《材料科学基础》课程教学模式改革探讨

张保丰，蒋爱云，朱世杰

(1.黄河科技学院 工学院，郑州 450063;2.郑州大学 材料科学与工程学院，郑州 450002)

《材料科学基础》课程教学模式改革探讨

张保丰1，蒋爱云1，朱世杰2

(1.黄河科技学院 工学院，郑州 450063;2.郑州大学 材料科学与工程学院，郑州 450002)

《材料科学基础》课程是材料科学与工程专业一门重要的专业基础课程，该课程对构建材料专业工程技术人员的专业知识体系和后续专业课程的学习具有非常重要的作用。文中从培养学生人文素质、教学方法和教学手段、实践教学和课程建设等方面探讨了该课程教学模式，以达到提高教学效果和学生综合素质的目的。

材料科学基础；教学模式；教学改革；探讨

《材料科学基础》是材料科学与工程专业一级学科中重要的专业基础理论课之一，该课程系统、全面地介绍材料基础理论知识。课程着眼于材料基本问题，从金属材料的基本理论出发，但并不局限于金属材料，而是将金属材料、无机非金属材料、高分子材料及复合材料等结合在一起，将金属、陶瓷、高分子等不同材料的微观特性和宏观规律建立在共同的理论基础上。着重介绍各类材料的成分、组织结构、制备工艺与材料性能之间的关系，强调各类材料微观结构与宏观表现。由知识传授和能力培养相互渗透形成的完整系统，加强基础、拓宽专业、加强实践训练，使学生能把握材料的共性，熟悉材料的个性。通过理论教学与实验教学，使学生不仅能掌握基本理论，善于分析和解决问题，还能增强动手能力、验证理论、探索新知识的能力，提高学生的综合素质。

1 培养学生的人文素质

课堂教学是人文素质教育的主渠道，加强人文素质教育应将人文素质教育与《材料科学基础》课程的教学实际结合起来，使人文素质教育落实在课堂上。通过讲解，让学生站在一个更高的层次上，看待科学发展与人文及社会科学的紧密联系。

授课中，以材料发展与人类文明为切入点，以人类使用材料的各个时代：旧、新石器时代，陶器时代，青铜器时代，铁器时代，水泥时代，钢时代，硅时代，新材料时代来讲解人类社会进步与材料的发展，使学生深刻认识到材料的发展史就是人类社会的发展史，就是科学技术的发展史[1]。材料是人类社会进步的标志，是人类社会发展的巨大推动力，生产工具制造的物质基础是材料。每一种新材料的应用是人类进化和发展的里程碑。以若干项有影响的科学技术(计算机与材料、能源与材料、航空航天材料、交通与材料、日常生活用品和材料、生命科学与材料等)和重大事件(如911事件、衡阳特大火灾等)，讲解科学技术进步与材料的发展。使学生深刻认识材料的发展史就是科学技术的发展史，以便加深理解材料发展在人类社会发展中，特别是在人类社会现代化过程中发挥的关键作用。这些生动的实例让学生深刻地认识到科学技术包括材料及其制造技术在世界科学发展史上有着重要的地位。

在教学过程中结合日常生活用品，例如，在讲到塑性变形时可以结合易拉罐的生产过程、铜导线的生产过程。还要不断引入相关的学科前沿知识来扩充学生的知识面，例如，我国现在正在开发大型飞机，那么在课堂上可以给学生介绍大型飞机可能用到的先进材料及其制备技术，提出存在的科学问题，让学生掌握目前国内外的研究现状。

2 改革教学方法和教学手段

《材料科学基础》是材料科学与工程一级学科基础课程，其特点是课程内容枯燥、抽象，概念性强，教学难点突出，学生在学习时易感到枯燥难学。如何解决这些问题，提高教学效果，使教学内容不再是概念、原理和方法之间的简单结合，而是由知识传授、能力培养相互渗透形成的完整系统，因此必须在授课时加强基础、拓宽专业、加强实践训练，以此提高课程的教学质量，培养学生的综合素质。

