工程教育及以本為本教育理念下《材料物理性能》課堂教學(xué)模式探索

袁妍妍，劉瑞，蘭睿

摘要：文章以《材料物理性能》教學(xué)為例，基于工程教育和以本為本教育理念，通過優(yōu)化教學(xué)模式來探討本科生的培養(yǎng)模式和高效學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，從了解學(xué)生自身需求、教學(xué)內(nèi)容的建設(shè)、教學(xué)手段等幾方面闡述和分析該課程對提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)問題，從而促進(jìn)高規(guī)格和高級工程技術(shù)人才的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：《材料物理性能》;教學(xué)方法;本科教學(xué)

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2020）01-0233-02

一、引言

本科教育質(zhì)量一直是人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，新時(shí)代背景下，提出了“以本為本、四個(gè)回歸”思想，希望廣大本科院校教師能更加重視本科人才教育培養(yǎng)[1]。“工程教育認(rèn)證”理念強(qiáng)調(diào)本科高等院校同時(shí)重視理論教學(xué)和學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)[2]。該認(rèn)證的提出在給予高等院校發(fā)展希望的同時(shí)，也調(diào)整了部分院校原本特色教育方針，學(xué)校更多地注重學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，而深層次理論學(xué)習(xí)的學(xué)時(shí)大大減少。但是，基礎(chǔ)理論知識的深度學(xué)習(xí)和扎實(shí)掌握是建設(shè)高水平本科教育的基礎(chǔ)。如何更好地平衡工程教育和以本為本理念，專業(yè)課程的教學(xué)模式承擔(dān)著重要責(zé)任?！恫牧衔锢硇阅堋氛n程作為材料科學(xué)與工程專業(yè)的一門主要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，目的是使學(xué)生能從物理效應(yīng)和微觀機(jī)制角度掌握材料物理性能，為設(shè)計(jì)新材料和材料改性打下基礎(chǔ)。本文以江蘇科技大學(xué)《材料物理性能》的教學(xué)為例，探討工程人才培養(yǎng)和高層次人才培養(yǎng)的教學(xué)模式。

二、材料物理性能課程特點(diǎn)分析及重要性

該課程的特點(diǎn)在很多文獻(xiàn)中也已經(jīng)提到，如知識點(diǎn)多、涉及面廣，包括聲、光、電、熱、磁學(xué)、彈性和內(nèi)耗等，是一門涉及多學(xué)科交叉的課程;涉及材料的各種性能與成分、微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系[3]。目前，我們選用的教材是北京航空航天大學(xué)出版社出版的田蒔主編的《材料物理性能》。本書第一章節(jié)首先介紹固體中電子能量結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的三個(gè)理論，學(xué)生通過該章節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)可以順利地過渡到后面章節(jié)內(nèi)容，如電、介電、光、熱、磁等。針對材料學(xué)院金屬材料專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)要求，我們重點(diǎn)講授材料的電性能、介電、熱、磁和彈性與內(nèi)耗性能。

本課程的另一個(gè)特點(diǎn)就是涉及的公式推導(dǎo)較多。目前，一些教師的教學(xué)方法傾向于直接給出結(jié)論，缺少推導(dǎo)，學(xué)生認(rèn)為推導(dǎo)公式既枯燥無味，又沒興趣聽，講得太深刻學(xué)生也聽不懂，但是這樣的教學(xué)很容易導(dǎo)致學(xué)生學(xué)得快，忘得也快?！膀唑腰c(diǎn)水”的學(xué)習(xí)，缺乏深度學(xué)習(xí)，學(xué)生課堂上可能記住了結(jié)論，但是在后期使用過程中不能靈活運(yùn)用。

關(guān)于《材料物理性能》這門課程的教學(xué)改革和教學(xué)模式探索，很多文獻(xiàn)的主要觀點(diǎn)是圍繞學(xué)生自主創(chuàng)新和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。但是創(chuàng)新和實(shí)踐能力如果缺乏扎實(shí)的理論知識做后盾是很難培養(yǎng)起來的，最終培養(yǎng)的學(xué)生只能掌握一些概念性的東西，缺乏靈活運(yùn)用和開發(fā)能力?！恫牧衔锢硇阅堋纷鳛槲锢砝碚摵筒牧闲阅苡行ЫY(jié)合的一門課，其知識的深度學(xué)習(xí)對于培養(yǎng)高規(guī)格人才至關(guān)重要。只有準(zhǔn)確掌握并能靈活運(yùn)用理論知識的人，才能將材料很好地開發(fā)應(yīng)用。

