《材料物理與性能》的教學(xué)改革與實踐—以新能源材料與器件專業(yè)為例

吳建棟，盧 輝，楊少林，李 東

(1.北方民族大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2. 材料科學(xué)國家級實驗教學(xué)示范中心(北方民族大學(xué))，寧夏 銀川 750021)

材料物理性能是材料科學(xué)與工程專業(yè)的一門基礎(chǔ)必修課，該課程綜合了材料學(xué)和物理學(xué)兩方面的內(nèi)容。課程通過介紹材料的熱學(xué)性能、力學(xué)性能、電學(xué)性能、介電性能和磁學(xué)性能的物理本質(zhì)，并利用物理學(xué)理論闡述材料的各項性能與材料的成分、微觀結(jié)構(gòu)和組織形態(tài)的相互關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生深刻理解影響材料性能的各種因素[1]?！恫牧衔锢砼c性能》課程涉及的知識面廣，對基礎(chǔ)物理學(xué)、化學(xué)的理論知識要求相對較高，部分基礎(chǔ)較差的學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程有一定的困難。特別是近年來材料科學(xué)的迅猛發(fā)展使材料物理性能所涵蓋的領(lǐng)域和范圍更加廣泛。實施教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等教學(xué)環(huán)節(jié)的改革，將有利于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，培養(yǎng)學(xué)生掌握材料物理性能研究的基本方法和實驗技能，并培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[2-3]。

1 《材料物理與性能》改革措施

作者發(fā)現(xiàn)《材料物理與性能》課程教學(xué)環(huán)節(jié)目前存在的主要問題有三方面，一是學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，二是課程的教學(xué)目標(biāo)已不能適應(yīng)新時代教學(xué)活動的要求，三是針對新能源材料與器件專業(yè)的特點，教學(xué)內(nèi)容需要調(diào)整。針對上述問題，作者采取了如下改革措施，并取得了良好效果。

1.1 教學(xué)目標(biāo)改革

由于學(xué)習(xí)方式和知識獲取途徑的限制，傳統(tǒng)的應(yīng)試教育引導(dǎo)學(xué)生記憶和理解相關(guān)知識點，整個教學(xué)過程都是以相關(guān)知識點為中心展開的。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，學(xué)生獲取知識的途徑越來越多，而且越來越方便[4]。這促使人們對傳統(tǒng)的教學(xué)方式和教學(xué)目標(biāo)進行改革。與直接教授學(xué)生具體的知識相比，讓學(xué)生知道自己需要什么樣的知識更為重要。因此，本課程的主要教學(xué)目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)榕囵B(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生掌握快速獲取相關(guān)知識的方法。

1.2 教學(xué)方式改革

首先，通過各種措施提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。一方面，引導(dǎo)學(xué)生勤于思考，善于思考。例如，在講解緒論部分的時候，以手機為例，請同學(xué)們分析一部手機里面有哪些材料，相應(yīng)的功能是什么，具體的與材料物理性能課程相關(guān)的性能等等。是學(xué)生意識到學(xué)習(xí)材料物理性能課程的意義。另一方面，靈活運用現(xiàn)代教育技術(shù)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強學(xué)習(xí)效果。采用多媒體教學(xué)，靈活運用生動的動畫演示，提高教學(xué)效果。例如，在介紹晶格滑移和位錯運動使,以動畫展示,讓學(xué)生直觀地看到，便于學(xué)生認識和理解。

其次，針對學(xué)生出勤率不高的問題，以往老師都是通過點名考勤的方式督促學(xué)生上課，浪費了寶貴的教學(xué)時間。通過改革考勤方式，要求學(xué)生記課堂筆記，每節(jié)課下課后交給任課老師作為出勤依據(jù)，同時通過分析學(xué)生課堂筆記的內(nèi)容，了解學(xué)生的興趣點以及對相關(guān)知識的掌握情況，為接下來設(shè)置教學(xué)內(nèi)容提供參考。

1.3 教學(xué)內(nèi)容改革

首先，在以往的教學(xué)中，教師多注重材料的熱學(xué)、電學(xué)、介電學(xué)、磁學(xué)和力學(xué)性能的研究，主要介紹材料的各種物理性能、影響因素、測定方法和相關(guān)功能材料的應(yīng)用，而對物理基礎(chǔ)知識部分講解較少，這在一定程度上影響了學(xué)生對材料物理性能的理解和掌握。因此，教師可以在教學(xué)內(nèi)容上添加部分物理基礎(chǔ)知識,通過講授量子力學(xué)基礎(chǔ)和固體物理的基礎(chǔ)知識，增強學(xué)生對微觀原子、電子等的特性、微觀粒子運動規(guī)律以及電子的能帶結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的理解。

其次，不同專業(yè)的學(xué)生對材料性能的關(guān)注點不同。根據(jù)新能源材料與器件專業(yè)的培養(yǎng)方向和專業(yè)特點課程設(shè)置優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)增加熱學(xué)性能、電學(xué)性能等章節(jié)的課時，減少介電性能、鐵電性能和磁學(xué)性能等與新能源材料與器件專業(yè)關(guān)系不是很密切的章節(jié)的課時。新能源材料與器件專業(yè)的學(xué)生更關(guān)注材料的導(dǎo)電性、介電學(xué)以及能帶相關(guān)的內(nèi)容。因此，可以在教學(xué)過程中重點講授與新能源材料與器件專業(yè)緊密相關(guān)的內(nèi)容。

第三，材料科學(xué)的發(fā)展日新月異，教材內(nèi)容顯得相對滯后，僅僅教授學(xué)生書本知識顯然不能滿足學(xué)生日后學(xué)習(xí)和工作的需要。因此，本次改革結(jié)合材料物理與性能課程的特點增加了電極材料的熱學(xué)性質(zhì)、電極材料的電子結(jié)構(gòu)、電極材料的導(dǎo)電性、電極材料的介電性等四個專題講座類的內(nèi)容。安排學(xué)生自主查找資料，分析相關(guān)文獻內(nèi)容與所學(xué)課程的關(guān)系，并作報告討論。

1.4 評價方式改革

傳統(tǒng)的評價方式比較單一，很難反映教學(xué)效果?？紤]到專業(yè)核心課一般以閉卷考試為主，存在考前突擊、死記硬背知識點的情況。部分學(xué)生通過短期背誦知識點可以勉強通過考試，但是對相關(guān)知識點的理解卻非常膚淺。通過設(shè)置過程性評價內(nèi)容可以增強學(xué)生的參與感，加深學(xué)生對相關(guān)知識點的理解，使老師及時了解學(xué)生對相關(guān)知識點的掌握情況。本次改革的過程性評價的內(nèi)容包括：出勤與課堂表現(xiàn)、作業(yè)提交與完成情況、專題講座表現(xiàn)和平時測驗等幾部分構(gòu)成。另外，采用閉卷考試的形式進行終結(jié)性考核。試卷內(nèi)容圍繞材料物理方面的基本概念、基本理論和相關(guān)材料的主要性能等考點，增加了問答、論述題等主觀題的比例。最終，采用總評成績(100%)= 過程評價成績(60%)+ 終結(jié)評價成績(40%)的分配原則進行學(xué)習(xí)效果評價。

2 結(jié)語

針對作者在講授《材料物理性能》課程的過程中所面臨的問題，通過教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)評價方式等四方面的改革，提高的學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性；培養(yǎng)了學(xué)生新的學(xué)習(xí)理念；更好地反映了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和課堂出勤率有了明顯提高，對所學(xué)知識點的掌握明顯加深，理論聯(lián)系實際的能力以及表達能力都有了很大進步。