材料物理性能课程设计及教学方法探讨

刘全生，候建华，杨魁胜，张希艳，柏朝晖

(长春理工大学材料科学与工程学院，长春 130022)

20世纪80年代后，美国进一步加快了教育改革的步伐。1983年4月美国高等教育质量委员会发表了国家处在危机之中的调查报告。要求学生通过调查研究和问题探讨的方式进行学习，一方面使学生获得探究能力，另一方面增强学生的探究能力、科学精神以及社会责任感和综合的社会实践能力，对高等教育的教学质量提出更高的要求［1］。由此可见教学质量是高校赖以生存和发展的重要保证［2］。材料物理性能课程是材料科学与工程专业学生的一门专业基础课，也是专业入门课，对于从事材料相关专业的技术人员来说非常必要。由于课程设计的内容丰富，每个学校都有自己的特色和重点，在教学过程中侧重点也有所不同，教学的手段和方式方法也不同，采用优越的教学方法不仅直接影响到学生对课堂教学的兴趣，而且影响学生对教学内容的理解，最终将获得优越的课堂教学质量。因此设置合理的教学环节、内容和选取合适的教学方法对于提高课堂教学质量具有重要的意义［3］。本研究结合长春理工大学材料科学与工程学院的特色，简要介绍材料物理性能课程定位、特色及内容;结合课程组多年从事材料物理性能的教学经验，探讨在教学过程中常用的一些教学方法，以便共享。

一、课程设置概述

(一)课程定位

材料物理性能课程是材料类专业的一门必修专业基础课，与固体物理、材料科学基础、材料现代分析与测试技术、材料工程基础等课程构成专业基础平台课。课程重点阐述材料的光、电、磁、热和力性能与材料组成、结构等内部微观因素和外界宏观因素的关系，是承接基础与专业课程的桥梁，课程是在高等数学、大学物理、固体物理等课程教学的基础上开设，为材料类专业后续专业课程的学习奠定基础。材料物理性能是从事材料工作的科技、技术、管理、实验等人员必须具备的基础知识。

材料物理性能课程以提高学生的分析问题、解决问题和创新能力为目标。通过本课程的学习，学生应该熟悉材料光、电、磁、热和力性能的重要物理概念、物理参数和性能指标，掌握影响材料光、电、磁、热和力性能的微观和宏观的因素，掌握材料光、电、磁、热和力性能的重点表征手段、方法和基本原理。具备阐明材料各种性能的物理本质，初步具备设计材料的能力。

(二)课程设计

本课程分为理论教学和实验教学两部分。课程教学总计64学时，其中理论教学48学时，实验教学16学时。

1.理论教学方面

课程结合了长春理工大学材料科学与工程学院光电功能材料的特色，在教学内容和顺序上突出了光、电、磁等材料的功能特性。结合教学内容，对知识进行了模块化分解，知识模块顺序、培养要求及学时分配如表1所示。

通过模块化教学，为学生建立材料的光、电、磁、热和力学性能间存在密切联系概念，培养学生在设计材料时，能够结合实际应用，综合考虑各种性能，达到培养学生的创新思维和创新能力的目的。

2.实验教学方面

在实验教学方面结合理论教学，根据知识模块结构开设实验内容，在每个模块下开设2～3个实验项目供学生选择，且每个模块都有一个必修实验项目，保证学生对所有的物理性能都有实验过程，达到提高学生实践能力的目的。

表1 模块培养要求及学时分配

二、教学过程中所采用的教学方法

为了提高学生对课程内容的兴趣和课堂教学的听课效果和接受能力，课程组采用了五种教学方法。

1.理论联系实际法，将材料科学发展前沿、工程实际案例、科研成果引入课堂教学。

教学过程中注重教学内容的系统性，反映学科最新进展，结合工程实际安排教学。由于目前材料学科发展日新月异，新材料、新技术层出不穷，教学过程中引入材料学科领域的最新进展文献，在讲授专业基础知识的同时，广泛介绍材料科学与工程领域的最新发展动态和技术进步，开阔视野，注重学生综合素质和创新能力的培养。在讲授理论知识的过程中，注重将相关领域的应用实例和科研动态融入教学内容中，如将教师的科研成果纳入教学内容，教学中运用案例教学，结合理论知识分析国家重大工程中的材料问题，使教学更加生动，在加强学生对专业知识理解的同时，激发了他们从事科学研究和工程开发的热情和兴趣。

