關(guān)于學(xué)生創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的幾點(diǎn)思考

黃本生

摘 要：材料既是高新技術(shù)的重要組成部分，又是高新技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，也是提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)能級、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。在21世紀(jì)，材料科學(xué)研究已被提升到了空前的高度。隨著材料科學(xué)的發(fā)展和時代的需求，對材料領(lǐng)域人才的創(chuàng)新意識以及創(chuàng)新思維提出了更高的要求?！恫牧峡茖W(xué)基礎(chǔ)》是材料人才所必修的基礎(chǔ)性教材，是九層之臺的壘土工程，極具重要性。筆者以授課教師身份，對《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)過程中學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)與延伸進(jìn)行思考，從教材的內(nèi)容改革、教學(xué)方式創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)輔助、考試改革四個角度進(jìn)行論述，以期對提升學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力有所幫助。

關(guān)鍵詞：材料科學(xué)基礎(chǔ) 創(chuàng)新意識 創(chuàng)新能力 改革

中圖分類號：TB30 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（a）-0223-02

材料科學(xué)是自然科學(xué)的一個分支，它側(cè)重于材料本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)、分析和了解，并通過模型和理論的建立使人們能更加便捷地了解材料知識。其本質(zhì)是結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，因此《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的核心教學(xué)內(nèi)容是材料結(jié)構(gòu)的類型以及變化對材料性能的影響規(guī)律[1]。材料的結(jié)構(gòu)是理解和控制性能的核心，其最小的結(jié)構(gòu)單元是原子，同時電子圍繞著原子核的排列情況對材料的電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)都有重要影響，且電子的排列會直接影響原子的鍵合，使材料表現(xiàn)出金屬、非金屬和高分子的性能。材料的性能是由材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，材料的結(jié)構(gòu)表明材料的組元及其排列和運(yùn)動方式，材料的組元是指構(gòu)成材料的組織，如原子、分子和離子等。材料的排列方式取決于組元間的結(jié)合類型，如金屬鍵、離子鍵、共價(jià)鍵以及分子鍵等。《材料科學(xué)基礎(chǔ)》這本書涉及內(nèi)容廣泛，包括：原子結(jié)構(gòu)與結(jié)合鍵、晶體結(jié)構(gòu)缺陷、晶態(tài)固體中的擴(kuò)散、相平衡與相圖、材料的凝固、晶體界面、固態(tài)相變、材料的變形與再結(jié)晶、材料的強(qiáng)韌化等章節(jié)，這些內(nèi)容看似分離實(shí)則緊密聯(lián)系[2-3]。

通過數(shù)十年的教學(xué)工作，筆者發(fā)現(xiàn)在《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教材過程中存在諸多問題。通過學(xué)生的反饋意見發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對前后章節(jié)的知識點(diǎn)并沒有聯(lián)系意識，例如，材料凝固過程、固態(tài)相變過程中伴隨著形核，但大多數(shù)學(xué)生并沒有注重兩者形核過程中的差異，而只單獨(dú)記住了二者的概念及公式；大多數(shù)學(xué)生更加強(qiáng)調(diào)對專有名詞的記背，而不是對專有名詞背后所蘊(yùn)含的機(jī)理進(jìn)行追究，例如：對于柯肯達(dá)爾效應(yīng)的理解，大多數(shù)學(xué)生只會記得擴(kuò)散偶中兩種原子以不同速度擴(kuò)散時，標(biāo)記發(fā)生移動的現(xiàn)象，但是學(xué)生基本不會去細(xì)想為什么兩組元的擴(kuò)散速率不同，為什么原子間的擴(kuò)散系數(shù)存在差異，這就需要和原子結(jié)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)系；學(xué)生將理論知識與應(yīng)用實(shí)例不能結(jié)合起來，例如，大多數(shù)學(xué)生都知道原子的擴(kuò)散行為受激活狀態(tài)的影響，也知道原子向缺陷處進(jìn)行遷移，但是在實(shí)際的焊接過程中，學(xué)生一般不會聯(lián)系到焊接界面處脆性組織的生成一般也是因?yàn)檫@種類型的擴(kuò)散造成的。這些教學(xué)過程中的問題，將會嚴(yán)重制約學(xué)生創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，而創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的欠缺，無疑會在學(xué)生未來的工作以及科研中被放大，不利于學(xué)生的長期成長。因此，在《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的過程中，這些問題必須得到重視，將從以下幾個方面做起。

