材料热力学与动力学教学体系的改革探索

贾淑果　宁向梅　黄金亮　王顺兴　田保红

【摘 要】本文结合我校材料科学工程学科材料热力学与动力学课程的教学实践，根据该门课程自身的特点，从精选教材及教学内容、教学方法、以及考核方式等方面的教学改革进行初步探索，以更好地提高学生的学习兴趣，增强学生分析问题和解决问题的能力，从而最终达到更好地提高改善材料热力学与动力学课程教学效果的目的。

【关键词】材料热力学与动力学；教学方法；考核方式

中图分类号： TB331 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）09-0043-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.09.019

材料热力学与动力学课程是我校材料科学工程学科硕士研究生的一门重要的学位必修课程。该门课程主要涉及经典热力学和统计热力学理论在材料中的相和组织形成规律方面中的应用，以及材料在制备与加工过程中的动力学问题。该课程涵盖大量抽象晦涩难懂的内容，一系列的公式推导；学生们反映该课程十分重要，但理论性太强、公式太多、且抽象难以理解；同时该门课程对老师的教学也具有很大的挑战性。基于此，如何提高该门课程的授课效果，进而提高学生们的学习积极性显得尤为重要。本文着重从教材及教学内容、教学方法以及考核方式等三方面对该门课程的教学改革进行初步探索，以期更好提高教学效果，激发学生学习兴趣。

我校材料科学与工程学科的硕士研究生的材料热力学与动力学这门课程，是在2015年研究生培养方案修订时在原有材料热力学课程的基础上进行设置的，修订后的材料热力学与动力学课程不仅是材料科学与工程学科学术型硕士研究生的学位课，同时也是该学科学术型硕士研究生的必修课程，课程设置学分2个学分，学时32个学时。

1 精选教材及教学内容

一本好的教材是承载知识的载体；是教师进行教学的主要依据，也是学生获得系统知识的主要途径。而由于材料热力学与动力学课程自身的特点，使得该门课程不仅难学且难教，因此选择一门较为合适的教材是十分关键的。

目前已出版的与材料热力学相似的教材有10多种，另外还有与热力学相类似的教材约有20多种。针对版本繁多的相似教材，毫无疑问其涵盖的内容是不尽相同的，同时其侧重点也有一定的差别。如针对材料科学与工程学科研究生教学用书的徐祖耀主编[1]的材料热力学和郝士明等[2]编著的材料热力学。其中徐祖耀主编主要包括统计热力学、热容与熵、相变热力学、相图热力学、界面热力学及热力学在材料工程中应用示例等，每一章节有不同的编者执笔。郝士明等编著的重点介绍了经典热力学和统计热力学理论在揭示材料中的相和组织形成规律方面的应用，通过材料问题实例说明热力学的基本规律，主要包括单组元材料的热力学、二组元相、二组元材料热力学、两个重要的溶体模型、相变热力学、多组元相、多元材料热力学、集团变分法、次级相平衡、材料设计与热力学等内容；该教材于2004年由化学工业出版社出版，于2005年进行了第二次印刷，并随后进行了再版；国家教育部于2005年将此书确定为全国研究生推荐教材。结合我校具体情况，并仔细对比分析了这两种以及徐瑞主编[3]的材料热力学与动力学，最后选用郝士明等编著的材料热力学作为主讲教材，徐瑞及徐祖耀主编的作为参考教材。

根据我们学校材料科学与工程学科培养方案及该门课程的大纲要求，在教学内容的讲解上，不可能严格按照教材面面俱到，而是要根据专业特色及大纲学时要求有所侧重、有所舍弃；另外在开课之初，利用开会交流之际，调研了西安交通大学、东北大学、昆明理工大学、中科院金属所等高校和科研院所，借鉴了兄弟院校的一些经验；同时考虑是研究生课程，在大纲要求的学时之外加入了自学学时，并且自学部分纳入考试内容。基于这种想法，内容讲解上侧重于热力学部分，动力学部分属于自学范畴；且热力学部分重点讲述单组元材料热力学、二组元相、二组元材料热力学、两个重要的溶体模型及相变热力学等五章内容。其它部分内容不做课堂讲解，但作为学生的自学内容。另外，为了拓宽学生视野，使学生增加对专业的兴趣，学习的热情，教学过程中，引入最新的相关领域的科研成果。

2 教学方法改革

我校材料科学与工程学科的学术型硕士研究生生源比较杂，有的学生本科期间学的是材料类专业，有的学的是机械类专业等，有些学生甚至本科学习期间物理化学就没有修过。导致很多学生们在学习这门课程相对比较吃力，其对材料相关的专业知识十分薄弱，同时鉴于材料热力学与动力学的课程特点，不同于纯粹的理论课也不同于纯粹的专业课，而是专业和理论兼具，使得该门课程相对于其它专业课程比较枯燥无味，相对不容易调动或者激发学生的积极性。而若在这个阶段学生对专业一旦失去兴趣，相对来说后果是十分严重的。因此，教师如何教好学生如何学好该门课程显得相对十分重要。对于该门课程教学方法的探讨显得十分必要，本节主要从如何更好调动学生学习积极性、以及如何灵活运用多媒体和板书两个方面进行初步探讨。

