“無機材料物理性能”課程改革研究

張興華

摘要：“無機材料物理性能”是無機非金屬材料工程專業(yè)的核心課程，課程重在培養(yǎng)學生對材料物理性能問題的分析、解決能力和實驗技能，為研發(fā)先進功能材料打下堅實的基礎(chǔ)。文章針對實際教學過程中暴露的理論性太強、教學內(nèi)容枯燥、實踐教學環(huán)節(jié)相對薄弱等問題，分析了其出現(xiàn)的原因，指出進行教學改革的必要性，同時提出了改進教學內(nèi)容和教學方法等方面的建議。

關(guān)鍵詞：無機材料物理性能；教學改革；理論教學；實驗教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）28-0074-02

無機材料指由無機物單獨或混合其他物質(zhì)制成的材料，主要包括陶瓷材料、人工晶體、功能玻璃等。無機材料在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學研究中具有廣泛應用，從微觀結(jié)構(gòu)角度設計策略是開發(fā)新材料的重要途徑。為了培養(yǎng)學生具備設計滿足工業(yè)需要的新型無機材料的能力，需要學生深入了解無機材料的組成、結(jié)構(gòu)以及各項物理性能?！盁o機材料物理性能”課程主要講述無機材料的力學性能、熱學性能、光學性能、導電性能、介電性能、磁學性能等基礎(chǔ)知識和作用原理[1]，通過學習本課程可使學生了解無機材料物理性能的表征、測試方法與設備，熟悉目前新型無機材料的發(fā)展趨勢、物理性能和應用。但是，目前“無機材料物理性能”課程的教學以理論教學為主，實踐教學環(huán)節(jié)比較欠缺[2]，即使理論聯(lián)系實際，也往往限于舉例介紹的層面上。此外，由于理論內(nèi)容與實際脫節(jié)，導致剛工作的畢業(yè)生無從下手。

為了鍛煉本科生科研能力的實踐環(huán)節(jié)，提高學生的學習興趣，真正掌握課程內(nèi)容并能學以致用，本文通過提煉五年來對該課程的教學心得，探討了“無機材料物理性能”的教學改革方法。

一、“無機材料物理性能”課程教學改革的內(nèi)容和具體措施

（一）教改內(nèi)容

為了提高學生的學習興趣，提升課程的學習效果，“無機材料物理性能”課程教學改革應從以下兩方面入手。

第一，教學內(nèi)容是課程的核心，凝練、飽滿、合理的教學內(nèi)容對激發(fā)學生的學習興趣、幫助學生理解課程的知識體系和掌握相關(guān)知識技能至關(guān)重要。因此首先應對教學內(nèi)容進行改革，具體有如下三點重要內(nèi)容：（1）提煉傳統(tǒng)教學內(nèi)容，重點講授精品內(nèi)容，如“無機材料物理性能”的力學和斷裂性能、導電和介電性能等。（2）增加密切聯(lián)系實際的內(nèi)容，尤其是基于不同物理性能的材料應用內(nèi)容，如特種陶瓷材料在航空航天和生物醫(yī)學領(lǐng)域的應用、無機發(fā)光材料在半導體照明和顯示領(lǐng)域的應用、介電和壓電陶瓷在精密儀器和控制領(lǐng)域的應用等，培養(yǎng)學生對無機材料物理性能的學習興趣。而在教學過程中，要適當增加案例教學，使其與理論教學內(nèi)容相輔相成，深入淺出，以此來鞏固理論知識，提高學生的實踐創(chuàng)新能力[3]。（3）在理論教學和實踐教學中加入無機材料合成和應用的相關(guān)內(nèi)容，有利于學生在掌握材料物理性能的同時，熟悉材料的制備工藝和實際應用，從而為從事相關(guān)工作打好基礎(chǔ)。

第二，良好、恰當?shù)慕虒W方法是向?qū)W生傳授知識的有效手段，也是教學改革的重點。為此，要有效利用多媒體和實驗室，開發(fā)內(nèi)容豐富、實用的課堂演示和實踐教學內(nèi)容：（1）對于理論教學中提到的各種材料性能，有目的地設置課堂演示，引導學生思考、理解并深入課程內(nèi)容。在授課過程中，減少公式推導，設計、增加圖片、動畫和視頻展示有趣的物理現(xiàn)象；增加課程教學互動，通過提問、課堂討論、翻轉(zhuǎn)課堂等形式，鼓勵學生提出自己的見解和想法；尋找與無機材料物理性能相關(guān)的實際問題或最新的科研文章供學生理解和探討，促進學生對相關(guān)內(nèi)容的學習和理解。（2）加大實踐課程的比例，更多地讓學生親自動手實踐。設計不同的實驗環(huán)境，讓學生在實踐中發(fā)現(xiàn)問題，并找到解決方法。結(jié)合實際的科研項目，設計一些有針對性的實驗，將課堂講授的理論內(nèi)容緊密地聯(lián)系實際應用。（3）對于與科技發(fā)展密切、不斷更新的教學內(nèi)容，如新型特種功能陶瓷材料、石墨烯等碳納米材料、新型無機發(fā)光材料等，在講授理論內(nèi)容時給學生介紹最新的研究進展和熱點問題，傳遞國內(nèi)外最新研究進展與教學內(nèi)容的關(guān)系，激發(fā)學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