《材料科学基础》是材料科学与工程专业的主要专业基础课。通过讲课、实验、课堂讨论和课外实践等各个教学环节，将金属学、陶瓷学和高分子物理的基础理论融合为一体，以研究材料共性规律。即研究材料的成分、组织结构、制备工艺和性能之间的相互关系，指导材料的设计和应用，并为学习后继专业课程、从事材料科学研究和工程技术工作打下坚实的理论基础。因此，要认真分析本课程中的教学重点和难点，注意教学内容的组织安排，课内外结合，开辟第二课堂。数字化和多媒体技术将会使人从虚拟的实验场景中获取过去只有在实践中才能得到的经验感受和理性知识。

在课堂教学中，注重学思结合，积极探索教学方法和教学手段的改革，摒弃满堂灌和偏重讲授的思想，采取启发式、互动式、案例式、讨论式和参与式教学等较先进的教学方法，力求讲授生动活泼。充分利用现代化的教学手段，把课程教学与学生自学相结合，以教师讲解为主，适当安排学生课堂讨论和习题课。做到课堂信息量大，重点突出;课后辅导及时认真。要帮助学生学会学习，以便他们除完成课后作业外，自学教师布置的自学章节和阅读相关的资料、完成教师布置的专题阅读。同时在课堂上还常用提问、问答或引而不发方法，以调动学生积极思维能力。

教学模式强调以学生为中心，注重自主学习设计，鼓励学生突破课堂内容的束缚，以自己所学的知识进行相关内容分析，注重协作学习和探索学习的新型教学模式(即研究式学习)。

在教学形式上使用现代化教学手段和多媒体形式，如文本、视频、动画、模型、图像、图形、声音、QQ群交流、在线答疑等。制作从静态到动态、从平面到立体、从单色到彩色、能全方位演示教学内容的多媒体课件。这样也可以弥补传统教学在时间和空间等方面的不足，使学生在有限的课时内学到更多专业理论知识，从而提高教学效果。

在教学指导方面采用主体引导和学生自主学习的方式，并具有在线答疑、作业讲评、阶段测试、专题讨论等功能。充分实现了现代信息技术的方便性、及时性、多样性和交互性等特点。注重因材施教。关注学生不同特点和个性差异，发展每一个学生的优势潜能。

在教学过程中注意教学内容组织安排，内外结合，对于材料科学中最基础理论，如位错理论、塑性变形等教学重点、难点，让学生在课外通过大量阅读文献资料和充分准备，然后组织学生进行课堂讨论，并以学生发言为主，让学生直接参与教学。将授课与学术报告，理论与实际结合起来，及时向学生发布与材料科学基础教学内容密切相关的学术报告会信息，鼓励学生积极参与学术报告会，既扩大学生的知识面又使教学内容更加新颖。

对在课堂上教师难以用语言描述、学生又难以想象的内容，采用图、文、声、像、动画等计算机多媒体技术，自行编制教学软件、开发课件，制作动画以及教学录像、幻灯片在多媒体教室中使用，加深学生对课程内容的理解;在动画制作和多媒体课件开发过程中，吸收优秀学生参与进来，能提高学生的学习兴趣。例如为了提高学生对那些需要有丰富空间想象力的晶体结构，复杂金相组织的转变和识别，三元相图的分析、位错的生成发展过程，塑性变形过程中位错增殖和缠结过程等知识难点的理解和掌握，将先进的多媒体现代化教学手段引入材料科学基础教学中，并让它们以二维或三维动画形式生动形象地展示在学生面前。实现图、文、声、像并茂的视听一体化教学，弥补传统教学在时间和空间等方面的不足，以提高教学效果，并让学生在有限的课堂授课学时中学到更多的专业理论知识[2]。