1 教材內(nèi)容改革

教材內(nèi)容必須要與時俱進(jìn)，材料方面的研究成果更新速度很快，如果不緊跟潮流，會加重學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的枯燥感，因此在教材中要引入一些當(dāng)前先進(jìn)的材料技術(shù)以及實(shí)例，讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)該教材把所學(xué)的基礎(chǔ)知識和最新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果聯(lián)系起來，這樣既鞏固了學(xué)生的理論基礎(chǔ)，又開闊了學(xué)生的視野[4]。比如，在鐵-碳相圖部分，可以增加部分石墨烯的性能特點(diǎn)及當(dāng)前研究成果；在晶態(tài)固體材料中的界面部分，可以增加一點(diǎn)關(guān)于晶界工程的介紹，通過延伸性知識的介紹，對提高學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力很有幫助。關(guān)于教材原有內(nèi)容，一定要做到精簡，通過學(xué)生的反饋信息發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生反饋《材料科學(xué)基礎(chǔ)》這本書的理論知識太多且過于抽象化，內(nèi)容雜糅且難懂，這就需要做到內(nèi)容的精簡化，比如：三元共晶相圖部分，知識過于抽象，里面有很多學(xué)生難以理解的專有名詞（等溫截面、變溫截面、投影圖等）；又比如在界面能與顯微組織形貌章節(jié)中，出現(xiàn)了很多關(guān)于結(jié)論的推導(dǎo)公式，推導(dǎo)難度較大。

對于本科階段的學(xué)生來說，在固定的課時內(nèi)，想把這些內(nèi)容講清將透，難度很大，不僅會將學(xué)生講的一頭霧水，還會打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，所以筆者建議將這些內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)刪減。

2 教學(xué)方式創(chuàng)新

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電子化教學(xué)模式在各大學(xué)中得到了普及，利用多媒體教學(xué)工作，將所需講授的東西以圖片、動畫的形式傳遞給學(xué)生，可以將很抽象的東西具體化、模塊化，便于學(xué)生的理解[5]。但是，電子化教學(xué)模式也存在著很多的問題，比如：學(xué)生的跟進(jìn)程度很低，有很大一部分學(xué)生表示有時根本不知道老師講到了哪一章節(jié)，也找不到書上對應(yīng)的知識點(diǎn)，這個問題在《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)工作中表現(xiàn)的尤為突出。關(guān)于這個問題，可采用讓學(xué)生講課的形式才解決，比如：在完成對相平衡與相圖這章知識的授課后，隨機(jī)抽點(diǎn)一部分同學(xué)，讓其在下次課以PPT的形式對該章重要的知識點(diǎn)進(jìn)行匯報(bào)，并將匯報(bào)工作的優(yōu)差納入平時成績的考察范圍，通過這種方式會消除學(xué)生的學(xué)習(xí)惰性提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在相應(yīng)的課程授課完成后，將學(xué)生以小組的形式進(jìn)行劃分，劃分標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該遵從優(yōu)差生匹配的原則，即一個小組內(nèi)優(yōu)秀學(xué)生和較差同學(xué)都存在，讓每個小組的同學(xué)對一個知識點(diǎn)進(jìn)行討論，并將所討論的內(nèi)容進(jìn)行記錄，并以作業(yè)的形式進(jìn)行提交。當(dāng)然，在這個過程中，老師的作用是毋庸置疑的，老師必須充當(dāng)好學(xué)生的引導(dǎo)者與監(jiān)督者。

3 實(shí)驗(yàn)輔助

實(shí)驗(yàn)是材料科學(xué)發(fā)展的先行者，材料科學(xué)理論必須源于實(shí)驗(yàn)，也必須得到實(shí)驗(yàn)的印證。實(shí)驗(yàn)可以提升學(xué)生的動手能力，對提升學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力有著質(zhì)的幫助，將實(shí)驗(yàn)納入《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的教學(xué)工作中是必須的，對學(xué)生進(jìn)行篩選后進(jìn)行分組，隨后下達(dá)實(shí)驗(yàn)的任務(wù)書，讓學(xué)生通過調(diào)研文獻(xiàn)，擴(kuò)展對相關(guān)領(lǐng)域的了解，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。對于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，授課教師應(yīng)遵循簡單、易于上手、具有帶動作用、有利于輔助教學(xué)內(nèi)容的原則，比如：讓學(xué)生從事金相的制備[6]，將會使學(xué)生對材料的結(jié)構(gòu)相關(guān)知識有進(jìn)一步了解。同時，參觀實(shí)驗(yàn)室也是必有的步驟，通過對相關(guān)設(shè)備的測試機(jī)理、參數(shù)要求、技術(shù)指標(biāo)的了解，設(shè)備了解過程中，或多或少設(shè)計(jì)到材料領(lǐng)域的知識，例如，硬度試驗(yàn)會涉及到洛氏硬度、布氏硬度、維氏硬度的相關(guān)知識點(diǎn)。開展本科生與研究生的座談會也是有必要的，通過討論、提問的方式，本科生的問題讓研究生進(jìn)行回答，以學(xué)生之間對話的形式使本科學(xué)生對《材料科學(xué)基礎(chǔ)》中的知識點(diǎn)有更加深入地理解，這種方式更加親切且操作難度較小，有利于進(jìn)行推廣。通過上訴幾種途徑，讓學(xué)生不僅僅局限于課本中的知識，當(dāng)學(xué)生的求知欲望以及有足夠的知識面后，教學(xué)工作將會變得更加輕松，同時無形之中學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力也得到了加強(qiáng)，對學(xué)生以后的學(xué)習(xí)與工作極具幫助性。