（二）教學改革中要解決的關(guān)鍵問題

“無機材料物理性能”課程教學改革的最終目的是探求一套新穎、實用的課程教學方法，完善并精練教學內(nèi)容，以課堂內(nèi)容激發(fā)學生的求知欲，以實驗教學鍛煉學生的實踐能力，使學生在新教學模式下掌握基本概念、物理本質(zhì)、影響因素及其在材料分析中的應用，掌握提高無機材料物理性能的主要方法和手段，同時對無機材料物理性能的測試原理、方法及相關(guān)儀器設備有所了解，培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力和實驗技能，為研發(fā)先進功能材料打下堅實基礎(chǔ)。因此，教改過程中需要著重解決兩個關(guān)鍵問題：（1）舊的教學模式中有一部分教學內(nèi)容陳舊，改革后的課程應與時俱進，增加新穎、實用的分析技術(shù)，使課堂所學密切聯(lián)系實際，激發(fā)學生興趣。（2）舊的教學過程中有些內(nèi)容理論推導過多，沒有突出物理意義，這導致學生對課程核心思想理解不深入。針對此情況，應開發(fā)相關(guān)演示和學生實驗，使學生在實踐中加深對知識的理解。

（三）教學改革的具體措施

現(xiàn)代教學理念強調(diào)要尊重學生的主體地位，教學過程中要注重激發(fā)學生的興趣和激情，同時結(jié)合學生的個性和特長，讓學生在學習中成為積極參與者，而不再是被動的接受者[4]。故在教學改革過程中應采取教師講授與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合、理論教學與實踐教學相促進的教學方式，多觀察學生的課堂反應，總結(jié)教學效果，查找教學問題。為此，教改采取的具體措施有：（1）為培養(yǎng)學生的學習興趣，優(yōu)化、凝練、提升教學內(nèi)容，尤其注重增加密切聯(lián)系實際的內(nèi)容。如追蹤國內(nèi)外無機材料的發(fā)展動態(tài)，將新型微納材料、光電材料、智能材料、能源與環(huán)境材料等內(nèi)容補充進來，并與傳統(tǒng)的授課內(nèi)容有機結(jié)合。（2）根據(jù)課程需求，適當?shù)卦O置課堂演示和實驗環(huán)節(jié)，增大實踐課程的比例，或者模擬工業(yè)環(huán)境，讓學生切實參與進來，以此激發(fā)他們自主學習和實踐的欲望。設計開發(fā)“新型非稀土發(fā)光材料的合成與光譜特性”、“透明半導體薄膜的霍爾效應和應用”等具有前沿性和實用性的實驗項目，及時安排實驗課，以鞏固對課堂內(nèi)容的理解。逐步開設一些創(chuàng)新性實驗，結(jié)合課程內(nèi)容設計大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目，鼓勵學生多多參與，提高學生的專業(yè)素質(zhì)和實踐能力。此外，可結(jié)合教師的科研課題設計實踐內(nèi)容，針對項目要求開展實驗設計和分析，培養(yǎng)學生的科研能力。

二、教學改革后新教學模式的特色

改革后新的“無機材料物理性能”課程教學模式具有以下特色：

第一，突出了前沿性和應用性。教學內(nèi)容中增大了與生產(chǎn)實際密切聯(lián)系的內(nèi)容比例，突出理論和應用的有機結(jié)合，注重實驗項目的創(chuàng)新性和實用性，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力，使學生由學習型向能力型轉(zhuǎn)化。在教學內(nèi)容上，力求使學生掌握影響無機材料物理性能的關(guān)鍵因素和提高材料物理性能的方法和手段，能根據(jù)不同無機材料對其物理性能進行優(yōu)化設計和提高。培養(yǎng)學生綜合運用所學的物理性能理論、方法和技術(shù)手段分析和解決實際工程問題的能力，并能夠根據(jù)實際要求進行無機材料的生產(chǎn)和設計。

第二，擴大了學生的受益面。“無機材料物理性能”不僅是無機非金屬材料工程專業(yè)學生的專業(yè)課，還可作為其他專業(yè)的選修課。選修課更應注重知識的普及和視野的拓展，而新教學模式下的前沿技術(shù)可使更多專業(yè)受益。

第三，教學資源更加豐富。為配合課堂講授和實驗演示，完善了相關(guān)的電子教案、課程案例等，信息量更大，實用性更強，可使學生更深入地理解和掌握所學知識，真正提高實踐能力。

三、結(jié)束語

隨著材料科學的發(fā)展進步和社會要求的提高，“無機材料物理性能”課程體系與教學內(nèi)容改革要適應社會發(fā)展，與時俱進。改革任務長期而艱巨，我們必須不斷地探索與實踐，使課程改革取得最佳效果。

參考文獻：

[1]關(guān)振鐸，張中太，焦金生.無機材料物理性能[M].北京：清華大學出版社，2011.

[2]李晶.《無機材料物理性能》課程教學模式的改革[J].廣東化工，2018，45（3）：221，203.

[3]崔虹燕.案例教學與課題實踐有效結(jié)合的教學改革新模式[J].科技信息，2009，（31）：211，218.

[4]冀俊忠.落實科學發(fā)展觀，深化“人工智能”課程的教學改革[J].計算機教育，2009，（24）：105-107.