《材料物理性能》课程教学改革的探讨

李桂杰　李敏

摘要：《材料物理性能》课程是金属材料工程专业的专业基础课，针对该课程内容多而且抽象的特点，我们从教学内容、教学方法与手段、实验教学等方面进行了改革。通过这些改革，明显提高了学生的学习主动性和学习兴趣，扩大了学生的知识面，提高了学生的专业技能，取得了良好效果。

关键词：材料物理性能；教学方法；实验教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）33-0264-02

《材料物理性能》课程是山东科技大学金属材料工程专业的一门专业基础课，要求学生通过该课程的学习，了解并掌握材料物理性能的基本知识、理论、概念和应用，了解本专业方向的前沿领域和最新研究动态，同时培养学生感知、分析和解决问题的能力，为后继课程如功能材料、无损检测原理与技术等课程的学习、进行新型材料的研究和为将来参加社会生产实践打下良好的基础。该课程是理论与应用相结合的课程，内容非常多而且很抽象，大三学生学习起来比较困难。为提高学生学习的主动性和学习兴趣，我们对该课程从教学内容、教学方法与手段、实验教学等方面进行了改革。

一、教学内容的建设

《材料物理性能》课程主要讲授材料物理性能（电、介电、光、热、磁、弹性和内耗性能）的基本参数的物理意义及其本质；材料物理性能参数与成分、结构的关系及影响因素；材料物理性能的测量方法及其在材料科学研究中的应用。并且简单介绍与各种物理性能相关的一些重要功能材料。我们选用北京航空航天大学出版社出版的田莳主编的材料物理性能为主要教材，中南大学出版社出版的龙毅主编的材料物理性能及上海交通大学出版社出版的陈树川主编的材料物理性能为辅助教材。在课程的第一章介绍固体中电子能量结构和状态的三个理论即经典自由电子学说、金属的费密-索末菲电子理论、晶体能带理论的基本知识，为以后的电学、热学、磁学等物理性能的学习打好基础，然后依次介绍电、介电、光、热、磁、弹性和内耗性能。在讲授该门课程的时候，既兼顾到金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料的物理性能，又要突出重点内容。对于金属材料工程专业的学生，重点讲授材料的导电性能、热学性能、磁学性能及弹性和内耗性能，对于光学性能和介电性能，内容减少一些，学时也相应少一些。重点讲清楚各种材料物理性能的微观本质、表征参数、影响因素、材料物理性能在材料科学研究尤其是相变研究中的应用。

二、教学方法与手段的改革

1.多媒体授课与板书相结合。该课程内容非常多，包括导电、介电、光学、热学、磁学、弹性及内耗等性能，而且十分抽象，尤其电学、热学等物理性能的微观本质，学生很难理解。所以我们采用了多媒体教学。教师在教学过程中充分运用现代多媒体教学手段，可以将原本抽象、枯燥的物理知识和概念形象化，使学生易于理解和掌握，同时还增加了教学信息量，；有些微观结构看不见、摸不到，教师感到难教、学生感到难学的知识，借助多媒体辅助手段是切实可行的教学方法和手段[1]。我们认真制作了自己的课件，课件内容丰富，条理清晰，并配上大量的图片、适量的动画及视频，力争让学生牢固掌握所学知识。

采用多媒体教学，虽然增大了课堂信息量，采用了大量的图片及视频帮助学生理解所学知识，但是教学中发现，只采用多媒体授课，不运用板书，老师讲课速度快而且内容多，学生很难跟上老师的讲解。所以采用多媒体的同时配合适量的板书，老师将讲授的重点内容、重要概念、公式等写在黑板上，以引起学生的注意，加强学生的理解和记忆。

2.突出重点。对于工科学生来说，应用比理论推导更为重要，所以我们在授课过程中简化繁琐的数学推导，强调了物理性能的重要概念和物理模型，强化了物理性能表征参数的物理意义、影响因素和测试方法，补充了物理性能实际应用方面的介绍，使学生能够将理论与应用结合起来。同时教给学生一些学习方法、记忆方法，如谐音记忆法、联想记忆法等，帮助学生掌握所学知识。

3.启发式、讨论式教学。启发式教学是提高教学效果的手段，即在学生学习的关键环节或遇到问题时不直接告诉他们答案，而是予以点拨和诱导，这样有利于发挥学生学习的主观能动性，提高其分析思维能力[2]。如在讲解材料的光学性能时，提出金属为什么不透明？玻璃为什么是透明的？光纤为什么可以传输光信号？让学生带着问题听课，提高学生的学习兴趣。

