《材料物理与性能》的教学改革与实践—以新能源材料与器件专业为例

吴建栋，卢 辉，杨少林，李 东

(1.北方民族大学 材料科学与工程学院，宁夏 银川 750021；2. 材料科学国家级实验教学示范中心(北方民族大学)，宁夏 银川 750021)

材料物理性能是材料科学与工程专业的一门基础必修课，该课程综合了材料学和物理学两方面的内容。课程通过介绍材料的热学性能、力学性能、电学性能、介电性能和磁学性能的物理本质，并利用物理学理论阐述材料的各项性能与材料的成分、微观结构和组织形态的相互关系，引导学生深刻理解影响材料性能的各种因素[1]。《材料物理与性能》课程涉及的知识面广，对基础物理学、化学的理论知识要求相对较高，部分基础较差的学生学习这门课程有一定的困难。特别是近年来材料科学的迅猛发展使材料物理性能所涵盖的领域和范围更加广泛。实施教学内容、教学方法等教学环节的改革，将有利于调动学生的学习积极性和主动性，培养学生掌握材料物理性能研究的基本方法和实验技能，并培养学生的创新能力[2-3]。

1 《材料物理与性能》改革措施

作者发现《材料物理与性能》课程教学环节目前存在的主要问题有三方面，一是学生的学习积极性不高，二是课程的教学目标已不能适应新时代教学活动的要求，三是针对新能源材料与器件专业的特点，教学内容需要调整。针对上述问题，作者采取了如下改革措施，并取得了良好效果。

1.1 教学目标改革

由于学习方式和知识获取途径的限制，传统的应试教育引导学生记忆和理解相关知识点，整个教学过程都是以相关知识点为中心展开的。随着网络技术和计算机技术的不断发展，学生获取知识的途径越来越多，而且越来越方便[4]。这促使人们对传统的教学方式和教学目标进行改革。与直接教授学生具体的知识相比，让学生知道自己需要什么样的知识更为重要。因此，本课程的主要教学目标转变为培养和激发学生的学习兴趣，使学生掌握快速获取相关知识的方法。

1.2 教学方式改革

首先，通过各种措施提高学生的学习兴趣。一方面，引导学生勤于思考，善于思考。例如，在讲解绪论部分的时候，以手机为例，请同学们分析一部手机里面有哪些材料，相应的功能是什么，具体的与材料物理性能课程相关的性能等等。是学生意识到学习材料物理性能课程的意义。另一方面，灵活运用现代教育技术，提高学生的学习兴趣，加强学习效果。采用多媒体教学，灵活运用生动的动画演示，提高教学效果。例如，在介绍晶格滑移和位错运动使,以动画展示,让学生直观地看到，便于学生认识和理解。

其次，针对学生出勤率不高的问题，以往老师都是通过点名考勤的方式督促学生上课，浪费了宝贵的教学时间。通过改革考勤方式，要求学生记课堂笔记，每节课下课后交给任课老师作为出勤依据，同时通过分析学生课堂笔记的内容，了解学生的兴趣点以及对相关知识的掌握情况，为接下来设置教学内容提供参考。

1.3 教学内容改革

首先，在以往的教学中，教师多注重材料的热学、电学、介电学、磁学和力学性能的研究，主要介绍材料的各种物理性能、影响因素、测定方法和相关功能材料的应用，而对物理基础知识部分讲解较少，这在一定程度上影响了学生对材料物理性能的理解和掌握。因此，教师可以在教学内容上添加部分物理基础知识,通过讲授量子力学基础和固体物理的基础知识，增强学生对微观原子、电子等的特性、微观粒子运动规律以及电子的能带结构等内容的理解。

其次，不同专业的学生对材料性能的关注点不同。根据新能源材料与器件专业的培养方向和专业特点课程设置优化教学内容，适当增加热学性能、电学性能等章节的课时，减少介电性能、铁电性能和磁学性能等与新能源材料与器件专业关系不是很密切的章节的课时。新能源材料与器件专业的学生更关注材料的导电性、介电学以及能带相关的内容。因此，可以在教学过程中重点讲授与新能源材料与器件专业紧密相关的内容。

第三，材料科学的发展日新月异，教材内容显得相对滞后，仅仅教授学生书本知识显然不能满足学生日后学习和工作的需要。因此，本次改革结合材料物理与性能课程的特点增加了电极材料的热学性质、电极材料的电子结构、电极材料的导电性、电极材料的介电性等四个专题讲座类的内容。安排学生自主查找资料，分析相关文献内容与所学课程的关系，并作报告讨论。

1.4 评价方式改革

传统的评价方式比较单一，很难反映教学效果。考虑到专业核心课一般以闭卷考试为主，存在考前突击、死记硬背知识点的情况。部分学生通过短期背诵知识点可以勉强通过考试，但是对相关知识点的理解却非常肤浅。通过设置过程性评价内容可以增强学生的参与感，加深学生对相关知识点的理解，使老师及时了解学生对相关知识点的掌握情况。本次改革的过程性评价的内容包括：出勤与课堂表现、作业提交与完成情况、专题讲座表现和平时测验等几部分构成。另外，采用闭卷考试的形式进行终结性考核。试卷内容围绕材料物理方面的基本概念、基本理论和相关材料的主要性能等考点，增加了问答、论述题等主观题的比例。最终，采用总评成绩(100%)= 过程评价成绩(60%)+ 终结评价成绩(40%)的分配原则进行学习效果评价。

2 结语

针对作者在讲授《材料物理性能》课程的过程中所面临的问题，通过教学目标、教学方式、教学内容和教学评价方式等四方面的改革，提高的学生的学习积极性和主动性；培养了学生新的学习理念；更好地反映了学生的学习效果。学生的学习热情和课堂出勤率有了明显提高，对所学知识点的掌握明显加深，理论联系实际的能力以及表达能力都有了很大进步。