关于材料科学导论教学与实践的探讨

柴 卉

（新疆大学 应用化学研究所，新疆乌鲁木齐 830046）

化工教学Chemical Teaching

关于材料科学导论教学与实践的探讨

柴 卉

（新疆大学 应用化学研究所，新疆乌鲁木齐 830046）

材料科学导论是材料与化学专业学生的交叉课程，它是材料科学的基础组成部分，也是化学学科的一个重要分支。针对该课程的教学质量提高，结合教学实践，探讨了怎样紧扣课程大纲、深化教学背景、凸显教学关键，着眼于理论与实际的融合，既提高教学对象的学习兴趣，培养其独立的思辨本领，又引导其自身能力得到有效拓展，最终成为高素质的复合型人才储备力量。

材料科学导论；教学与实践；探索；激发与培养

在人类的产生和发展进步的历程中，材料是不可或缺的物质基础，而新材料的出现及应用对社会文明的进程起了巨大推进作用[1-2]。材料科学是针对各类不同材料体系研究探讨它们由哪些组分构成、组分所形成的结构是怎样的，以及这些组分和结构与性能和应用间是如何相互影响的学科，是现代材料及化学学科领域中多学科互相交叉所形成的。而“材料科学导论”则是旨在从结构和性能的关联角度介绍各类材料的基本概念，深化固体化学知识。通过本课程的教学与实践，可以让学生们了解不同新型材料的分类、特点、性能及应用；掌握各类传统材料及先进材料的性能及使用性能及其成分、制备工艺、组织结构，并对未来这些材料的发展趋势形成基本的认识，是化学、材料等交叉学科的重要基础课程[3-4]。为与时俱进更新教育理念，培养出更优秀全面的专业高素质人才，需要高分子材料科学与工程、材料化学等相关领域专业完成“材料科学导论”课程的学习。

“材料科学导论”课程是针对材料化学及高分子专业等相关专业开设的必修课程。本门课程的重点在于材料的结构以及它与材料性能应用之间的关系，也是难点所在。此外本课程还部分涉及相关测试表征技术，因仪器测试手段具有特殊的快速更新特点而在课程讲授过程与学生接受阶段相应都比较有挑战性。限于课时安排，以往的教学常常重理论而轻实践，导致学生对实际生产缺乏理解并影响了对材料的认识。为了更好地契合新形势下社会对高素质人才的培养要求，结合本校的实际情况，经过在课堂教学及实践中的不断尝试，充分发挥新时期网络资源和多媒体教学的优势，不拘泥于教材[4]，积极主动与学生进行探讨互动结合的教学，拓宽学生的视野，激发其学习兴趣，为创新思维的培养打下基础。

1 立足主题，系统优化

“材料科学导论”课程是既讲究理论也注重实践的一门课，是化学及材料相关专业较为核心的基础课程之一，涉及三大材料科学领域，在教学上应从大材料的观点出发，以材料的四要素为课程主线，重点关注不同材料体系间的相似与区别之处，以及各材料在组成、结构、性能及使用上的相互影响与联系。若干年前，本校为了完善学科课程的设置及学生基础知识的夯实，在化学材料相关专业中专门开设了“材料科学导论”课程。通过对不同参考教材及课程体系进行调查研究，并结合本校学生生源特点进行具体设置的不断调整。近年来陆续参阅材料科学领域的参考文献及较新资讯，制定并编写出新的教学大纲和电子教案。

教学内容上，充分考虑本教材在专业培养目标中的地位、作用、课时，从全局系统角度出发对内容结构、学时分配、处理手段等方面进行系统设计；同时参考本课程与其他相关课程之间的相互交叉与支撑，从整体角度对教材主题及配置进行系统优化，突出知识体系间的融会贯通，强调优化合理的教材信息密度和学习内容的丰富趣味[3]。

