新材料產(chǎn)業(yè)化形勢(shì)下《材料物理性能》的教學(xué)研究與探討

曲立杰+馬春力+黃志求+田春英+王靜+武淑艷

摘 要：文章結(jié)合新材料產(chǎn)業(yè)化，介紹佳木斯大學(xué)《材料物理性能》課程的教學(xué)改革思路和方法。提出了新材料產(chǎn)業(yè)化形勢(shì)下材料物理性能的“實(shí)事教學(xué)法”，并對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，提出了具有佳木斯大學(xué)特色的具體實(shí)施方案。該課題的研究為最終培養(yǎng)具有良好的科研和實(shí)踐能力的新材料產(chǎn)業(yè)形式下的材料類大學(xué)生提供良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：材料物理性能 教學(xué)改革 新材料產(chǎn)業(yè)化形式

中圖分類號(hào)：F240 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4914（2016）09-241-02

材料工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，新材料是材料工業(yè)發(fā)展的先導(dǎo)，是重要的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。近年來(lái)，材料工業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展與新材料的發(fā)展是密不可分的。在傳統(tǒng)工業(yè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)一批具有優(yōu)異性能和特殊功能的材料稱為新材料。任何新材料從研發(fā)到生產(chǎn)使用過(guò)程中都離不開科學(xué)的分析檢測(cè)手段，材料物理性能分析方法是必不可少的方法之一。因此，新時(shí)期材料科學(xué)研究工作者必須掌握材料物理性能理論，并做到理論與實(shí)際相結(jié)合?！恫牧衔锢硇阅堋氛n程的學(xué)習(xí)有助于增強(qiáng)材料類專業(yè)學(xué)生解決分析材料科學(xué)研究中的實(shí)際問(wèn)題的能力，從而適應(yīng)新時(shí)期材料科學(xué)發(fā)展需求?；谛虏牧袭a(chǎn)業(yè)化形式與該課程課堂教學(xué)特點(diǎn)，我校從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式以及實(shí)踐教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)入手對(duì)材料物理性能課程的教學(xué)進(jìn)行改革，以期使新材料產(chǎn)業(yè)化形式下的材料類大學(xué)生具有良好的科研與實(shí)踐能力。

一、材料物理性能課程性質(zhì)

材料物理性能課程主要涉及材料的電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)以及熱電學(xué)等性能。該課程主要研究上述各種物理性能的本質(zhì)及其隨著外界條件改變的變化規(guī)律和外界條件對(duì)性能的影響機(jī)制等。在此基礎(chǔ)上，掌握各種物理性能的表征手段和方法。

材料物理性能課程內(nèi)容抽象，不僅涉及到傳統(tǒng)的金屬材料、非金屬材料，還涉及到功能材料的相關(guān)知識(shí)。如果僅僅是以講授原理方面知識(shí)為重點(diǎn)或主體，一方面課堂教學(xué)內(nèi)容枯燥，另一方面不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，從而不能充分的調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性。因此，我們提出了針對(duì)性較強(qiáng)的《材料物理性能》課程教學(xué)方法，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)施與研究。

二、材料物理性能課程教學(xué)方法

為了提高新形勢(shì)下材料類大學(xué)生的科學(xué)實(shí)踐與創(chuàng)新能力，材料物理性能教學(xué)除了應(yīng)該具有科學(xué)研究方法外，還勢(shì)必要將具有引導(dǎo)性、實(shí)時(shí)性、前瞻性的問(wèn)題引入到教學(xué)中，我們將該方法稱之為“實(shí)事教學(xué)法”。該方法的使用將有助于提高學(xué)生對(duì)該課程學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。該方法的具體實(shí)施方案如下：

（一）闡明課程主線

該方法實(shí)施的前提是學(xué)生首先掌握該門課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容主線，即讓學(xué)生掌握課程涉及到哪些材料及其相關(guān)物理性能分析方法。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)期刊等資料的查詢，了解新材料的研究動(dòng)向，例如新能源材料、光電材料、電磁材料、納米材料等新興領(lǐng)域研究的成果，并且總結(jié)課程學(xué)習(xí)與新材料研究和開發(fā)的相關(guān)性。利用4學(xué)時(shí)介紹課程的總體概況及相關(guān)物理性能的特點(diǎn)，讓學(xué)生對(duì)課程有初步的了解，在此基礎(chǔ)上設(shè)置課外學(xué)習(xí)小組，每個(gè)小組設(shè)定一個(gè)物理性能研究方法，通過(guò)查詢資料獲得該物理性能方法的應(yīng)用對(duì)象或范疇，然后利用2學(xué)時(shí)按照小組進(jìn)行匯報(bào)。帶著問(wèn)題有學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，即可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程的認(rèn)識(shí)，又可以提高獲取信息、分析問(wèn)題和總結(jié)問(wèn)題的能力。