三、材料物理性能教學(xué)模式思考與方法

（一）學(xué)生學(xué)習(xí)需求調(diào)查的必要性

目前，本科生的知識獲取渠道簡便而且廣泛。一些學(xué)生會弱化課堂授課的作用，認(rèn)為不會的東西網(wǎng)上一問便知。信息的直接性減少了學(xué)生思考問題和解決問題的能力。針對這樣的學(xué)生群體，如何抓好學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效率和能力，成為教師亟待思考和解決的問題。而對學(xué)生知根知底的學(xué)習(xí)狀態(tài)調(diào)查，了解學(xué)生學(xué)習(xí)需求和自身狀態(tài)，對培養(yǎng)高質(zhì)量人才很有必要。例如，了解所授課班級中學(xué)生將來畢業(yè)直接工作和繼續(xù)深造人數(shù)，教師根據(jù)學(xué)生需求實(shí)施不同的教學(xué)方法。對于畢業(yè)后愿意工作的學(xué)生，平時(shí)教學(xué)注重工程實(shí)踐性，而對于日后繼續(xù)深造的學(xué)生，分配給的學(xué)習(xí)任務(wù)應(yīng)該注重理論知識的深度理解。

（二）教學(xué)模式改革

1.教學(xué)手段的改革——加強(qiáng)學(xué)生課堂參與感。在傳統(tǒng)的專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)中，教師講，學(xué)生被動聽，學(xué)生過于依賴教師講解、懶于思考。因此，如何提高學(xué)生對專業(yè)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)的積極性是亟待解決的問題。多媒體授課與板書結(jié)合是目前公認(rèn)的有效的教學(xué)手段，尤其針對像《材料物理性能》這樣內(nèi)容多而抽象的課程，多媒體技術(shù)提供的圖片、動畫和視頻等可以讓學(xué)生更加容易理解原本枯燥和抽象的物理知識。多媒體教學(xué)在實(shí)現(xiàn)課堂多樣化學(xué)習(xí)的同時(shí)，也增加了課堂信息量。如果學(xué)生都能認(rèn)真聽講，相信他們都能夠很好地理解所學(xué)知識。但是課堂上過多信息的灌入，會使學(xué)生產(chǎn)生疲勞感，尤其是在信息和網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)的時(shí)代。如何改變這種現(xiàn)狀呢？除了課堂提問和簡單互動等手段，筆者針對自己親身上課體會提出以下方法：增加學(xué)生課堂參與度（課堂限時(shí)學(xué)習(xí)講解）。課堂上，如果有大部分學(xué)生課堂注意力分散，可以考慮暫時(shí)停止講課，把沒有講過的一個(gè)知識點(diǎn)分配給學(xué)生，讓學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)自學(xué)，然后講解。本方法類似翻轉(zhuǎn)課堂，但又有所區(qū)別，不同點(diǎn)是本方法嚴(yán)格限制了學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間。該方法把被動聽課的學(xué)生變成主動的講解者，考查了學(xué)生的自學(xué)能力。自己的自學(xué)能力如何，考試成績不能很好地說明問題，而自己能夠短時(shí)間內(nèi)把沒有學(xué)過的東西通過自學(xué)且很好地講出來才能說明學(xué)習(xí)能力。這樣的限時(shí)訓(xùn)練讓學(xué)生認(rèn)識到自己的不足，認(rèn)識到本科學(xué)習(xí)期間不只是學(xué)習(xí)理論知識，學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)也同樣重要。