3 加强实践环节，培养学生基本技能和创新能力

本科教学环节的实验一般包括基础性实验(验证型)、综合性实验和创新性实验。基础性实验要设计合理，实验原理要正确，实验步骤和实验要求要详细清楚，经过实验最后形成实验报告;综合实验型实验由学生自己制定方案，自己操作和分析，最后写出综合实验报告。创新性实验一般要在老师的指导下，结合老师的科研项目来进行，学生主要协助老师完成一些开创性的工作，最后写出论文性的实验报告。

《材料科学基础》课程是一门实践性很强的专业基础课，它可帮助学生巩固和加深课堂所学的理论知识，掌握基本实验技能，培养理论联系实际，自己动手分析问题、解决问题的能力，让学生有更多的实践和动手机会，以培养学生实践技能和创新能力[3]。实验课考核成绩由实验理论、实验技能和实验报告三部分组成，从材料的冶炼、凝固、变形加工、制备金相样品及根据相图进行组织分析的综合实验。使学生能了解和掌握金相分析的最基本技能和暗室技术，进一步巩固和加深理解材料内部的结构和形成机理及对性能的影响等作用。对综合实验进行改革，注重提高学生动手能力和综合分析解决问题能力，在实验课安排上新开设一些新的综合性实验，让学生由学生自己制定方案，根据所提供材料设计不同的处理以完成取样、制备金相样品、观察组织、照相、分析、出报告等过程，以培养学生综合实验技能。

4 加强课程建设

由于《材料科学基础》涉及许多基础理论，概念性强，内容抽象，其教学内容的设定决定着学生对材料学基础知识掌握的深度和广度，并会影响后续课程的展开及实施。因此，除了在教学方法与手段上采取相应的措施外，在教学中还要更新课程内容，设计课程体系。在课程内容上，广泛吸取先进的教学经验并与本领域国民经济发展的需要相结合，并将材料科学科学发展的最新成果和发展趋势融入教学内容中，体现多学科的相互渗透、融合、交叉，以及技术科学化、科学技术化、自然科学人文化和工程技术系统化;正确处理好本课程建设与专业系列课程建设的关系，并在学习传统材料知识的前提下，介绍与高新技术或产业有关的新材料、新工艺及新技术，使课程内容兼具基础性和先进性，很好解决经典理论与现代材料科学之间的关系。

5 结束语

《材料科学基础》课程对构建材料专业工程技术人员的专业知识体系和后续专业课程的学习具有非常重要的作用[4]。课程教学模式改革是一项长期的系统工程，需要在教学过程中不断实践和改善，以不断提高教学质量，培养能够适应社会的高级应用型人才。

[1]李洪波，王静，刘洪丽，等.材料科学基础的教学改革与实践[J].铸造设备与工艺，2009(4)：48_50.

[2]解念锁.材料科学基础课程教学改革与实践[J].安徽工业大学学报：社会科学版，2006(5)：120_121.

[3]崔占全，赵品，景勤，等.材料科学基础的教学改革与实践[J].教学研究，2007(1)：53_57.

[4]宁向梅，李谦.材料科学基础课程教学改革与实践[J].中国现代教育装备，2009(14)：70_72.

Innovation for M odel of Teaching of Fundamentals of Materials Science

ZHANG Baofeng1，JIANG Aiyun1，ZHU Shijie2
(1.School of Engineering，Huanghe Science and Technology College，Zhengzhou 450063，China; 2.School of Materials Science and Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450002，China)

Fundamentals ofmaterials science course is an importantbasic course of professional technology ofMaterials Science and Engineering Major，which is very important for structuring professional engineering and technical personnel professional knowledge system and the follow-up professional courses of study.This paper introduces the innovation formodel of teaching of this course from the education of humanistic quality，teaching methods，teaching means，practical teaching and course construction，in order to achieve the purpose of improving the teaching effect and students'comprehensive quality.

fundamentals ofmaterials science;teachingmode;teaching reform;innovation

G642.0；TU51；TU52

A

10.3969/j.issn.1672_4550.2014.01.054

2013_03_25

黄河科技学院教育教学改革项目（JG2011016，JG2012025）。

张保丰（1979_），男，硕士研究生，讲师，主要从事材料工程专业课程教学和研究工作。