（二）依托于現(xiàn)有的科研環(huán)境和條件

在學(xué)生對(duì)課程有了整體的認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，充分利用本教學(xué)單位的科研資源，將課程的學(xué)習(xí)與現(xiàn)有的科學(xué)研究結(jié)合起來(lái)，這樣讓學(xué)生做到真正的理論與實(shí)踐的結(jié)合。課程教學(xué)中將本教學(xué)單位的相關(guān)科學(xué)研究工作引入到課堂中，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有實(shí)例進(jìn)行分析。

例如在熱學(xué)性能學(xué)習(xí)中，各種轉(zhuǎn)變包括熔化、凝固及固態(tài)相變產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使金屬及合金的熱函、熱容發(fā)生了明顯的改變。正是利用這一特征，可以研究材料相變過(guò)程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。利用本單位的STA409PC示差掃描量熱儀對(duì)玻璃陶瓷CaO-Al2O3-SiO2-CeO2的相變熱力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)該玻璃陶瓷體系進(jìn)行熱分析測(cè)定，獲得熱分析曲線，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算該玻璃陶瓷體系的相變活化能，從而確定相變發(fā)生的可能性。同時(shí)利用熱分析技術(shù)可以測(cè)定材料的相變點(diǎn)，這樣可以科學(xué)合理的制定新材料的合成或者加工工藝，便于增強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程的認(rèn)知度。

（三）開展第二課堂

將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)相結(jié)合，有條件的課程在實(shí)驗(yàn)室完成，實(shí)踐操作環(huán)節(jié)有助于對(duì)理論知識(shí)的理解。例如在對(duì)電學(xué)性能中電阻測(cè)量的學(xué)習(xí)中，我們完全可以在物理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，一邊講解理論，一邊讓學(xué)生進(jìn)行電路的連接。學(xué)生通過(guò)直觀地?cái)?shù)據(jù)能夠更好地理解單電橋和雙電橋電路在測(cè)量電阻中的特點(diǎn)及區(qū)別，這樣能將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)的結(jié)合在一起，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、實(shí)踐動(dòng)手能力和分析問(wèn)題的能力。

三、以教學(xué)方法為背景進(jìn)行課程設(shè)置

課程設(shè)置以實(shí)現(xiàn)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識(shí)為目標(biāo)，以掌握新材料研究和應(yīng)用發(fā)展為導(dǎo)向，結(jié)合課程的內(nèi)容及特點(diǎn)和本教學(xué)單位情況對(duì)課程進(jìn)行合理化設(shè)置。表1是依據(jù)“實(shí)事教學(xué)法”而設(shè)置的《材料物理性能》課程方案。

四、材料物理性能課程教學(xué)與新材料產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的關(guān)系

隨著生活質(zhì)量的提高，低碳生活、清潔能源已經(jīng)成為人們追求的目標(biāo)。這就對(duì)新材料的性能等提出了更高的要求。新材料主要以功能材料為主體，其研發(fā)和應(yīng)用過(guò)程中離不開物理性能分析方法。因此，材料物理性能課程可以利用新材料進(jìn)行豐富與擴(kuò)展，拓寬學(xué)生視野，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。大學(xué)生是新時(shí)期材料研究和生產(chǎn)的后備力量，將會(huì)成為新材料產(chǎn)業(yè)的主力軍。為此，提高材料類大學(xué)生對(duì)材料物理性能分析方法本質(zhì)的認(rèn)識(shí)和理解非常重要。材料物理性能課程的學(xué)習(xí)，有助于加速新材料產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。新材料產(chǎn)業(yè)化必將促進(jìn)材料類大學(xué)生對(duì)該課程的理解，并增加學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

五、結(jié)語(yǔ)

我們從《材料物理性能》課程本質(zhì)和特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合新材料發(fā)展動(dòng)向，進(jìn)行了該課程的教學(xué)改革，突破了傳統(tǒng)的單一講授形式?！皩?shí)事教學(xué)法”的實(shí)施取得了很好的效果，激發(fā)了學(xué)生的科學(xué)研究興趣。我們雖然在《材料物理性能》課程的教學(xué)中獲得了一些經(jīng)驗(yàn)，但是我們還需要繼續(xù)努力，為新材料的開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

[佳木斯大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目（JYLY2014-01）與佳木斯大學(xué)教育科研項(xiàng)目（NO.JKA2013-001）資助。]

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[4] Lijie Qu， Bin Li， Jing Wang，Yuemei Gu. Application of DSC Technique in Study of Glass Ceramic. Advanced Materials Research， 2010

（作者單位：佳木斯大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 黑龍江佳木斯 154007）

（作者簡(jiǎn)介：曲立杰，講師，博士，目前主要從事金屬材料教學(xué)工作和研究。）

（責(zé)編：賈偉）