关于学生创新意识与创新能力培养的几点思考

黄本生

摘 要：材料既是高新技术的重要组成部分，又是高新技术发展的基础和先导，也是提升传统产业的技术能级、调整产业结构的关键。在21世纪，材料科学研究已被提升到了空前的高度。随着材料科学的发展和时代的需求，对材料领域人才的创新意识以及创新思维提出了更高的要求。《材料科学基础》是材料人才所必修的基础性教材，是九层之台的垒土工程，极具重要性。笔者以授课教师身份，对《材料科学基础》教学过程中学生创新意识的培养与延伸进行思考，从教材的内容改革、教学方式创新、实验辅助、考试改革四个角度进行论述，以期对提升学生创新意识、创新能力有所帮助。

关键词：材料科学基础 创新意识 创新能力 改革

中图分类号：TB30 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）01（a）-0223-02

材料科学是自然科学的一个分支，它侧重于材料本质的发现、分析和了解，并通过模型和理论的建立使人们能更加便捷地了解材料知识。其本质是结构与性能之间的关系，因此《材料科学基础》的核心教学内容是材料结构的类型以及变化对材料性能的影响规律[1]。材料的结构是理解和控制性能的核心，其最小的结构单元是原子，同时电子围绕着原子核的排列情况对材料的电学、磁学、热学、光学都有重要影响，且电子的排列会直接影响原子的键合，使材料表现出金属、非金属和高分子的性能。材料的性能是由材料的内部结构决定的，材料的结构表明材料的组元及其排列和运动方式，材料的组元是指构成材料的组织，如原子、分子和离子等。材料的排列方式取决于组元间的结合类型，如金属键、离子键、共价键以及分子键等。《材料科学基础》这本书涉及内容广泛，包括：原子结构与结合键、晶体结构缺陷、晶态固体中的扩散、相平衡与相图、材料的凝固、晶体界面、固态相变、材料的变形与再结晶、材料的强韧化等章节，这些内容看似分离实则紧密联系[2-3]。

通过数十年的教学工作，笔者发现在《材料科学基础》教材过程中存在诸多问题。通过学生的反馈意见发现，学生对前后章节的知识点并没有联系意识，例如，材料凝固过程、固态相变过程中伴随着形核，但大多数学生并没有注重两者形核过程中的差异，而只单独记住了二者的概念及公式；大多数学生更加强调对专有名词的记背，而不是对专有名词背后所蕴含的机理进行追究，例如：对于柯肯达尔效应的理解，大多数学生只会记得扩散偶中两种原子以不同速度扩散时，标记发生移动的现象，但是学生基本不会去细想为什么两组元的扩散速率不同，为什么原子间的扩散系数存在差异，这就需要和原子结构进行联系；学生将理论知识与应用实例不能结合起来，例如，大多数学生都知道原子的扩散行为受激活状态的影响，也知道原子向缺陷处进行迁移，但是在实际的焊接过程中，学生一般不会联系到焊接界面处脆性组织的生成一般也是因为这种类型的扩散造成的。这些教学过程中的问题，将会严重制约学生创新意识与创新能力的培养，而创新意识与创新能力的欠缺，无疑会在学生未来的工作以及科研中被放大，不利于学生的长期成长。因此，在《材料科学基础》的过程中，这些问题必须得到重视，将从以下几个方面做起。

1 教材内容改革

教材内容必须要与时俱进，材料方面的研究成果更新速度很快，如果不紧跟潮流，会加重学生在学习过程中的枯燥感，因此在教材中要引入一些当前先进的材料技术以及实例，让学生通过学习该教材把所学的基础知识和最新的实验结果联系起来，这样既巩固了学生的理论基础，又开阔了学生的视野[4]。比如，在铁-碳相图部分，可以增加部分石墨烯的性能特点及当前研究成果；在晶态固体材料中的界面部分，可以增加一点关于晶界工程的介绍，通过延伸性知识的介绍，对提高学生创新思维和创新能力很有帮助。关于教材原有内容，一定要做到精简，通过学生的反馈信息发现，很多学生反馈《材料科学基础》这本书的理论知识太多且过于抽象化，内容杂糅且难懂，这就需要做到内容的精简化，比如：三元共晶相图部分，知识过于抽象，里面有很多学生难以理解的专有名词（等温截面、变温截面、投影图等）；又比如在界面能与显微组织形貌章节中，出现了很多关于结论的推导公式，推导难度较大。

