基于《無機材料物理性能》課程教學(xué)改革的建議

□陳 婷 李 燕 趙連玉

《無機材料物理性能》課程是高等院校材料科學(xué)與工程專業(yè)的必修課，主要介紹了無機非金屬材料的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電導(dǎo)、磁學(xué)等性能及應(yīng)用。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握材料組成、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，深入理解無機非金屬材料物理性能的本質(zhì)規(guī)律與微觀機制，培養(yǎng)學(xué)生探索材料改性的新方法和解決工程實際問題的能力，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

一、《無機材料物理性能》課程教學(xué)現(xiàn)狀

(一)教學(xué)模式陳舊，教學(xué)方法單一。《無機材料物理性能》作為材料專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，基礎(chǔ)理論性強，課程內(nèi)容涉及無機化學(xué)、物理化學(xué)、材料力學(xué)、量子力學(xué)、高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等課程的相關(guān)基礎(chǔ)與理論，多學(xué)科交叉，教學(xué)難度大，不僅要求學(xué)生具有較好的綜合基礎(chǔ)理論知識，對教師的授課能力也提出了更高的要求[1]。但目前大多數(shù)的高校教師仍然沿用“備課、授課、作業(yè)、考試”等傳統(tǒng)的教學(xué)模式，尤其在授課過程中，教師只是單純地講述課本上的概念、公式和圖表等內(nèi)容，學(xué)生被動地接受新知識。這種“填鴨式”的教學(xué)方式，必然會讓學(xué)生覺得索然無味，上課無精打采，再加上課程內(nèi)容枯燥難懂，概念抽象，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。一般來說，本專業(yè)的學(xué)生在修讀這門課程之前，很少接觸無機非金屬材料相關(guān)的專業(yè)知識，如果教師在上課伊始就照本宣科，很容易使大部分學(xué)生對所講知識理解不到位，無法集中精力聽課，根本達不到很好的教學(xué)效果，即使課后輔助以習(xí)題來記憶和理解這些知識，也很難對相關(guān)知識點進行掌握，往往造成學(xué)習(xí)效率低下[2]。

(二)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱。佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)大綱要求的無機材料物理性能課程有32個學(xué)時，具體分配到每個章節(jié)的學(xué)時往往只有3～4個學(xué)時，學(xué)時短，但整個課程內(nèi)容繁多，知識面廣，難度大。為了完成教學(xué)大綱的任務(wù)，不拖延上課進度，教師只能加快上課進程，以致學(xué)生還未來得及消化所學(xué)知識，就已經(jīng)進行到下一章節(jié)，這種“快餐式”的教學(xué)現(xiàn)象使學(xué)生的學(xué)習(xí)效率大打折扣，再加上部分學(xué)生專業(yè)知識基礎(chǔ)差，無法快速掌握教師在課堂上所講的內(nèi)容，長此以往，往往易使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)心理，從心底抗拒這門課程，更不利于教學(xué)工作的開展。換個角度來看，這種不合理的教學(xué)規(guī)劃，導(dǎo)致課時嚴重不足，反而變相促進教師愈加采取單向輸出的教學(xué)方式，無暇顧及學(xué)生的真實感受，往往忽略了學(xué)生才是上課的主體，沒有考慮到學(xué)生對于課程真正的需求。本課程目的是要學(xué)生基于對無機材料性能、規(guī)律和原理的認識，學(xué)會選擇和使用無機材料，優(yōu)化材料制備工藝和性能，而目前的教學(xué)規(guī)劃擠占了學(xué)生動手實踐的時間，教師將絕大部分時間用于課堂授課，以致沒有多余時間開設(shè)實踐課，學(xué)生無法鍛煉動手實踐能力，僅靠聽課難以深入掌握無機材料相關(guān)物理性能的現(xiàn)象和原理，嚴重影響教學(xué)效果和學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

