西部民族院校《材料科学基础》教学方法改革探讨

汪德伟

(北方民族大学 材料科学与工程学院，宁夏 银川 750021)

材料科学的发展及其应用是人类社会进步的阶梯。随着科学技术的发展和人类生活水平的不断提高，人们对新能源需求的急剧增加的同时也提出了更高的要求。新能源材料与器件专业正是在这种背景下诞生的2011年正式被教育部列为新增专业，北方民族大学在2012年获得该专业的招生资格。材料科学基础课程是新能源材料与器件专业的核心课之一，被很多院校相关专业列为研究生入学考试的必考科目。该课程在工科基础化学，大学物理及高等数学等基础课与专业课之间起到纽带和桥梁的作用，对培养学生科学的思维方法和运用基础理论解决实际问题的能力起到了铺垫和引领作用。该课程同时也是学生进入材料科学领域的重要入门课程，为后续专业课程例如固体物理和半导体物理与器件的学习奠定基础。因此，学生对材料科学基础课程的掌握程度的好坏直接影响着学生对材料科学的兴趣和知识面的广泛程度，并直接影响着对后续专业课程学习的积极性。此外，针对西部民族院校学生基础差异大的特点，传统的教学方式已难以满足新形势下人才培养的要求。为切实做好民族院校材料科学基础课程教学，结合专业人才培养目标构建符合我校的教育教学模式是一项重要的课题。据此，在《材料科学基础》课程教学工作中开展研究性教学，探讨该课程的教学模式有利于培育学生的实践能力，推动社会急需的创新型新能源材料专业类人才的培养具有深远的意义。本文结合我校新能源材料与器件专业培养目标，针对该课程的教学模式进行初步的探索和实践，以获取适合西部民族院校新能源材料与器件专业《材料科学基础》课程的教学模式。

1 《材料科学基础》课程的教学现状

1.1 课程内容的设置

《材料科学基础》课程着眼于材料的基本理论和共性问题，以无机非金属材料为基础，但并不局限于无机非金属材料，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[1]。因此课程内容涵盖面广、理论知识多，还与生产实践联系紧密。总体上讲，课程内容具有“五多一强”的特点，即：内容头绪多、概念定义多、原理规律多、理论推导多、交叉性强[2]。有时还要用到很多高中和初中学过的数学和几何知识，而这些知识大部分被遗忘加之概念抽象而乏味、计算过程复杂，让学生难以理解，也就更谈不上利用理论知识来解释或者指导生产实践，这使得这部分学生逐渐失去了学习热情和积极性。为此，结合专业培养目标、制定适合我校学生并且科学合理的《材料科学基础》内容将对提高该课程的教学效果，对培养学生科学的思维方法进而将理论用于实践具有重要的意义[3]。

1.2 西部民族院校学生的特点

西部民族院校的学生绝大多数来自于少数民族地区，以北方民族大学为例，少数民族学生比例高达60%并且农村生源比例也高达65%，因此学生入学成绩差异大、贫困生多，学习状态不稳定而且存在风俗习惯和语言文化的差异。此外，“90后”学生普遍缺乏刻苦钻研、严于律己的精神，学习自主性差，自身定位不明确，容易受周围环境变化的影响。针对我校人才培养目标和学生特点，计划从教学方法和教学手段入手对该课程进行教学改革，从根本上提高该课程的教学质量，以适应我校的人才培养目标。

2 结合专业特点优化教学内容

新能源材料与器件专业主要培养掌握新能源材料、新能源器件设计与制造工艺、测试技术等方面的专业基本理论与基本技能的复合型人才。材料科学作为一门应用性科学，无论是新能源材料的研究、制备还是实际应用都离不开材料科学基础理论知识的指导。在课程体系上，根据新能源材料与器件专业偏重无机非金属材料的特点，重点全面介绍材料共性知识，立足于解释材料的组成、结构和性能关系等基本问题、注重不同种类材料之间的交叉和渗透。但是几乎所有的教材都受编者所在的学校学科设置和自身科研方向的影响，难免或多或少地增加其相对比较熟悉的知识点。这就需要结合专业培养目标和学生特点对教学内容做以优化整合，调整之后的课程内容主要包括三大部分-材料结构、相图和反应动力学，侧重介绍材料组成、结构、性能、制备和应用之间的关系。涵盖晶体结构、晶体缺陷、相图等难度大的章节，刻意放慢其讲解速度给学生留有充分的理解消化时间。此外，及时布置作业和章节测试使学生对知识点进一步巩固。对于新能源材料与器件专业学生而言，在学习第一部分的时候需要花费较多的时间来复习和弥补

相关知识，而最后一部分主要侧重工艺学，后续还有相关的专业课或者选修课对其进行专门详细的讲解，因此该部分内容可做适当删减。此外，该课程不同章节之间的衔接性较差，学生在学习过程中很容易遗忘一些已经学过的重要知识点，因此需要对一些章节讲授的顺序需要进行调整。例如，在课程教学中将第七章扩散与固相反应调整至第二章晶体结构与晶体缺陷后讲解，因为第七章和第二章衔接性较强，而其他后续章节与第二章内容相关性不强。

3 教学科研相结合

提高学生学习兴趣是提高教学效果的关键，在教学过程中，紧跟学科最新发展方向、结合专业内容及时介绍材料科学不断涌现的新材料、新方法、新理论和新工艺，使学生在学习无机材料科学基础理论的同时， 了解无机材料科学进展及研究前沿， 培养学生的学习兴趣; 另一方面，也能拓宽学生的知识面和培养学科思维，引导学生对科学问题的思考，为今后进一步深造和从事科研工作打下基础。例如，讲授晶体结构中石墨和金刚石结构时，介绍化学组成同样是碳的碳纳米管、石墨烯和C60(富勒烯/足球烯)的结构；讲解晶体对称性时，介绍准晶的概念；讲授表面结构时，引入纳米材料概念及其五大特性；讲授润湿与不润湿理论时引入超疏水的概念及现实生活中的实例等等。此外，在讲授学科前沿的同时介绍一些著名的科学家，进一步增进学生对材料科学的学习兴趣。

4 积极寻找不同课程之间的交叉点

在教学过程中发现《材料科学基础》这门基础理论课所讲授的很多内容在另一门专业性强的《新能源材料概论》中均有很多的应用。将这些涉及到知识点寻找出来并及时加以联系使学生对这些知识点的理解得到加深记忆也会更加深刻。例如第一章的晶体结构相关知识点在新能源材料概论课程中的锂离子电池这一章中的电极材料结构分析中会用到；第二章点缺陷和固溶体的相关知识点在新能源材料概论课程中的太阳能电池和燃料电池等章节也得到具体的体现。

综上所述，《材料科学基础》课程是新能源材料与器件专业非常重要的一门专业核心课，为后续专业课程的开展起到至关重要的作用也直接影响着后续专业课程学习的积极主动性。在科学技术发展日新月异的今天，在建设创新型国家的背景下，应始终坚持以学生为教学的中心，紧跟现代材料科学发展的步伐，不断提高教学质量以适应新形势下人才培养目标。

参考文献

[1]王红洁,徐 彤,席生岐,等.“材料科学基础”课程研究型教学改革与实践[J].高等教育研究学报,2015,38(4):117-120.

[2]孙 朗,张爱清.以创新为目的的民族高校材料科学与工程基础课程教学模式的探讨[J]. 湖北科技学院学报,2014,34(1):109-111.

[3]宋晓岚.“无机材料科学基础”课程建设与教学改革探讨[J].理工高教研究,2004,23(2):109-111.