材料化学专业“材料概论”课程的优化设计与实践

孙一新　李坚

摘 要 材料概论为材料化学专业的入门专业基础课，对于学生了解本专业的教学内容、培养专业兴趣十分重要。本文结合常州大学材料概论课程的特点及教学中存在的问题，从教学内容、教学方法及考核等方面，对该课程的教学改革进行了探讨。

关键词 材料概论 课程优化 改革

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.09.056

Abstract "Introduction to Materials" is an introductory professional foundation course for materials chemistry. It is very important for students to understand the teaching content of this major and cultivate professional interest. This paper combines the characteristics of the "Introduction to Materials" course of Changzhou University and the problems existing in the teaching， and discusses the teaching reform of the course from the aspects of teaching content， teaching methods and assessment.

Keywords Introduction to Materials； course optimization； reform

材料概论是材料化学专业学生的入门基础课，其课程性质属于选修课。开设此课程的目的，一是使授课学生对自己的专业有个初步或大致了解，从而为后续相关专业课的学习奠定基础；二是让学生进一步了解材料的类型及其性质与用途，从而熟悉并掌握材料化学的基本理论及其应用。实际上，材料概论这一课程的开设对于培养材料化学专业学生的专业兴趣、提高学生的专业接受度和认可度十分重要，并将进一步影响后续专业课程的开展与教学。[1][2]

由于该课程涉及到较多的材料种类，如金属材料、无机材料、高分子材料、复合材料等，且成分、结构和性质等差异很大，同时该课程的知识体系性不强，且课程内容相对独立，这就一方面增加了教师的教学难度，另一方面学生学习时容易感到枯燥乏味，学习热情不高，学习效果不佳。鉴于此，着眼于提高学生自主学习的积极性，提高课堂教学质量并引导学生进行更深层次专业知识的学习，如何选择该课程的教学内容，采用合适的教学方法及考核手段，就成为必须面对和解决的问题。基于笔者的初步思考和实践，本文以下拟从课程教学内容优化、教学方式改革、考核方式改革等三个方面展开初步探讨。

1 教学内容的优化

1.1 优化课程体系及内容，突出重点

材料概论是材料化学专业的课程设置中一门全面介绍材料相关基础理论、基本性能的课程，对学生今后专业课的学习有着重要的牵引乃至指导作用。该课程特点之一是内容繁杂，体系性较弱。课程内容主要包括金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料等。本课程授课课时一般为32学时，课时偏少，如果全面讲授并平均使力，不但对教师而言勉为其难，而且对学生而言效果不佳，因而必须精简、优化讲授内容、突出重点。教师可结合该专业的培养目标，适当删减有关章节，侧重讲解相关内容，对教学内容进行优化处理。比如，光伏材料就是当今世界各国着力研究且发展及应用很快的材料类型，需要予以重点讲解，尤其是要讲清楚光伏材料的最新成果及其应用，包括其未来发展前景。再如，一些传统且基础性内容如材料类简单的基本概念、分类方法及性能特点等，可以适当精讲，甚至可以留一些让学生自主学习。这样处理的好处是，一方面能较好地完成教学任务，另一方面增强学生自主学习能力，取得良好教学效果。

1.2 结合最新科技，接轨研究前沿

众所周知，一方面材料类的研究领域发展迅猛，每年都涌现出大量新的、有价值的研究成果，而另一方面书本知识却难以做到及时跟进，这就需要教师自身不断加强学习，更好地及时了解、把握相关领域前沿动态，将最新研究成果及动态穿插到教学当中。这样做的好处有，一方面能活跃课堂气氛，拓展学生的视野，扩大知识面，让学生了解最新发展趋势、研究成果及相关新工艺、新方法、新设备，使教学内容更加生动，进一步提高学生的学习兴趣及热情；另一方面能培养学生的科研兴趣及科研创新能力，充分发挥了科研促进教学，并为教学服务这一宗旨。[3]例如，中国科学家宋凡研究员从自然界小贝壳和蜻蜓翅膀的特殊形态或功能上获得灵感，通过研究它们的微结构，攻克了军事装甲的世界性难题。[4]美国麻省塔夫斯大学的研究人员开发了用蚕茧的丝蛋白制成的外科固定板和螺丝。他們希望这种材料可以在未来的某一天在固定装置上可以取代金属，后者因为它们的刚性而容易增加感染风险和增加应力。[5]鉴于此，笔者在讲授中就注意融入高分子材料研究开发的最新动态及成果，效果良好。

2 教学方式的改革

2.1 贴近生活自然设计课堂提问

为了让课堂教学生动、活泼，避免单调、枯燥，可以尝试结合一些常见、鲜活的生活或自然现象来组织课堂教学，结合材料学术知识点进行讲解，提高学生学习兴趣。利用多媒体及先进的仪器表征手段讲述荷叶表面的自清洁作用，机理是由于荷叶表面的超疏水结构，水滴在叶片上形成完美的球形且易于滑落，而叶片上具有微纳米尺寸的疏水性结构，该结构可用于自清洁。总之，自然界为新材料的研发带来了很多设计灵感，如骨针（模仿鱼刺），锯子（模仿带齿草叶）、车轮（模仿蓬草的飞转状态）等。教学中启发学生从自然宏观现象背后的微观机制着手，探索新材料研发的设计灵感，培养学生科研兴趣及科研能力。