2 灵活教学，趣味课堂

材料科学是不断发展变化的学科，同时也是与人们生产生活紧密相关联的学科。随着知识的不断积累爆发，材料相关科学也得到迅速发展。这就对材料相关专业的学生提出较高的要求，既要把握相关领域的基础知识和方法，又需要了解并及时跟进有关材料体系前沿领域的新方向与新进展，进而学习掌握更多的知识与方法，培养相应的思维与技能。兴趣与热情是能够让学生产生自发动力的内在力量源泉，而“材料科学导论”课程的本质目标就是力图通过多彩的材料展示激发学生们的学习兴趣并引导其进行理解掌握，为日后的科学素养和学识能力的奠定进行先期的铺垫。因此，在实施具体的教学活动过程中，应注意在学时的分配和内容侧重上有所区别，避免面面俱到。对跟日常生活紧密联系的材料，尤其是能体现当今材料发展趋势代表未来新方向的新材料的讲授，要设置有一定的学时。

身处各类信息蓬勃丰富的时代，充分利用多媒体和网络技术所搭建的资讯平台，便捷提供形式多样的各类资源，从而为学生们打造出更为广阔的自主学习空间，既有利于培养学生们的独立思维判断能力，也有利于鞭策授课教师不断提高自身知识储备，这样才更好地符合“学生为本，教学相长”的教育观点[5]。因此，需要教师采用多媒体授课为主、同时可以采用结构模型、实物模型、其他多媒体音视频资料等作为辅助教学手段，结合多种共享的精品教学资源，为学生们呈现多元有趣的三维材料全景，以达到课程设置目的，同时这样的措施能较大地培养及方便学生的自主学习，浓缩课堂教学内容，减少课时的占用，为后续的实践教学环节预留充分的时间，为学生们整体综合能力的提升给予了良好的机会，同时也是一种创新教育的践行。

比如，在进行高分子材料内容讲解时，可以借助三维立体结构示意图给学生们展示出材料微观及宏观结构形象；在介绍制备工艺方法时，可以通过动画过程直观演示出实验过程中具体步骤乃至关键步骤中目标产物的化学结构形成过程等，这样充分利用各种能够吸引学生注意力的方式和手段，使其更有兴趣的认真投入听讲。此外，教师还可以在有选择的共享教学资源的同时提出相应的问题与习题[5]，尤其是需要综合分析归纳的思辨题，并及时的与学生进行交流探讨，一方面能督促学生们学习，另一方面能帮助学生们建立科学理性的思维方式，使得学生对知识的掌握更加条理化和系统化。

3 理论结合实践，讲授兼顾研讨

“材料科学导论”是一门兼顾理工科的交叉学科课程，既涉及相关的基础理论也需要结合实际[6]，因此在实际讲授过程中需要在传统理论教学方式中代入相关工科特色，并根据不同材料热点（如新型功能陶瓷材料、高分子功能材料、复合材料及反映当代材料学科的能源、纳米、环境等新材料的有关新的理念、新的视角、新的方法[3]）开展诸如例举演示、互动研讨等不同方式的教与学。从而能够营造全面深入的参与学习氛围，一方面强化了“授之以鱼”的“鱼”的鲜活感性认识，另一方面也增加了“授之以渔”的“渔”的培养和积累。这样既能够调动学生学习的积极性，深化材料学科内容的吸收与把握，也能够潜移默化的影响并培养学生们主动学习及思辨思维的能力，对于其长远的学习与成长奠定基础。

4 实践衔接课堂，深意渗透浅入

“材料科学导论”所涉及的相关知识层丰富，知识点较多，而且诸多领域的材料体系并未充分完善，许多仍在不断发展变化之中。其课程设置不仅是讲授材料相关基本原理、基础知识点，而且更是要让学生们拓宽对于材料的认知，产生对材料学科的好奇与兴趣。这就要求在课程实例教学过程中，既要注重与生产生活息息相关类材料的生产认识的实习承接贯通，又要聚焦宏大的系统全局观、专业精神及社会发展时不我待的责任心于具象的材料细节融汇。因此如何穿插生动鲜活的实例、安排后续认识实践，巧妙把握抽象宏观的规律、精髓并化之为润物无声的浅显引入，需要格外深入的思考和精心的准备。经过这样的系统学习与吸收，能够使学生们既初步认识、了解当代材料科学研究领域概况，获得体系完整的知识结构框架，奠定相应的理性、独立思辨乃至分析归纳等研究能力所必备的基本训练与积累，又能够在培养学生们知识技能及思维的基础中，渐渐浓厚其对材料相关内容的兴趣并建立一定的进步追求，达到事半功倍的成效。