19世纪后期，一些美国教育家提出了新的教育思想，即要从教师中心转向学生中心，大学教学要让学生得到发展，让学生主动地去学习、去发展，学生应当自己学，在做中学；美国大学在班级授课中融入了研讨的形式，学生学习的内容，从教材扩展到与该课程相关的全部知识体系和实践领域；学生因此在课堂上得到的发展，也超越了一般的知识的接受，而实现全面发展；学生的学习不再是一种现成知识的选择和存储以及现成技术的模仿，更多的时候是问题的探索[3]。我们在教学中也引入了讨论式教学法。如在讲解磁性材料的自发磁化和技术磁化这一节之前，给学生提出问题：铁磁性材料的磁性是自发产生的还是外界向物质提供的磁性？如果是自发产生的为什么没有外磁场的时候磁性材料不显示磁性？为什么磁场强度增加到一定值以后再增加外磁场，磁化强度不再增加？让学生课下查阅文献资料。在课堂上，让学生自由发表见解、讨论，老师做出归纳总结。这样，不仅提高了学生的学习主动性和学习兴趣，也锻炼了学生的表达能力。

4.案例教学法。案例教学法是根据教学目的和培养目标的要求，教师在教学过程中，以案例为基本素材，把学生带入到特定的事件情境中进行分析问题和解决问题，培养学生运用理论知识并形成技能技巧的一种教学方法；与知识为导向的讲授式课堂教学模式相比，案例教学法更注重学生知识的运用能力，以学生实际能力的提高为最终教育目的[4]。例如在讲授材料的热性能这一章时，我们通过美国“911”事件中两座超高层钢结构建筑的坍塌引导学生探讨该事件中涉及的热传导、热膨胀、热容等问题，并引出日常生活中的其他有关热学问题的例子，例如夏天架设电线不能绷得太直，水泥路面要预留出缝隙等等，用大量生活、生产中的案例，提高学生的学习兴趣。

5.布置作业与撰写小论文。讲完每节课后布置适量的作业让学生练习，巩固课上所学知识；讲完一两章后布置小论文，让学生自己查阅文献资料，了解相关问题的研究进展，同时也锻炼了学生查阅文献和撰写论文的能力。为了学生更好地查阅外文文献，在授课过程中适当引入一些英语专业词汇，在每章复习的时候用英语复习本章内容，提高学生的英语阅读能力。

6.教学与科研相结合。材料物理性能是一门基础理论和工程应用紧密结合的课程。因此，注重学生科研能力的培养，对基础理论的学习、工程应用能力的提高都具有非常重要的作用。在授课时，把自己的科研工作讲给学生，将提高学生的学习兴趣，而且可以培养学生的科研素质。例如：在讲授材料的电性能时，就和我们所研究的高强度高导电铜基复合材料联系起来，向同学们介绍了高强度高导电铜基复合材料的制备方法，如何在保证高电导率的前提下提高强度，以及除此以外该复合材料还需要哪些其他性能，各种性能如何来测，如何观察组织等等。

三、改革实验教学内容

实验课是材料物理性能课程的一个重要教学实践环节，可以帮助学生巩固和加深课堂所学的理论知识，掌握各种材料物理性能的测试方法和在材料科学研究中的应用。传统的材料物理性能实验教学多为演示性、验证性实验，学生实践能力培养方面的实验较少，学生做实验的兴趣不高。为了提高学生的学习兴趣、实践能力，我们对该门课程的实验课进行了改革。例如，我们设计了用双电桥研究钢的组织与电阻的关系实验，让学生自己设计钢的热处理工艺，包括选择淬火、回火等热处理工艺，自己制定加热温度和保温时间，然后学生自己来测试各种热处理后钢的电阻，得出钢的组织与电阻的关系，并分析其原因。

四、结论

《材料物理性能》课程是理论与应用相结合的课程，内容非常多而且很抽象，学生学习起来比较困难。我们从教学内容、教学方法与手段、实验教学等方面进行了改革和实践。通过这些改革以后，明显提高了学生的学习主动性和学习兴趣，提高了学生分析问题、解决问题的能力，扩大了学生的知识面，提高了学生的专业技能，取得了良好效果。

参考文献：

[1]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），2008，22（5）：98-100

[2]邓永和.工科大学物理启发式教学与学生自主创新能力培养[J].湖南工程学院学报（社会科学版），2009，（4）：98-100.3

[3]别敦荣.大学教学方法创新与提高高等教育质量[J].清华大学教育研究，2009，30（4）：95-101，118.

[4]胡长征，朱文凤.案例教学方法在材料物理性能中的应用初探[J].今日南国，2010，（1）：41-42