2.采用启发式，引导学生深入思考问题。

课堂教学中采用启发式教学法，通过启发、提问，对学生循循善诱，体现了课堂教学主体的转变，增强了学生学习的主动性和师生间的互动，使教师及时了解学生对教学内容的理解和掌握程度，活跃了课堂气氛。

3.采用自主学习法，培养学生独立思考问题的能力。

充分体现以学生为主体的教学思想，探索了自主学习式教学方法，将课堂需要推导的内容，让学生自己推导，可以抽选1～2名基础好的学生上讲台推导。一方面可以加深学生对数量推导过程的理解，加强对知识的理解，另一方面可以增强学生自主学习的能力，培育学生课前预习的好习惯，再则还可以锻炼学生。

4.开展讨论式教学，培养学生探索问题的能力。

讨论式教学可以从两个不同的方向开展，一则在课堂教学过程中直接插入讨论，这种讨论式教学一般是将课堂教学内容与学科发展动态紧密结合，通过教学内容解释前沿问题，增强学生的探索意识，提高学生思考问题，解决问题的能力。例如，我在讲到“如何提高陶瓷材料的透光性，实现透明陶瓷”时，其中有一点就是要采用特殊的工艺过程，我们提到有普通高温烧结、真空高温烧结、真空热压烧结、热等静压烧结，可以让学生讨论为什么真空烧结比普通高温烧结效果好，而热压烧结又比真空烧结好等。我还结合了目前研究的热点，采用放电等离子体烧结(SPS)烧结，为什么采用SPS方法也可以获得透明陶瓷，这一点是目前的最新的实现方法，具体原理还在探讨中，让学生共同参与进来讨论。通过这样的课堂教学我发现，可以很大程度上激发学生的对知识的探索欲望。

再则开展讨论式教学可以课前布置的方式，教师将教学内容上一堂课结束时布置给学生，学生先自学、思考，课堂配合教师共同讨论，使学生知识点掌握得更加深入，并强化了学生的自学能力。

5.采用案例式教学，加深学生对相关知识的认识。

为了加深对难点和重点内容的讲解，采用了案例式教学方法，教师将有规律的、密切相关的内容联系在一起，制作对比案例，有利于对内容的理解，激发了学生的学习兴趣。例如在讲授光与介质相互作用时，将吸收光谱和透射光谱放到一起，学生从图中就可以一目了然地看清楚吸收与透射的关系，在学生大脑中留下深刻的印象，增强学生对该知识点的记忆，加深了学生吸收与透过率公式间的相互转化。

三、结论

本研究结合多年从事材料物理性能的教学工作，提出理论联系实际法、启发式、自主学习法、讨论式教学和案例式教学五种教学方法，理论联系实际法有利于提高学生对相关知识发展进展的掌握，启发式教学有利于开拓学生的创新思维，自主学习法有利于增强学生的基础知识，讨论式教学有利于强化知识，培养团队意识，案例式教学图文并茂，起到增强理解、强化记忆的作用。总之，教学方法多种多样，针对不同的知识点和教学内容，选择合适的教学方法，对于改善课堂教学效果、提高教学质量具有重要的意义。

［1］赵洪.研究性教学与大学教学方法改革［J］.高等教育研究，2006(2):71.

［2］王文芳，陈小丽，吴玉程.材料物理性能教学改革的探讨［J］.合肥工业大学学报:社会科学版，2008(5):98.

［3］郑冀，梁辉，许鑫华，等.材料科学与工程专业平台课程材料物理性能本科生教学改革的探讨［J］.高等工程教育研究，2005(S1):36.