“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化和教學(xué)方法的探討

王香 佟運(yùn)祥 周惠敏 李新林 孫志潔

摘要：從《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程性質(zhì)和內(nèi)容出發(fā)，圍繞教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化、教學(xué)方法與教學(xué)手段進(jìn)行了改革與探索。通過對(duì)課程內(nèi)容遴選優(yōu)化，并引入材料科學(xué)前沿知識(shí)和基于項(xiàng)目的課堂教學(xué)模式，采用多媒體現(xiàn)代化教學(xué)手段與傳統(tǒng)板書相結(jié)合，改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)方法，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和綜合素質(zhì)。關(guān)鍵詞：材料科學(xué)基礎(chǔ)；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）38-0172-02

《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程是從事材料科學(xué)研究所必須具備的基礎(chǔ)理論，是材料科學(xué)與工程學(xué)科一門重要的專業(yè)核心課，也是學(xué)生接觸的第一門專業(yè)課，對(duì)后續(xù)專業(yè)知識(shí)的理解和掌握有著至關(guān)重要的作用。該課程涵蓋了材料科學(xué)與工程專業(yè)下的所有二級(jí)方向的基礎(chǔ)理論，它將金屬材料、陶瓷材料、高分子材料和復(fù)合材料的基本理論融合在一起，提煉了各種材料共性的基礎(chǔ)知識(shí)，從材料的組織結(jié)構(gòu)出發(fā)，研究材料的性能與材料結(jié)構(gòu)和制備工藝之間的關(guān)系，內(nèi)容涉及晶體的結(jié)構(gòu)、晶體的缺陷、凝固與相圖、變形與斷裂、回復(fù)與再結(jié)晶、擴(kuò)散、鋼的熱處理原理及常用熱處理工藝等方面的基礎(chǔ)理論和研究材料學(xué)有關(guān)問題的基本方法，學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，除了可以掌握材料領(lǐng)域相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，更是能夠?qū)W會(huì)分析、解決科學(xué)研究或工程應(yīng)用過程中遇到的實(shí)際問題，為從事材料科學(xué)研究和工程技術(shù)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該課程涉及的內(nèi)容廣泛、抽象，理論較深，晶體結(jié)構(gòu)和晶體缺陷部分還包含許多復(fù)雜的圖形，比如晶體的空間結(jié)構(gòu)、晶體缺陷的形成過程、位錯(cuò)的交互作用等，另外三元合金相圖部分也很枯燥、抽象。因此在授課過程中，教師感到難教，學(xué)生感到難學(xué)。為解決這些問題，本教學(xué)課題組在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與教學(xué)手段的改革等方面進(jìn)行了有益探索和實(shí)踐，旨在提高該課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

一、教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

哈爾濱工程大學(xué)《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程主要針對(duì)材料科學(xué)與工程專業(yè)開設(shè)，材料科學(xué)與工程專業(yè)下設(shè)金屬材料與表面工程、材料成形與控制工程、無機(jī)功能材料、高分子和復(fù)合材料四個(gè)方向。根據(jù)學(xué)校厚基礎(chǔ)、寬口徑的人才培養(yǎng)要求，選用由趙品主編，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社出版的《材料科學(xué)基礎(chǔ)教程》，該教材是高等學(xué)?！笆晃濉币?guī)劃教材。教材內(nèi)容以金屬材料為主，但存在部分章節(jié)內(nèi)容不夠具體深入的問題。因此，授課過程中參考了胡庚祥主編，上海交通大學(xué)出版社出版的《材料科學(xué)基礎(chǔ)教程》，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重新組合遴選，遵循以金屬材料為重點(diǎn)，以材料成分-組織結(jié)構(gòu)-制備工藝-性能之間的關(guān)系作為主線，提煉出材料的共性規(guī)律，并輔以包括晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、金屬凝固、二元和三元合金相圖、金屬材料中的塑性變性與斷裂、回復(fù)與再結(jié)晶、擴(kuò)散、金屬固態(tài)相變等的相關(guān)內(nèi)容，適當(dāng)?shù)卦黾优c課程內(nèi)容相關(guān)的材料實(shí)例來進(jìn)一步闡明材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、制備工藝和性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，增強(qiáng)學(xué)生的理解能力?？紤]到本校材料科學(xué)與工程專業(yè)的四大方向，在重點(diǎn)介紹金屬材料理論體系的前提下，要考慮到全部材料領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論范疇，并站在科學(xué)體系層面上進(jìn)行課程內(nèi)容的整合，兼顧到金屬材料、陶瓷材料、高分子材料和復(fù)合材料等的各自特性，利于學(xué)生在更寬闊的視域中掌握材料科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。并緊跟學(xué)科發(fā)展，將材料科學(xué)的發(fā)展前沿知識(shí)與最新科研成果融入課堂，及時(shí)補(bǔ)充到《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)內(nèi)容中，這樣既可以保持教學(xué)內(nèi)容的新穎性，又可以開闊學(xué)生的視野，使學(xué)生對(duì)相關(guān)科研領(lǐng)域的國內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)有所了解，并可能從中產(chǎn)生一些新的想法。教師在教學(xué)過程中也可以穿插適當(dāng)?shù)目蒲袑?shí)例，有意識(shí)使學(xué)生接觸前沿科學(xué)知識(shí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識(shí)，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，以興趣引導(dǎo)學(xué)習(xí)，勢(shì)必事半功倍。同時(shí)，根據(jù)我校的特色，嘗試將課題組或相關(guān)學(xué)科的科研成果滲透入課堂教學(xué)，有重點(diǎn)、有針對(duì)性地引入諸如用于船舶工業(yè)中的合金、用于海洋裝備上的材料等知識(shí)。增強(qiáng)教學(xué)的時(shí)效性，使學(xué)生感覺學(xué)有所用，加強(qiáng)理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際的聯(lián)系。