(三)理論教學(xué)脫離實際應(yīng)用。目前，本課程教學(xué)大綱的內(nèi)容多偏向理論，任課教師嚴格按照教學(xué)大綱上的內(nèi)容進行授課，就會局限于課堂和書本知識，很少與實際生產(chǎn)聯(lián)系在一起，沒有機會增設(shè)與本課程相關(guān)的實踐與實習(xí)環(huán)節(jié)，導(dǎo)致任課教師雖然擁有相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究成果，以及與企業(yè)合作的相關(guān)經(jīng)驗，但在當下的教學(xué)過程中，并沒有機會將自己的科學(xué)成果和實踐經(jīng)驗帶入課堂中，容易使學(xué)生所學(xué)的理論知識和實際應(yīng)用嚴重脫節(jié)，無法利用所了解的科技前沿和科研知識去啟發(fā)學(xué)生，教學(xué)效果往往不盡如人意，很難提高學(xué)生的科研思維與科研創(chuàng)新能力，影響應(yīng)用型人才的培養(yǎng)質(zhì)量，更影響本科生未來的就業(yè)前景，所以該課程改革在提高本科生科研能力和實踐培養(yǎng)中的作用不容忽視[3]。

二、《無機材料物理性能》課程教學(xué)改革

(一)創(chuàng)新教學(xué)模式與教學(xué)方法。

1.借助多媒體創(chuàng)新教學(xué)模式。在《無機材料物理性能》課程的教學(xué)改革中，要打破傳統(tǒng)的“講授—接受”的教學(xué)模式，弱化以老師、課本為主的學(xué)習(xí)觀念，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性。隨著科技的進步與快速發(fā)展，“微課”“慕課”“雨課堂”等多媒體教學(xué)軟件逐漸應(yīng)用到大學(xué)生課堂學(xué)習(xí)中，傳統(tǒng)教學(xué)模式發(fā)生了實質(zhì)性的變化[4]。對于教師來說，每個章節(jié)的課程內(nèi)容都可以通過制作PPT課件進行投屏，取代了傳統(tǒng)的板書過程，解放了教師的雙手，極大地提高了課堂效率，節(jié)約了時間。上課過程中，學(xué)生可以利用“雨課堂”等上課軟件將不懂的問題發(fā)送實時彈幕，讓教師在講課之余，抽出更多的時間了解學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)及存在問題，從而更有針對性地進行講解，更加合理地安排課程；而對于學(xué)生來說，多媒體教學(xué)能夠更加直觀地將課程知識點展現(xiàn)在學(xué)生面前，通過建立模型的方式將課本中抽象難懂的概念進行解釋，對提高教學(xué)效果有一定的幫助。例如，在講解無機材料晶體結(jié)構(gòu)時，可以通過動畫演示晶體分子的結(jié)構(gòu)模型，從三維角度進行展示，便于學(xué)生理解晶體的周期性、晶格結(jié)構(gòu)、排列方式等內(nèi)容；在講解高分子材料斷裂相關(guān)內(nèi)容時，可以通過制作動畫來模擬整個斷裂過程，更加直接地區(qū)分脆性和韌性斷裂等抽象的名詞。