对于本科阶段的学生来说，在固定的课时内，想把这些内容讲清将透，难度很大，不仅会将学生讲的一头雾水，还会打击学生的学习积极性，所以笔者建议将这些内容进行适当删减。

2 教学方式创新

随着科学技术的进步，电子化教学模式在各大学中得到了普及，利用多媒体教学工作，将所需讲授的东西以图片、动画的形式传递给学生，可以将很抽象的东西具体化、模块化，便于学生的理解[5]。但是，电子化教学模式也存在着很多的问题，比如：学生的跟进程度很低，有很大一部分学生表示有時根本不知道老师讲到了哪一章节，也找不到书上对应的知识点，这个问题在《材料科学基础》教学工作中表现的尤为突出。关于这个问题，可采用让学生讲课的形式才解决，比如：在完成对相平衡与相图这章知识的授课后，随机抽点一部分同学，让其在下次课以PPT的形式对该章重要的知识点进行汇报，并将汇报工作的优差纳入平时成绩的考察范围，通过这种方式会消除学生的学习惰性提升学生的学习积极性。在相应的课程授课完成后，将学生以小组的形式进行划分，划分标准应该遵从优差生匹配的原则，即一个小组内优秀学生和较差同学都存在，让每个小组的同学对一个知识点进行讨论，并将所讨论的内容进行记录，并以作业的形式进行提交。当然，在这个过程中，老师的作用是毋庸置疑的，老师必须充当好学生的引导者与监督者。

3 实验辅助

实验是材料科学发展的先行者，材料科学理论必须源于实验，也必须得到实验的印证。实验可以提升学生的动手能力，对提升学生的创新意识和创新能力有着质的帮助，将实验纳入《材料科学基础》的教学工作中是必须的，对学生进行筛选后进行分组，随后下达实验的任务书，让学生通过调研文献，扩展对相关领域的了解，提升学生的学习积极性。对于实验内容，授课教师应遵循简单、易于上手、具有带动作用、有利于辅助教学内容的原则，比如：让学生从事金相的制备[6]，将会使学生对材料的结构相关知识有进一步了解。同时，参观实验室也是必有的步骤，通过对相关设备的测试机理、参数要求、技术指标的了解，设备了解过程中，或多或少设计到材料领域的知识，例如，硬度试验会涉及到洛氏硬度、布氏硬度、维氏硬度的相关知识点。开展本科生与研究生的座谈会也是有必要的，通过讨论、提问的方式，本科生的问题让研究生进行回答，以学生之间对话的形式使本科学生对《材料科学基础》中的知识点有更加深入地理解，这种方式更加亲切且操作难度较小，有利于进行推广。通过上诉几种途径，让学生不仅仅局限于课本中的知识，当学生的求知欲望以及有足够的知识面后，教学工作将会变得更加轻松，同时无形之中学生的创新意识和创新能力也得到了加强，对学生以后的学习与工作极具帮助性。

4 考试改革

考试是衡量学生对该课程学习掌握情况最直接，也是最直观的方式。目前，我校采用的是课堂成绩占总成绩30%，期末考试成绩占总成绩70%的形式进行考核，考试内容主要包括：名词解释、填空题、单项选择题、论证题。从考试内容的设置可看出，考试内容还是主要强调于对《材料科学基础》中基本概念的了解，这点不利于学生对知识进行掌握与延伸，通过学生的反馈意见发现，学生在对《材料科学基础》考试进行准备中，一般都是对专有名词进行熟背，所以就会造成学生对专有名词只了解概念，而对专有名词所蕴含的机理问题并不清楚，在对试卷进行审查过程中发现，很多学生对概念的字面意思掌握較好，反应在试卷上则为名词解释、填空题、单向选择题的分数较高，而在论述题部分出现很多答非所问的现象。因此，试卷的分数设计需要得到优化，比如，适当减少名词解释、填空、单项选择题的分值，对论述题适当增加分值。同时，为了保证一定的考试合格率，论述题应该分为几个小问，主要涉及机理、过程方面的问题，如，刃型位错与螺型位错的区别；细晶强化的机理等。同时，为了考察学生在实验工作中的掌握情况，在考试中应该增加适当的题目对学生进行考察，比如，金相制备的过程主要包括哪些等问题。通过这些考试改革，想必学生关于《材料科学基础》的理解水平会更进一步。

5 结语

本文从教材内容改革、教学方式创新、实验辅助、考试改革四个角度论述了《材料科学基础》教学改革的思考。这几点思考的出发点是培养学生的创新意识和创新能力，以及提升学生对该书的学习积极性，为今后的学习和工作打好基础。《材料科学基础》是材料人才的必修课程，笔者的几点思考不仅局限于对教材内容的学习与掌握，还强调对学生的学习方式及学习态度进行优化。希望材料专业的学生将笔者的几点思考带入实际的学习生活中去，为成为优秀的材料人而努力。

参考文献

[1] 王伶俐，张蓓，李涛.材料科学基础课程教学改革与创新能力培养[J].焦作大学学报，2016，30（3）：103-104.

[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，2006，23（5）：119-120.

[3] 徐恒钧.材料科学基础[M].北京：北京工业大学出版社，2013.

[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，2009，23（14）：70-72.

[5] 贾淑果，宁向梅，田保红，等.材料科学基础多媒体教学探讨[J].中国现代教育装备，2010（5）：87-89.

[6] 郦剑，吴涛，谢轶伦.金相样品制备及其对显微组织评判的影响[J].金属热处理，2006，31（10）：10-14.