歸結為兩點：①通過控制組織結構獲得具有特定物理性能的材料;②通過測試物理性能參數的變化來分析材料組織結構的轉變.因此，通過本課程的學習可培養學生設計材料和分析材料等方面的能力，為學生以后在材料的制備、檢測、加工等領域從事相關工作提供理論基礎.這也是我部材料專業的培養計劃.

　　由此可見，本課程學習的重點不僅是學習基礎的物理和材料學知識，更在于將基礎知識應用于理解材料物理性能的微觀本質上.如何把材料學基礎知識和材料物理性能有機地結合成為本課程教學的一個重要課題.此外，由于材料物理性能這門專業課具有非常強的綜合性，且不同專業背景(金屬、非金屬、高分子、化學等)對于課程重點的把握和理解不一致，因此不同院校根據自己的學科背景會調整課程講授的重點.課程改革本身也是學科建設的重要組成部分，對課程內容的把握不僅要圍繞課程的主要內容和受眾的專業背景，而且也要結合我部科研的發展方向.這樣才能使教學與科研的發展更加統一，并且在課程建設和學生培養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內容的優化整合進行探索.

　　1)結合課程學習背景引入教學內容.目前，“材料物理性能”在金屬材料專業大學三年級開設.此前，學生已經學習了“材料科學基礎”、“普通化學”、“材料力學”、“金屬材料學”和“材料化學”等課程，這些課程的學習為本課程的學習提供了非常好的材料學專業背景知識.然而，材料專業的物理基礎理論課“材料物理學”并沒有在前期開設，這可能給學生迅速地把握物理性能的微觀機制帶來了一定的困難.因此，在每章節授課前須增加相關的背景知識來引入課程講授的主要內容.

　　2)結合課程設置整合教學內容.“材料物理性能”課程的學時為54學時，其中包括36學時的理論課和18學時的實驗課.因此，該課程面臨著“內容多、學時短”的境地.如何既能在短的課時內突出課程要點又易于學生掌握是授課內容把握的關鍵.該課程內容包括材料的力學、熱學、光學、電學、磁學等性能.與此課程同時開設的“材料力學性能”會對材料力學性能做詳細講解，因此本課程僅對力學性能做簡單介紹，課程的教學重點集中于光、電、磁、熱四大性能上.在授課時，盡量減少繁雜的理論推導，力求用通俗易懂的語言揭示材料微觀結構與性能之間的定性關系;通過一些實例，加深學生對材料各物理性能的理解和認識;從不同角度分析材料各物理性能的一般規律及核心本質，讓學生自然形成與掌握材料的組成、結構、性能和工藝之間關系的原則.

　　3)結合學科建設和科研特色拓展教學內容.作為材料專業基礎課，課程的重點是揭示各個材料物理性能的微觀機制，并弄清物理性能與材料組織結構的關系.然而，作為一門專業課，這些內容的專業知識面相對較窄.近年來，教育部提出要拓寬專業口徑培養綜合性人才，因此有必要進一步優化培養對象的知識構架，既要強化其基礎又要拓寬其知識面.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、發光材料、傳感器、材料分析技術等都與該課程的內容息息相關，這就為該課程的學習提供了極大的補充，能夠起到很好的強化作用.因此，可結合我部的學科建設和科研特色對該課程進行拓展.

　　4)結合授課內容選擇教材.教材是體現教學內容、方法和傳授知識的載體，也是深化教學改革、培養創新人才的重要保證.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“無機材料物理性能”和“材料物理與性能學”等冠名的版本.多個版本的教材都以材料的力學、電學、磁學、光學和熱學性能為基本框架，且又各具特色.例如，一些版本的教材側重闡述材料的力學性能，一些版本增設了固體物理的相關基礎知識，還有一些版本的教材將章節分得很細，如龍毅的教材將介電性能獨立分為一章，并詳細介紹了壓電、鐵電等性能.教材的選擇應考慮我部課程的設置和學生的專業背景.首先由于我部材料專業的學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將教學內容覆蓋很廣并深入理解是不現實的，所以較為理想的教材應以光、電、磁、熱四大性能來分章，并能清楚地介紹其一般規律和影響因素.此外，考慮到實驗課的設置，教材也應該簡單地概括物理性能參數的測量方法.筆者認為陳騑騢版的《材料物理性能》一書具備了這些特點，可作為我部材料專業“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中的應用，這些實例有助于學生鞏固知識并培養學生應用知識分析和解決問題的能力.

　　2.教學方式的探索

　　如果教學內容是教學的載體，那么教學方式則是教學的靈魂.教學的藝術性就在于教學方式的靈活性和多樣性.對于相同的教學內容，如何通過教學方式的改革來提高教學質量是每一個教學工作者都應該不斷探索的課題.在現代教學中，課堂教學方面應打破傳統的滿堂灌教學方式，與學生多交流，采用啟發式教學法，用提問、討論等方法促使學生發散思維，調動學生積極主動思考的能動性，以加深學生對課程內容的理解，提高其學習興趣.基于此，筆者認為“材料物理性能”課程教學方式改革可從以下幾個方面進行探索.