2.2 尝试材料科学与社会科学之间的跨界

当今世界，自然科学与社会科学之间的跨界融合更加频繁必要，自然科学的发展也越来越需要相关社会科学尤其是管理学、法律学的规范引领。尤其是，随着我国依法治国战略的自身推进和法治国家的不断完善，材料科学等自然科学的发展越来越离不开法学研究以及法律制度的规范保障。例如，材料科学的发展及运用就需要知识产权法律的规制和保护。如新型材料及其应用往往可以申请发明或者专利的申请及其法律保护。可是，工科学生普遍缺乏基本的知识产权法律常识，难以有效运用法律思维和法律手段促进和保护自己的知识产权。为此，笔者尝试在课堂上适当介绍相关的知识产权法律常识，效果良好。比如，知识产权法律在内容上包括以文学作品为保护对象的著作权、以工业发明或新颖设计为保护对象的专利发明、以商品标志为保护对象的商标权，以及以民间创意为保护对象的民间作品等。发明专利的法律保护就包括专利申请、专利许可、公益使用、專利的国际保护等内容。笔者尝试将这些基本的知识产权法律知识传授给学生，拓展了他们的知识领域。

2.3 课堂中师生角色互换

爱因斯坦说过：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。”常规的教学过程是，教师单向对学生传授知识。显然，此种教学模式缺少互动，因为学生仅仅是知识的被动接收者。鉴此，为了增强教学的互动，也为了培养学生凝练并提出、解决问题的能力以及提高口头表达等综合能力，可以就某些章节内容尝试采取师生角色互换，即学生讲课、教师听的教学模式。具体可以采取学生自愿报名的方式，让学生选取其感兴趣的一个章节，凝练问题、查找资料、准备PPT文档上交教师，教师指导同意后学生上台讲解，听课过程中可以随时提问，讲解完成后进行点评，教师根据情况及时做补充。此种教学模式显然能极大提高学生学习积极性，课堂参与感增强，ppt制作水平得到提高，学生的自信心得以提升，动手能力等得到锻炼，教学效果明显提高，学生真正成为学习的主体。

2.4 充分利用多媒体等现代教学技术

多媒体辅助教学可以将图形、文字、声音等多种资源予以整合优化，不但形式上喜闻乐见，同时也使一些抽象、难以理解的内容显得直观、易懂。[6]实践经验表明，采用多媒体教学，一方面提高了学生的学习兴趣，激发了学生的学习动力。此外，多媒体课件所容纳的知识量和信息量远高于传统教学方式。例如，一张图片所传递的信息量及效果远非教师的言语表达所能达到。

另外，与课堂学习相比，学生亲自观摩体验工厂生产过程更能促进知识的理解掌握。虽然材料概论的课程内容与生产活动紧密相关，然而由于课时少，使得难以安排学生到生产单位参观实习。教师利用生产实习的机会，可拍一些视频，将这些视频制作后穿插到课堂讲授中，使学生更形象、直观的感受生产工艺过程，也利于对生产方法的理解。

3 考核方式的改革

一般情况下，材料概论课程的考核采取平时成绩和期末闭卷考试相结合的方式，大多考查学生对该课程内容的记忆及掌握程度。但由于材料种类很多，内容繁杂，学生对传统的教学过程普遍有厌学情绪，这就导致单纯依据期末考试成绩评定学生的课程学习效果不够全面。成绩的比例，平时成绩中除了平时作业，考勤等，引入课堂教学参与度及参与质量的考核，上面谈到的师生角色互换模式可作为学生平常成绩的一部分，这样既培养了学生的探索精神，又调动了学生学习的积极性，同时还培养学生的动脑能力和创新思考能力。

4 结语

通过材料化学专业材料概论课程的教学改革与实践，从课程内容的优化，教学方式及考核方式的改革三方面着手，探讨了一套较好的教学方法。从近几年来的教学实践及效果看，上述三个方面的改革使得学生的自学能力、学习的主动性和积极性以及认识问题和解决问题的能力均得到了一定程度的提高。与此同时，我们也意识到课程教学改革的必要性和艰巨性，实践中难以一蹴而就，因而只有在教学过程中不断探索实践、总结经验，才能使我们的教学质量稳步提高。

参考文献

[1] 周芸，杨柳.材料概论课程的教学改革探索[J].广东化工，2017.44（14）：272-273.

[2] 周颖，贾晓林，鲁占灵.材料概论多媒体教学系统设计与实现[J].科技创新导报，2008（24）：109-109.

[3] 朱双云.高职无机化学实验绿色化教学的改革探索[J].广东化工，2012.39（3）：226-227.

[4] 宋凡.仿生学里的小结构大力学[J].环境经济，2017.9：70-71.

[5] G S.Perrone， G G. Leisk， T J. Lo， et al.； The use of silk-based devices for fracture fixation，Nat Commun，2014.5：3385.

[6] 祝杰，魏海霞.高校多媒体教学改革相关问题的探讨[J].中国电力教育，2014.307：35-36.