4 考試改革

考試是衡量學(xué)生對該課程學(xué)習(xí)掌握情況最直接，也是最直觀的方式。目前，我校采用的是課堂成績占總成績30%，期末考試成績占總成績70%的形式進(jìn)行考核，考試內(nèi)容主要包括：名詞解釋、填空題、單項(xiàng)選擇題、論證題。從考試內(nèi)容的設(shè)置可看出，考試內(nèi)容還是主要強(qiáng)調(diào)于對《材料科學(xué)基礎(chǔ)》中基本概念的了解，這點(diǎn)不利于學(xué)生對知識進(jìn)行掌握與延伸，通過學(xué)生的反饋意見發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在對《材料科學(xué)基礎(chǔ)》考試進(jìn)行準(zhǔn)備中，一般都是對專有名詞進(jìn)行熟背，所以就會造成學(xué)生對專有名詞只了解概念，而對專有名詞所蘊(yùn)含的機(jī)理問題并不清楚，在對試卷進(jìn)行審查過程中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生對概念的字面意思掌握較好，反應(yīng)在試卷上則為名詞解釋、填空題、單向選擇題的分?jǐn)?shù)較高，而在論述題部分出現(xiàn)很多答非所問的現(xiàn)象。因此，試卷的分?jǐn)?shù)設(shè)計(jì)需要得到優(yōu)化，比如，適當(dāng)減少名詞解釋、填空、單項(xiàng)選擇題的分值，對論述題適當(dāng)增加分值。同時，為了保證一定的考試合格率，論述題應(yīng)該分為幾個小問，主要涉及機(jī)理、過程方面的問題，如，刃型位錯與螺型位錯的區(qū)別；細(xì)晶強(qiáng)化的機(jī)理等。同時，為了考察學(xué)生在實(shí)驗(yàn)工作中的掌握情況，在考試中應(yīng)該增加適當(dāng)?shù)念}目對學(xué)生進(jìn)行考察，比如，金相制備的過程主要包括哪些等問題。通過這些考試改革，想必學(xué)生關(guān)于《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的理解水平會更進(jìn)一步。

5 結(jié)語

本文從教材內(nèi)容改革、教學(xué)方式創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)輔助、考試改革四個角度論述了《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)改革的思考。這幾點(diǎn)思考的出發(fā)點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，以及提升學(xué)生對該書的學(xué)習(xí)積極性，為今后的學(xué)習(xí)和工作打好基礎(chǔ)?！恫牧峡茖W(xué)基礎(chǔ)》是材料人才的必修課程，筆者的幾點(diǎn)思考不僅局限于對教材內(nèi)容的學(xué)習(xí)與掌握，還強(qiáng)調(diào)對學(xué)生的學(xué)習(xí)方式及學(xué)習(xí)態(tài)度進(jìn)行優(yōu)化。希望材料專業(yè)的學(xué)生將筆者的幾點(diǎn)思考帶入實(shí)際的學(xué)習(xí)生活中去，為成為優(yōu)秀的材料人而努力。

參考文獻(xiàn)

[1] 王伶俐，張蓓，李濤.材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革與創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].焦作大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，30（3）：103-104.

[2] 解念鎖.材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：社會科學(xué)版，2006，23（5）：119-120.

[3] 徐恒鈞.材料科學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，2013.

[4] 寧向梅，李謙.材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2009，23（14）：70-72.

[5] 賈淑果，寧向梅，田保紅，等.材料科學(xué)基礎(chǔ)多媒體教學(xué)探討[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2010（5）：87-89.

[6] 酈劍，吳濤，謝軼倫.金相樣品制備及其對顯微組織評判的影響[J].金屬熱處理，2006，31（10）：10-14.