作为物质的材料的存在虽然时间悠久，但作为理性、逻辑的一门系统科学，材料学科所经历的时间是相对较短的，仍然需要更多更长远的科学规划与发展构筑。同时，作为研究主体内容的材料本身也是在不断地发展变化当中，相应的“材料科学导论”课程中所涉及的材料也是在不断被发现、被完善与被丰富的过程中。同时，针对材料的测试分析方法手段的了解与学习也是系统学习材料相关学科内容的重要组成部分。只有清楚明了借助什么样的测试手段能够得到何种材料信息，才能更好地掌握材料的结构与性能相关知识，并逐步培养合理选择分析测试方法并根据测试分析结果对材料做出评价的能力。然而随着现代科技的发展，相应的材料测试表征手段也是日新月异的发展进步。因此，及时的跟进新的测试表征技术并合理选择相应的辅助教材和优化对应的课程课时也成为了“材料科学导论”课程重要的一个环节。此外，也可根据本学院的科研平台条件，适当安排测试表征仪器的现场演示与参观，这对增加课程的丰富性和直观性也都会有所增益。

比如，在材料结构与性能部分内容讲授过程中，可以挑选一些典型代表如高分子聚合物、玻璃、金属氧化物复合材料，分别通过红外、热重、X-射线粉末衍射、力学性能测试仪等仪器设备对其做相应的检测，结合测试结果对这些材料的区别与联系做出更深入的讲解。通过类似这样的辅助教学，可以在形象有趣的记忆课程知识点的同时强化并加深学生们对内在关联及机理机制的理解。

5 结论

“材料科学导论”课程以材料的四要素为课程主线，通过不同材料的传统与发展、相同与差异之处的学习，来把握材料的结构与性能关系，使学生得到系统的知识体系构筑并从抽象的规律意义及具象的材料细节层面全面了解材料相关学科体系与内容。通过从内容、方法、辅助手段及考核反馈方面对“材料科学导论”课程教学进行不断的探索和实践，引发学生们主动进行学习的兴趣，切实实现对教学效率和质量的有效提高，也是新时期新境况中高素质人才的培养方式的有益探索。随着材料学科领域科学技术的飞速发展，如何继续深化课程的教学安排与实际实践，如何针对材料相关学科的教学做到将前沿融入经典，让外延充实内涵仍需要继续不断展开深入研究探讨，以期得到更进一步的完善和提高。

[1] 冯瑞，师昌绪，刘治国.材料科学导论[M].北京：化学工业出版社，2004.

[2] 顾宜，赵长生.材料科学与工程基础[M].北京：化学工业出版社，2011.

[3] 李云，吴玉程.《材料科学导论》课程内容及教学的改革与实践[J].合肥工业大学学报，2006，20（2）：12-14.

[4] 严满清，夏茹，王海燕.《材料科学导论》的与时俱进[J].广东化工，2015，43（4）：179.

[5] 陈大明，李德，陈永.《材料合成与制备》课程改革探讨[J].广东化工，2016，43（24）：169.

[6] 吕春菊，舒康颖，司平占，等.《材料现代研究方法》课程建设与教学实践[J].科技信息，2011，16：109.

D i s c u s s i o n o n T e a c h i n g a n d P r a c t i c e o f I n t r o d u c t i o n t o Ma t e r i a l s S c i e n c e

Chai Hui

Introduction to materials science is a cross-course of materials and chemistry students，which is a fundamental component of material science and an important branch of chemistry.In this paper，the teaching quality of the course is improved，and the teaching practice is discussed.It discusses how to follow the outline of the course，deepen the teaching background，highlight the teaching key，focus on the integration of theory and practice，not only improve the learning object learning interest，Skills，but also to guide their own ability to be effectively expanded，and ultimately become a high-quality compound talent reserve force.

Introduction to materials science；teaching and practice；exploration；excitation and training

TB30-4

A

1003-6490（2017）08-0145-02

2017-06-26

柴卉（1978—），女，新疆乌鲁木齐人，副教授，主要研究方向为纳米功能材料。