二、教學(xué)方法改革

傳統(tǒng)的教學(xué)方法主要以教師課堂講授、板書為主。但是材料科學(xué)基礎(chǔ)涉及的理論知識(shí)比較復(fù)雜、抽象，較難理解，如晶體的空間結(jié)構(gòu)、顯微金相組織、三元合金相圖、金屬的塑性變形等許多概念和知識(shí)都是學(xué)生難以想象和教師難以用語言描述的。對(duì)這類內(nèi)容仍采用傳統(tǒng)的授課方法，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的難度大，興趣差，教學(xué)效果不佳。所以有必要對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方法和教學(xué)手段進(jìn)行改革。相對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)方法，多媒體教學(xué)具有直觀、形象、生動(dòng)的特點(diǎn)，而且它傳授的知識(shí)量更大。但是，多媒體教學(xué)的使用往往導(dǎo)致教師把更多的精力放在課件的新穎性和備課的便捷性上，理解不到位而囫圇傳授的情況和過量灌輸?shù)氖虑闀r(shí)有發(fā)生。針對(duì)這種情況，應(yīng)該采用多媒體教學(xué)與板書相結(jié)合的方式，注意教學(xué)過程中信息的傳遞量和教學(xué)內(nèi)容的科學(xué)性、先進(jìn)性。將多媒體教學(xué)與板書相結(jié)合，可彌補(bǔ)板書在時(shí)空上的不足，使抽象的知識(shí)形象化，同時(shí)能夠增加課堂信息量，開闊學(xué)生思維。例如，晶體結(jié)構(gòu)中面心立方和密排六方結(jié)構(gòu)的空間堆垛、晶體結(jié)構(gòu)缺陷中位錯(cuò)的形成和運(yùn)動(dòng)過程、晶體結(jié)晶和固態(tài)相變過程中的形核及生長(zhǎng)過程、三元合金相圖的各相區(qū)劃分、金屬塑性變形的滑移和孿生過程等內(nèi)容都是教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，學(xué)生理解起來很困難。如果采用多媒體技術(shù)中的二維或三維動(dòng)畫對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行演示，就可以使其更形象和生動(dòng)化，便于加深學(xué)生對(duì)這類內(nèi)容的理解，明顯地提高教學(xué)效果。但是教師在授課過程中還不能過多地依賴多媒體教學(xué)，如果一味地應(yīng)用多媒體授課，學(xué)生也可能會(huì)因?yàn)檎n件變化快或信息量過大而難以消化，反而影響學(xué)習(xí)的積極性。因此，有效的方法是將多媒體課件與板書相結(jié)合，二者相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，而且在授課過程中，將二者恰當(dāng)有效地結(jié)合也是提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果的關(guān)鍵。教學(xué)內(nèi)容中涉及到的一些基本理論和公式應(yīng)使用板書的方法講解，這樣在基本理論或公式的推導(dǎo)過程中，能夠給予學(xué)生充分的理解時(shí)間，引導(dǎo)學(xué)生全程跟住教師的思路，更好地理解和掌握，還可以調(diào)動(dòng)學(xué)生參與的積極性。涉及到的新材料開發(fā)、具體制備工藝和加工過程以及應(yīng)用情況，可以通過視頻形式更形象、直觀地來幫助學(xué)生理解，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)與實(shí)際生產(chǎn)聯(lián)系的理解，同時(shí)也激發(fā)學(xué)生對(duì)科研的興趣。