任何的一个教学环节，如何有效地调动学生们上课的积极性往往是一个永恒的话题。针对自己近二十年的教学，并结合近几年材料热力学与动力学的教学体会，主要从从三个方面讨论如何调动积极性。首先就是利用名人效应，也即有关材料热力学方面的名人典故。如讲解热容时引入Einstein生平简介，讲解单组元材料两相平衡时引入Clapeyron的介紹等等。另外讲课时不要脱离材料领域前沿的研究成果，以及将书本上的理论知识与实际生产相结合。教学中的举的例子不要生搬教科书上的例子，多举一些学科前沿的例子；特别是切合自己的科研实际和生产实际，包括现实的生活现象等。如讲解表面能时，可以举例为什么落到荷叶上的水滴都是呈球形、而两颗水滴相遇又会形成大水珠；讲到Clapeyron方程时，可以问为什么我们在高山上米饭煮不熟，溜冰时为什么通过加压可以增加润滑作用等。通过这些实实在在的例子，不仅增加学生的感性认识，同时还可以大大提高学生的学习兴趣，加深对自己专业的了解和认识，既能拓宽学生的知识面，又能开阔学生的视野。再者充分利用课前几分钟。可以简短回顾上节内容，把学生们的思绪从上节课或者课间的喧闹拉回课程，让学生们快速进入状态；也可以穿插重点问题的提问，让学生精神一振，大脑紧张起来。同时还可以在适当的时机让学生们自己组织课堂，进行讲解，最后教师点评总结。可以选择书中的一部分相对简单的内容，提前布置给学生，让他们自己动手查资料，准备课堂；或者简单的可以让学生自己评讲作业。这不仅仅只是学到了知识，更重要的是学生的能力得到了极大的锻炼。

多媒体是指信息的各种表现形式，包括音频、视频、图像、图像及文本等，具有集成性、交互性和实时性等特点。由于该门课程内容繁多，但目前课时又极少的情况下，同时鉴于多媒体的特点，该门课程辅以多媒体教学，不仅能够更好地表现教学内容，同时还能激发学生学习兴趣，其作用是不言而喻的。但是任何事物都存在两面性，多媒体也同样。单从学生角度来说，多媒体虽然信息量大、图文并茂，比起传统的板书有其独到的地方，但存在教师讲解时会翻页过快，学生们没有办法更好地消化所讲的内容；再若多媒體制作质量不高，如文字过多、字迹太小等，会更加剧学生的听课自觉性，从而起不到多媒体教学该有的效果。对于材料科学基础课程，多媒体虽然是一种比较先进的教学方式，但教师不能完全依赖多媒体教学，而要合理的运用多媒体，以达到更好地激发学生的兴趣，最终提高教学质量。

3 考核方式优化

课程结束后，都要对学生进行考评，考评不仅考察学生对知识能力的提高程度，同时也考察教师的讲授效果。但考评的方式有多种有笔试、面试，或者两者结合。但就材料热力学与动力学课程考评的主要方式仍采取的是笔试。但一般学生们的最终成绩并非仅仅只是有期末的笔试成绩决定。考评成绩一般有期末的开卷笔试、作业和平时三部分组成。期末开卷考试占总评的70%，作业和平时分别占30%。这个比例看起来还是一考定终身，感觉考试前突击即可。但实际上不是这样。首先对于期末的开卷考试考场秩序严格控制，严格杜绝作弊；其次对于试卷内容，仅只有40%左右的内容依靠依靠书本可以得分，剩下的60%的内容必须灵活利用所学知识才能完全做对，并且有20%的分值是结合实际情况，重在考查学生对知识的掌握，这些仅只凭借考试之前的突击是得不到高分的。对于作业的评价，要当面进行考核，随机抽取学生讲评作业。而平时的10%，并非只要不旷课不早退即可得到，而是要结合平时课堂表现的情况来给分，其中平时课堂的表现情况占到平时成绩的50%。按照这种方式实行后，学生们上课的参与性高了，相对的学习的积极性有极大的改善，教学的根本目的也得到了提升。

4 结语

基于材料热力学与动力学在课程中的重要性，以及该课程存在的自身特点，对于各个院校来说，该门课程的教学改革将是永无止境的。近几年，针对我们学科的材料热力学与动力学的教学的改革都进行了一定的探讨和实践，取得了初步成效，该课程评获省级优质课程。基于目前材料热力学与动力学涵盖内容的广泛，而各个高校的特点也不尽相同，该门课程的教学改革也不能照抄照搬，应根据各个高校实际情况进行合适的改进。以达到最终提高该门课程的教学效果，更好地激发学生的学习兴趣，进一步提高学生发现问题、分析问题以及解决问题的综合素质及创新实践能力。

【参考文献】

[1]徐祖耀.材料热力学.北京：高等教育出版社，2009.

[2]郝士明，蒋敏，李洪晓.材料热力学.北京：化学工业出版社，2010.

[3]徐瑞.材料热力学与动力学.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.