《材料物理化学》课程教学的几点探讨

2019-02-16白佳海杜庆洋李国昌唐竹兴赵云霞

山东化工 2019年12期

白佳海,杜庆洋 ,李国昌, 唐竹兴, 赵云霞

(山东理工大学材料学院，山东淄博 255000)

《材料物理化学》课程是目前部分高等院校材料科学与工程类专业所设置的一门专业基础课，该课程教学内容的设置也因各个高等学校的专业方向设置的不同而有所不同。例如，南京理工大学的偏金属专业方向的《材料物理化学》课程，主要内容大多属于《物理化学》的基础理论知识范畴，而张志杰编写的《材料物理化学》教材则是与《无机材料科学基础》的授课内容基本一致。因此，在《材料物理化学》课程的教学内容的设置、选择和优化上，不同学校的不同专业会有所不同。其实，《无机材料科学基础》与《材料物理化学》具有一定的承继性，即《无机材料科学基础》较早的课程名称为《硅酸盐物理化学》，而后来又改名为《(无机)材料物理化学》等。

山东理工大学材料科学与工程学院在部分本科专业开设了《材料科学基础》课程，主要讲授晶体的结构与结构缺陷、非晶固体、表面与界面、相平衡、扩散、相变及烧结等方面的基本概念和基础理论；在硕士研究生的培养方案中，开设了《材料物理化学》课程，属于专业基础核心课程。基于两门课程教学内容具有一定的相似性，所以在教学内容的设置、教学模式和教学方法等方面，需要有所突破。尽管两门课部分内容有所重复，但《材料物理化学》课程应该具有新高度、新知识和高能力等特点，即课程教学既要让硕士研究生对本科阶段所学的基础理论与基本概念有进一步的深入理解与掌握，又要在提高能力方面(如分析问题解决问题的能力等)有所突破，而不是简单的重复性教学。

1 知识背景调研

从《材料物理化学》的授课者角度看，由于山东理工大学材料学院的硕士研究生在本科阶段经过系统的专业学习和考研复习，与他们的本科阶段相比，具有较深厚的专业知识背景，并且具备较强的自主学习能力。但是，由于这些硕士研究生来自于不同的学校，甚至是不同的专业，以往所学的关于《材料科学基础》的内容差异较大，个别的甚至没有学习过相关的知识。因此，这对于《材料物理化学》课程的教学内容、教学模式和教学方法来说是一个较大的挑战。因此，教学之初，对学生进行必要的专业背景和知识背景的调研就显得比较重要。通过调研，了解学生的知识背景和学习意愿，在教学大纲规定的范围内，对教学内容进行适当的调整，让每个学生在课程的学习中都学有所获。

2 教学内容

通过学情问卷调查，了解学生对教学内容的看法及学习意愿，并根据教学大纲确定教学内容。基于多年的了解，并根据各位导师的研究方向，我们在《材料物理化学》课程教学内容方面，确定了材料的结构与晶体结构缺陷、界面、相平衡、相变、扩散和相变等作为基本的教学内容。但是，教学内容过程中，为了照管不同基础的硕士研究生，我们强化了基本概念和基础理论的讲授，同时注重拓展知识的广度和深度，力争每位选课同学都能有所收获。

材料科学的核心问题是材料的结构与性能及其相互关系，因此在授课内容方面，除了强化基础理论和基本概念的教学外，更重要的是强化了结构与性能的关系方面的讲解，力争在对基础理论的讲授过程中，通过案例分析的方法较系统讲解结构对性能的影响关系，极大丰富了授课内容，强化了学生对结构与性能的关系的认识，有利于学生深入地理解和掌握所学的基础理论，同时也有利于学生在将来的毕业论文以及小论文的撰写中，有意识地把材料的结构和性能联系起来，提高论文的科学性与理论性。例如，在讲授晶体结构缺陷这部分内容时，通过讲授点缺陷对半导体材料能带结构与导电性能的影响，把晶体的点缺陷结构与材料的性能紧密联系起来，巩固对点缺陷的理解和掌握，同时更有利于强化对结构与性能的关系的认识。

3 教学方式和方法

在学情调研、分析的基础上，精简了对基本理论和基础概念等部分教学内容的课堂讲授，强化学生对课程内容的自主学习，采用了课堂讨论、翻转课堂以及案例教学等教学方式和方法，力争做到内容丰富多彩、形式生动活泼。此外，材料科学是一门应用基础学科，其中很多基础理论都在某些材料的结构与性能、材料的制备与应用中有所体现，因此《材料物理化学》对于提高硕士研究生对基础理论知识的运用能力、分析问题和解决问题的能力等方面具有非常重要意义。

课堂讨论主要是针对某些前沿热点问题，运用《材料物理化学》的相关基础理论进行分析讨论，引导大家积极参与，并发表各自的见解。当然，这些分析和讨论可能不够全面、详细，但是有利于提高对理论知识的运用能力、分析问题和解决问题的能力。例如：在讲解材料的表面与界面等相关的知识后，让学生课后查阅资料，并运用所学的相关基础理论知识，讨论、分析超细粉体发生团聚的原因以及降低团聚程度的方法等，从而能巩固知识与提高能力。

翻转课堂也是一种能有效地促进学生自主学习的教学方法。在教学过程中，我们是把翻转课堂与案例教学紧密联系在一起。首先，根据教学内容，给学生提供一个案例，然后运用所学基础理论对案例进行全面分析，或者是分析案例中所体现的基础理论知识，从而进一步理解和掌握所学的基础理论知识，并能促进对基础理论知识的运用。例如，在讲授相图后，给学生提供一些较复杂的相图，然后根据判读相图方法进行相图分析和结晶路线分析，既巩固了相平衡的有关知识，也提高了运用相关知识判读相图的能力。