此外，在教學(xué)過程中要堅(jiān)持“以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”的理念，采用集引導(dǎo)法、討論法、案例法于一體的教學(xué)方式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生在課堂上參與的積極性和主動(dòng)性。每次在講授新內(nèi)容之前，可以結(jié)合工程實(shí)際列舉相關(guān)的科研或生產(chǎn)實(shí)例，提出需要解決的問題，在此基礎(chǔ)上引出解決問題所涉及到的理論知識(shí)，進(jìn)而引出授課內(nèi)容，這樣不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且可以啟發(fā)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的思維方式。授課過程中，注意各章節(jié)內(nèi)容的前后貫通，說明各部分內(nèi)容之間的相互關(guān)系，理清各知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系和區(qū)別，體現(xiàn)課程教學(xué)的整體性，使課程內(nèi)容清楚、簡(jiǎn)單。轉(zhuǎn)換教學(xué)內(nèi)容時(shí)，一定要交待交代清楚前后兩部分內(nèi)容間的銜接關(guān)系，以使學(xué)生明白課程教學(xué)內(nèi)容的延續(xù)性、完整性以及編排的必然性。

授課時(shí)可以結(jié)合教師的科研課題，引入基于項(xiàng)目的課堂教學(xué)方式。教學(xué)中引入部分科研工作的內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生從科學(xué)研究成果中學(xué)習(xí)基本概念，將死記硬背的一些枯燥無味的抽象概念變?yōu)樘骄亢徒鉀Q問題的手段，增加學(xué)生的興趣，提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握程度，激發(fā)科研興趣。同時(shí)將科學(xué)研究方法和手段融入教學(xué)中，使教學(xué)真正成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。

三、實(shí)踐教學(xué)方法的應(yīng)用

材料專業(yè)基礎(chǔ)課，是培養(yǎng)學(xué)生科研能力和創(chuàng)新能力的重要課程。在教學(xué)時(shí)必須注重理論和實(shí)際的緊密聯(lián)系，在課程安排上要堅(jiān)持理論授課與實(shí)驗(yàn)操作齊頭并進(jìn)。我校通過獨(dú)立開設(shè)的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)，不僅有利于加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，而且還有利于鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，使他們?cè)敢馊ブ鲃?dòng)探究，培養(yǎng)學(xué)生從事科研的能力。我校開設(shè)的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)環(huán)節(jié)，即驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。其中，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是使學(xué)生驗(yàn)證已學(xué)過的理論，鞏固和加深對(duì)已學(xué)過知識(shí)的理解。對(duì)于某些未能開設(shè)的實(shí)驗(yàn)，在課堂上以圖片、動(dòng)畫或插播媒體文件的形式展示實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解更加透徹。在此基礎(chǔ)上，通過開放實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，主要培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力，提高學(xué)生親自設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、解決工程實(shí)際問題的能力。在這三個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)中，將設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)列為重點(diǎn)，通過這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，可以加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。也可以通過為大二或大三對(duì)科研有興趣的學(xué)生配備導(dǎo)師，讓他們參與到某些教師的科研項(xiàng)目中，這樣可以讓學(xué)生盡早地把所學(xué)的理論知識(shí)真正應(yīng)用到實(shí)踐中，從而鍛煉學(xué)生從事科研工作的能力、掌握科學(xué)的研究方法和培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

四、結(jié)語

通過多年的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段進(jìn)行了有益的探索和研究，取得了較好的效果。通過課程內(nèi)容的優(yōu)化、引入材料科學(xué)發(fā)展的前沿知識(shí)和基于項(xiàng)目的課堂教學(xué)模式，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)和科研興趣。應(yīng)用實(shí)踐教學(xué)的方法，使學(xué)生更好地掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)，提高分析問題和解決問題的能力，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)。

參考文獻(xiàn)：

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