2.學(xué)生參與備課。教師在制作多媒體課件的時(shí)候，讓學(xué)生參與其中，比如針對下一節(jié)課的講課內(nèi)容，教師提出一個(gè)重要的知識點(diǎn)，學(xué)生三五人一組制作圖片或者動畫，教師在準(zhǔn)備課件的時(shí)候放入學(xué)生制作的課件。在講課的過程中，學(xué)生看到自己的圖片或者動畫被教師放入課件，會產(chǎn)生一定的滿足感和自豪感。增加了學(xué)生的課堂參與感，課堂中有期待，能更好地認(rèn)真聽講。同時(shí)該方法將學(xué)生從被動接受的狀態(tài)中解放出來，發(fā)揮了其主動性，鍛煉了學(xué)生學(xué)習(xí)能力的同時(shí)，也增加了師生之間的交流。另外，可以將此作為學(xué)生平時(shí)成績的考核內(nèi)容之一，教師提出的知識點(diǎn)也是本節(jié)課的重點(diǎn)。

（三）教學(xué)內(nèi)容的改革

作為材料專業(yè)的學(xué)生，材料靈活應(yīng)用的前提是理論知識的精確掌握。我們在講解材料物理性能的時(shí)候，材料每一種性能的物理概念和本質(zhì)以及影響因素都要重點(diǎn)講解。此外，有些知識點(diǎn)的公式推導(dǎo)也是很有必要的。例如，關(guān)于熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率關(guān)系式，魏德曼—弗蘭茲給出二者之比正比于溫度的定律，書中只是給出了結(jié)論，但這樣的關(guān)系是如何得來的，經(jīng)過課堂上仔細(xì)講解和推導(dǎo)，雖然用時(shí)較長，但是學(xué)生理解更透徹。再比如，材料熱膨脹的本質(zhì)模型講解，我們知道熱膨脹本質(zhì)是點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點(diǎn)間平均距離隨溫度升高而增大，課堂上詳細(xì)講解了該模型公式的推導(dǎo)計(jì)算，最后得出位移與溫度的關(guān)系式，最后考試表明學(xué)生該部分的掌握要好于淺顯講解的知識點(diǎn)。

在進(jìn)行深度理論知識教授的同時(shí)，還要涉及材料物理性能的應(yīng)用以及在特定應(yīng)用環(huán)境下材料的物理性能改變。深度理論講解結(jié)合材料性能實(shí)際應(yīng)用及改變，更有利于加深學(xué)生對知識的理解程度，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，更重要的是為了培養(yǎng)更高層次的人才打下基礎(chǔ)。對于普通本科院校來說，每年材料學(xué)科考研學(xué)生數(shù)量不斷增加，而材料中理論知識深度講解對于進(jìn)入更高層次院校的學(xué)生進(jìn)修做了良好鋪墊。

四、結(jié)論

本文在工程認(rèn)證和以本為本的教育理念指導(dǎo)下，提出《材料物理性能》課程的教學(xué)改革。從調(diào)查學(xué)生自身需求、教學(xué)內(nèi)容建設(shè)和教學(xué)方法手段等方面進(jìn)行改革和實(shí)踐，以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和課堂參與感為指導(dǎo)思想，達(dá)到提高學(xué)生自我學(xué)習(xí)能力和提升專業(yè)技能的培養(yǎng)目的。在今后的教學(xué)過程中我們還需要不斷鉆研教學(xué)內(nèi)容和探索課程教學(xué)評價(jià)機(jī)制，進(jìn)一步提高本科生培養(yǎng)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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[2]楊振宏，楊書宏，宋守信，等.國外工程教育（本科）專業(yè)認(rèn)證分析與借鑒[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，（02）：61.

[3]鄭贛鴻，戴振翔，馬永青.《材料物理性能》課程的教學(xué)改革[J].教育教學(xué)論壇，2018，（29）：110-111.

Based on Engineering Education and People-oriented Education Exploration of Teaching Mode for the Course of "Physical Properties of Materials"

YUAN Yan-yan，LIU Rui，LAN Rui

（National Demonstration Center for Experimental Materials Science and Engineering Education，Jiangsu University of Science and Technology，Zhenjiang，Jiangsu 212003，China）

Abstract：Based on the engineering education and people-oriented education concept，taking an example of the course of "Physical Properties of Materials"，this paper aims to explore the training mode and cultivation of the undergraduates' efficient learning ability by optimizing the teaching model.In addition，the author discusses the improvement of students' learning ability from the view of the understanding of students' own needs，the construction of the teaching content，teaching methods.Thus，it is useful for cultivating high-standard and advanced engineering and technical talents.

Key words："Physical Properties of Materials";teaching method;undergraduate teaching