　　1)利用現代教學手段，更清晰地闡述學習內容的重點和難點;

　　“材料物理性能”中的知識比較抽象，傳統的傳教式和板書教學常常令學生覺得乏味，并且也難以清晰而生動地解析材料物理性能的相關模型和概念.相反，現代教學技術具有手段靈活、內容直觀的特點.首先，可將課本的知識重點和難點總結制成幻燈片放映，這樣既可以節省板書的時間又可以直觀地將教學的重點進行總結和展示.其次，利用計算機軟件可將抽象的物理模型進行三維重構和模擬，從而將復雜抽象的物理概念形象生動地展現出來.這樣既提高了學生理解知識的效率，又增加了學習的趣味性.

　　2)采用互動式教學，更積極地調動學生的學習熱情和主動性;

　　傳統的教學模式多采用以教師講授為主，學生被動接受的“填鴨式”教學方式.這種教育方式只能機械地將知識灌輸給學生，卻扼殺了學生的自主性和創新思維.為了調動學生學習的熱情并發揮學生學習的主動性，我們提倡探究式的學習方式，即學生在老師的引導下，運用已有的知識基礎進一步探索知識的應用和創新.當然，探究式學習的前提是學生已經掌握了一定的基礎知識，并且強調老師引導的重要性.“材料物理性能”是一門性能學，因此知識的學習最終要落實到評價材料性能和分析材料組織結構的實際應用中.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的物理本質及其與材料組織結構的關系;其二是物理性能的調控和應用實例.第一部分知識先由老師將基礎知識教授給學生;第二部分知識由學生結合已學的材料學和物理性能的知識進行分組討論、匯報并相互提問，最后由老師總結釋疑.這樣的教學方式既發揮了老師的引導作用又調動了學生學習的主動性，既鞏固了學生的專業知識又培養了學生分析問題和解決問題的能力.

　　3)結合產業和科研應用，更直觀地體現理論知識的應用價值和發展方向;

　　知識的學習是為了實際應用和知識發展.現在的大學教育更多地關注知識本身的記憶，而沒有把知識的實際應用和當前研究的熱點介紹給學生，這也是導致大學生學習迷茫和就業困難的因素之一.因此，在實際的教學實踐中應適當介紹與所學知識相關的工程應用和研究熱點.對于這些知識的介紹，一方面可以讓學生對自己所學的專業方向有一個更加清晰的認識，另一方面可以讓學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，這也給我們的教學提供了豐富的素材.在實際的教學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生.事實上，我們發現學生對知識應用方面的學習非常感興趣.課堂實踐證明，這些內容的補充不僅豐富了專業知識，而且極大地提高了學生參與課堂討論的積極性.

　　4)強化實踐操作和分析，更有效地培養學生解決問題和分析問題的能力.

　　為了強化學生的實踐操作和分析能力，“材料物理性能”專業課除了理論學習也應開設實驗課.我部的最新教學大綱中也已增設了“材料物理性能實驗”課程.實驗課的作用不僅讓學生受到嚴格系統的實驗技能訓練，鞏固其專業基礎知識，更重要的是培養學生嚴謹的科學思維能力和創新意識，培養學生理論聯系實際、分析和解決實際問題的能力.此外，將傳統的概念性作業改為解決實際問題的開放式作業，可更充分地發揮學生思考問題的能力.

　　3.考核機制的探索

　　根據最新教學大綱，“材料物理性能”課程通過理論課和實驗課來綜合考核.理論課的考核又分為課堂考核和期末考試.為了培養學生學習的主動性和創新性并營造良好的課堂氛圍，除了傳統的期末考試外，本課程將加重課堂表現的考核力度.課堂考核由三部分構成，即課堂問答情況、分組專題討論效果和開放性作業的思考與分析，分別按比例計入平時成績.期末考試以課堂理論教學內容為主，適當增添學生課堂討論相關內容.這樣的考核方式有助于培養學生自主學習的能力和應用專業知識的能力.

　　4.結束語

　　教學是一項復雜而細致的工作，如何在有限的課堂時間內讓學生真正掌握專業知識是每一個專業教師追求的目標和不斷探索的課題.作為大學教師，不僅要教授給學生專業的知識，也要教給學生應用知識和發展知識的能力.這也是培養應用型和創新型人才的需要.現代的教育更加強調在教師的指導下學生參與教學的教學方式，進而培養學生自主獲得知識和應用知識的能力.針對這些要求，我們就《材料物理性能》課程的教學內容、教學方式和考核機制進行了探索.隨著社會的發展和科技的進步，教學工作的方式方法也需要與時俱進、不斷革新.因此，要求教師要緊跟材料學發展的步伐將最新的教學理念和科研成果應用到實際的教學工作中，通過探索與實踐不斷地提高教學能力和教學質量.

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