2.情境教學(xué)法、問題導(dǎo)入法。將教學(xué)情景和教學(xué)思政引入課堂，利用教學(xué)情景激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生“反客為主”，強化學(xué)生的主體角色，利用教學(xué)思政經(jīng)典案例，培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感和愛國主義情懷[5]。教師利用問題導(dǎo)入法的教學(xué)方法，積極引導(dǎo)和鼓勵學(xué)生進行思考，敢于發(fā)言，提出自己的見解，并予以反饋，通過“有來有往”的交流模式，逐步將學(xué)生的注意力引入課堂，培養(yǎng)學(xué)生自主思考問題、解決問題的能力。例如，在講解無機材料的光學(xué)性能時，可以通過動畫向?qū)W生展示有趣的丁達爾效應(yīng)，進而提問“為什么膠體里面會出現(xiàn)一條非常光亮的通路”，討論這種現(xiàn)象背后的原理是什么，逐步引導(dǎo)出光的散射相關(guān)內(nèi)容，活躍課堂氣氛，讓學(xué)生在愉悅的課堂環(huán)境中積極主動地學(xué)習(xí)并理解課本中的知識。與此同時，通過多媒體軟件向?qū)W生介紹目前中國科技的前沿發(fā)展，循序介紹無機材料性能、規(guī)律和原理等相關(guān)知識，讓學(xué)生在掌握課堂知識的同時，感受我國無機非金屬材料領(lǐng)域的高速發(fā)展，鼓勵學(xué)生刻苦學(xué)習(xí)，勇敢肩負起時代賦予的重任。此外，在講課之余，引入我國無機材料領(lǐng)域的科學(xué)家們不為金錢名利，報效祖國的故事。例如，向同學(xué)們介紹我國具有“半導(dǎo)體材料之母”“中國太空材料之母”之稱的林蘭英院士，沖破美國重重阻撓回到祖國，不計名利，終身未婚，滿腔熱忱地投身祖國的科學(xué)事業(yè)，為祖國的半導(dǎo)體發(fā)展奉獻了一生，讓林蘭英院士忠貞不渝的愛國精神和求真務(wù)實的科學(xué)精神激勵學(xué)生努力學(xué)習(xí)報效祖國。

3.基于互聯(lián)網(wǎng)改進考核方式方法。傳統(tǒng)的無機材料物理性能課程主要采取“考卷+考勤+作業(yè)”的考核方式，雖然看起來多元化，但實際上過于機械、單一，占用教師大量時間。我們身處“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，智能手機無處不在，幾乎每個大學(xué)生都人手一臺智能手機，任課教師可以借此將智能手機應(yīng)用到課堂中，多媒體智能軟件為教師和學(xué)生提供了更多優(yōu)質(zhì)的教學(xué)平臺和方便快捷的交流方式，學(xué)習(xí)途徑也變得越來越多元化[6]。例如，借助自動報到點名軟件，學(xué)生的出勤率一目了然，不必再逐個進行點名簽到，大大節(jié)約了上課時間；上課前，學(xué)生通過手機實時連接多媒體課件，講課過程中遇到不懂的問題，可以發(fā)彈幕提問，反過來，教師也可以通過手機軟件提出相關(guān)問題，通過手機終端監(jiān)測學(xué)生的答題情況，這樣有利于教師隨時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進度，更加科學(xué)、方便地記錄學(xué)生的課堂成績；課后，學(xué)生可以使用手機軟件提交作業(yè)，教師利用碎片化時間進行批改，通過軟件實時溝通并記錄作業(yè)成績，高效方便。將互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用到無機材料物理性能課程的教學(xué)中，能夠全方位準確評價每一個學(xué)生的各項成績，了解所有學(xué)生對課本知識的掌握情況，使考核更加公平合理。

(二)加強教學(xué)實踐，緊密聯(lián)系科研。在大學(xué)教育中，教學(xué)與科研是密不可分的，教學(xué)為科研提供理論和基礎(chǔ)支撐，而科研是提高學(xué)校教學(xué)水平、教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。國家文件明確提出鼓勵學(xué)生參與科學(xué)研究，著重培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和工程應(yīng)用能力[7]。佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院《無機材料物理性能》的任課教師均承擔國家及省級多項科研項目，為教學(xué)與科研并重型教師，不僅在相關(guān)領(lǐng)域擁有不俗的研究成果，而且對相關(guān)領(lǐng)域的科技前沿具有敏銳的洞察力。一方面，在教學(xué)過程中，任課教師可以有計劃地將科研成果與課本知識進行融合，精心選取和編排課程框架，豐富和充實教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生更加深入地理解新材料、新性能和新理論，培養(yǎng)學(xué)生獨立自主學(xué)習(xí)的能力，從無機材料領(lǐng)域的最新研究成果中積極汲取新知識，避免學(xué)生為了應(yīng)付考試而機械學(xué)習(xí)；另一方面，出了課堂，也要要求學(xué)生自主查閱與課程相關(guān)的知識，注重本科生科研素養(yǎng)的提升。例如，每堂課后給學(xué)生布置一項科研小任務(wù)，獨立完成一篇科研小論文的撰寫，或者以小組合作的形式，指定課題，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識完成實驗方案的設(shè)計、材料的制備表征和實驗結(jié)果的分析，并以團隊形式進行科研匯報，在這個過程中，既能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能鍛煉學(xué)生查閱文獻資料、團隊合作能力，一舉兩得。

佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院鼓勵本科生積極參與到科研比賽活動中去，例如各種省、市和校級的大學(xué)生科技比賽，秉著“鼓勵創(chuàng)新、注重培養(yǎng)、積極參與，重在過程”的參賽原則，由學(xué)生根據(jù)自己的興趣選取研究課題，任課教師親自帶隊進行指導(dǎo)、協(xié)助，讓學(xué)生自行參與、自主設(shè)計、自主完成整個比賽過程。在濃厚的興趣驅(qū)動下，學(xué)生能更好地綜合運用相關(guān)基礎(chǔ)理論知識和技能，全身心地投入科研競賽中，有利于培養(yǎng)科研思維和創(chuàng)新能力。

(三)結(jié)合佛山本地特色教學(xué)。本課程研究對象多為玻璃、陶瓷等傳統(tǒng)無機非金屬材料。陶瓷產(chǎn)業(yè)作為佛山市的傳統(tǒng)和支柱產(chǎn)業(yè)，基礎(chǔ)雄厚，通過不斷地引入國外先進的陶瓷制作技術(shù)，目前已發(fā)展成為我國最大的陶瓷生產(chǎn)基地。佛山現(xiàn)階段擁有陶瓷生產(chǎn)線千余條，相關(guān)的配套產(chǎn)業(yè)也得以迅速發(fā)展，針對佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院的人才培養(yǎng)定位，教師可以借助佛山得天獨厚的陶瓷產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，從社會實際需求出發(fā)設(shè)置課程。例如，適當增加無機材料物理性能課程的課時，增設(shè)相關(guān)內(nèi)容的實踐、實習(xí)課程，由學(xué)院和專任教師提前聯(lián)系當?shù)靥厣髽I(yè)，帶領(lǐng)班級學(xué)生參觀無機非金屬材料的生產(chǎn)車間，讓學(xué)生對原材料準備、材料制備及性能檢驗過程有個清晰的認知和實際了解。在組織實習(xí)課程之前，專任教師要提前對合作企業(yè)的工藝技術(shù)進行分析與講解，圍繞材料“成分→結(jié)構(gòu)→性能”的研究主線，制定實習(xí)課題任務(wù)；學(xué)生針對教師給定的課題任務(wù)，提前了解實習(xí)內(nèi)容，進行文獻調(diào)研，做到帶著“問題”和“任務(wù)”走進企業(yè)，實習(xí)效果更好。課后，由教師根據(jù)當天的實習(xí)情況布置作業(yè)，學(xué)生回校查閱資料，撰寫綜述，并在下節(jié)課作相關(guān)課題匯報。這種課堂與實踐相結(jié)合的授課模式，既加深了學(xué)生對課本內(nèi)容的理解，又提高了學(xué)生對企業(yè)實習(xí)的重視，教師帶領(lǐng)學(xué)生參觀企業(yè)生產(chǎn)，加強與本地知名企業(yè)的合作，多了解當今企業(yè)的發(fā)展模式與用人需求，促進企業(yè)與畢業(yè)生之間的雙向選擇，增加畢業(yè)生的就業(yè)機會，提高學(xué)生就業(yè)率。

三、結(jié)語

針對《無機材料物理性能》課程目前存在的教學(xué)模式陳舊、教學(xué)方法與手段單一、實踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱、理論教學(xué)脫離實際應(yīng)用等方面的不足，從創(chuàng)新教學(xué)模式與方法入手，提高教學(xué)質(zhì)量；加強教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，緊密聯(lián)系教學(xué)與科研，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)創(chuàng)新能力，以企業(yè)的實際需求為導(dǎo)向，為社會培養(yǎng)應(yīng)用型和工程技術(shù)型人才。