《材料科学基础》 课程的教学思考与改革

代辉 宋祖伟 白玉兰 徐香 梁爱琴

摘    要： 本文针对材料科学基础教学实践中遇见的一些问题，从优化、精简教学内容，合理引入最新科研成果和采用多媒体与板书结合的教学方法等方面入手进行教学改革，有效激发学生学习热情，增强课程教学效果。

关键词： 材料科学基础    教学思考    教学改革

《材料科学基础》是我校材料类专业学生必修的专业基础课，课程内容涉及物理、化学、热力学、金属学及陶瓷学等多个相关学科，其特点可用“三多”概括，即叙述性原理、规律多; 需要记忆的概念、术语多;课程内容头绪多[1]。学生普遍反映该课程有“三难”，难记忆，难理解，难以灵活运用，存在担忧与抵触心理，缺课现象时有发生。因此，针对本课程教学内容、教学方法和教学手段进行改革探索和实践，对激发学生学习热情，增强课程教学效果，为后续课程打下坚实基础具有十分重要的意义。

1.优化、精简教学内容

结合专业培养目标，我们选择上海交通大学石德柯主编的《材料科学基础》作为教材，该教材编排新颖，论述清晰，利于学生自学。但该教材将金属材料无机、非金属材料及高分子材料的部分基础理论结合在一起，是典型的以“大材料”专业为背景的教材，知识信息量较大，如果不顾及实际情况，在专业学时本就不多的情况下，一味贪图大而全，就会导致教师难以讲授透彻，学生学习倍感吃力。因此，课程教学中，我们不求大而全，合理优化和精简授课内容，适当降低课程难度与深度。如在晶体结构章节里，只介绍与后续晶体缺陷和材料形变紧密相关的内容，而舍去晶体的对称性，极射投影和倒易点阵等相对较抽象的内容，该部分内容可在后续晶体学基础课程中讲述。二元相图章节里，只介绍三种典型的二元匀晶、共晶和包晶相图及合金凝固过程，并用以分析铁-碳相图，而舍去与凝固有关的动力学理论部分，这些内容可以开设专门的材料热力学与动力学课程讲授。再如该教材在三元相图部分的内容较为繁多。对此，我们根据培养目标和定位在讲授范围方面做了一定的取舍。最终，课堂主要讲授内容包括：三元相图基础、三元匀晶相图、三元共晶相图（固相完全不互溶，固相有限互溶）和三元相图小结（包括三类四相平面的形状、四个平衡相成分点的位置、四相平面上下的相区分布特点、液相线走向特征等）。

2. 合理引入最新科研成果

在材料科学基础课程教学过程中，紧跟时代步伐，引入最新相关领域的科研成果。抓住“90后”学生喜欢新鲜事物的猎奇心理，学生觉得所学知识非常新鲜和超前，从而提高学习兴趣，这样学生不仅能及时了解本学科的前沿动态，对传统知识的理解亦会更深刻，利用这种教学方法能够获得良好的教学效果。比如，在讲授柯肯达尔效应前，先介绍一个利用柯肯达尔效应制备空心纳米材料的实例[2]。首先用气-液-固法制备ZnO纳米线，实心的，再沉积一层AlO，形成ZnO-AlO核壳纳米线。将核壳结构的纳米线在700℃下退火3小时，接着来是见证奇迹的时刻，实心的纳米线变成了空心的ZnAlO纳米管，这样，学生的好奇心就被调动起来，接下来讲解柯肯达尔的实验及相关概念。又如弥散强化是一种典型的第二相粒子强化方式，但本身概念较抽象，学生在这里容易分神，因此，在讲弥散强化概念前，先介绍一篇nature关于制备低密度钢材的工作[3]，这种低密度钢材具有比昂贵的钛合金更好的强度和韧性，讲解过程中，穿插介绍nature期刊，激发学生的兴趣，然后转入说明弥散强化在其中的作用，学生自然而然领会弥散强化的概念。另外，还可以尝试将教师自身科研成果融入课堂教学，如用于农药废水处理的光催化材料，新型高分子材料农用地膜等知识，都可以增强教学时效性，使学生感觉学有所用，并加强理论知识与生产实际的联系，达到很好的教学效果。

3.实现多媒体和板书的有机结合

随着社会不断进步，多媒体教学在大学课堂教学中已经非常普及。多媒体教学有很多优点，能创造出有声有色、图文并茂的教学环境，把抽象的事物直观化，把复杂的问题简单化，为教师教学顺利实施提供形象的表达工具，从而激发学生的学习兴趣[4]。但是，有时过度依赖多媒体教学反而导致教学效果降低，这是由多媒体教学的本质决定的，如不利于教学进度控制，不利于教师与学生的情感交流，学生多不记笔记，导致思维涣散，跟不上老师的思维节奏[5]。

因此，课堂教学中必须使用恰当的教学方式，利用板书和多媒体课件相结合的方式授课。将一些不宜使用板书的教学内容用多媒体课件呈现，如晶体缺陷章节里，位错运动的概念涉及抽象的晶体内部微观内容，学生理解起来非常困难，这里适当运用动画演示，可以有效帮助学生理解。又如在三元相图章节里，对于固态有限互溶的三元共晶相图，因其空间结构比较复杂，学生通常难于理解，而空间结构是学生进一步理解并分析投影图的基础。所以，合理运用多媒体将三元相图拆分、旋转、重组，直观表现出内部各个相区的位置和形态，帮助学生理解三元相图的空间结构，避免教师讲不清，学生听得一头雾水的尴尬。对于一些具有推导性、连贯性的知识点，以及学生应重点掌握的知识点则使用板书形式着重强调。如讲述二元共晶相图的平衡凝固及组织时，采取板书的方式逐步罗列不同温度区间合金的凝固过程，并推导相组成物，组织组成物含量的计算方法，给予学生充分的理解时间，体现教与学的互动性。再如位错反应是位错一节需要重点掌握的知识点，历年都有部分学生在判断位错反应时出现错误，这里，我们采取板书方式，以实际习题演算跟学生重点强调判断位错反应应该从几何条件和能量条件两个角度进行判断，二者缺一不可，加深学生印象，取得较好的教学效果。

总体来说，要想实现教学过程中多媒体与板书的完美结合，教师必须在教学前充分分析和准备，精心组织每堂课的知识点，设计提纲挈领的教案，编制独具优势的课件，从而达到板书与多媒体教学 的完美结合，保证教学按照预期顺利进行。

参考文献：

[1]王卷刚.基于材料化学专业材料科学基础课程研究与实践[J].焦作大学学报，2011，2：86.

[2] FAN，H.Monocrystalline spinel nanotube fabrication based on the Kirkendall effect[J].Nature，2006，5：627.

[3]Kim，S.Brittle intermetallic compound makes ultrastrong low-density steel with large ductility[J].Nature，2015，518：77.

[4]張敬尧.传统与多媒体教学在材料科学基础课程中的和谐统一[J].科教文汇，2011，10：54.

[5]贾淑果.材料科学基础多媒体教学探讨[J].中国现代教育装备，2010，5：87.

基金项目：山东省特色名校建设工程教学研究项目XJG 2013125和课程建设项目XJG2013011。