《材料科学基础》课程的案例互动引导式教学模式探索

张 芬，宋 亮，曹梅青

(山东科技大学 材料科学与工程学院 山东 青岛 266590)

在材料学科专业的教学过程中，材料科学基础是衔接四大化学(无机化学、物理化学、有机化学、分析化学)与材料学科专业课的核心专业基础课程。《材料科学基础》作为金属材料、材料化学等专业学生接触的第一门专业课，主要是展示材料科学研究中的核心思想“材料成分、结构与性能三者之间的关系”，并通过规律性的认知，应用于材料科学的发展。

材料科学基础作为一门应用基础学科，在材料类本科专业的教学改革和学科建设中占有重要的地位，同时，这门课又是材料化学专业学生的基本知识和基本能力的重要组成部分，对其在材料科学领域的发展具有非常重要的作用，是相关材料学学科的基础和媒介，它起着公共基础课与专业课程之间的纽带作用[1]。特别是在各学科相互交叉融合不断加强的今天，材料科学基础在高校教学中的地位更加的突出和显现[2]。

材料科学基础课程包含大量繁杂的理论知识、抽象的内容和丰富的概念，作为材料科学的入门课程，内容繁多且抽象，学生们比较难以掌握[3-4]，因此，材料科学基础的课程教学改革推进十分必要[5]。该课程内容主要包括材料的理想晶体结构与缺陷、亚稳态、相图理论、凝固过程、扩散理论、固态相变、塑性变形和再结晶等。实际教学过程中，学生普遍反映该课程的知识点过于抽象，不易理解，已成为制约该课程教学的瓶颈问题。

另外，随着现代科技的飞速发展，越来越多的材料制备新工艺及新方法出现，并获得改进发展，原有的课本内容虽然丰富，但不能贴合目前现代化的科学发展，导致学生在课堂上只能从书本上片面地了解相关知识，不能将自己所学知识与实际应用结合。因此只有将知识的应用背景与理论知识的讲授相结合，才能满足培养现代化高层次人才的需要。

在夯实应用型人才培养的基础上逐步培养学生的创新能力，案例互动教学是对现有的本科课堂教学模式的突破[6]，在《材料科学基础》课程教学工作中积极开展教学改革，有利于培育富有实践能力和社会急需的创新型材料专业类人才[7]。鉴于此，本论文主要研讨了如何在《材料科学基础》课程的实际教学中实施案例互动引导式教学。期望于这类案例交互式教学模式在应用类课程上能改变接受知识的被动性[8]，教学相长，与时俱进。

1 案例互动教学模式研究

案例教学法是一类主动积极的教学法，其鼓励学生独立思考,变注重知识为注重能力,并重视双向交流[9]。以案例为导向，培育学生们的自主探究式学习意识。

教师可以通过刻意设计多类以案例为导向的互动教学模式(包括专题演讲教学、师生互易教学、分组辩论教学、集体讨论教学、教学软件交互教学[10]等)，来引导学生们主动思考、主动接受知识，并在案例互动教学过程中完成知识的内化，从而改善教学效果和质量,激发学生学习该课程的兴趣，增强学生探究问题的能力[3]。

针对材料专业的《材料科学基础》课程的特点，案例互动教学模式的构建主要从以下三个环节入手：

第一环节为课堂主体教学环节。课堂教学是教学师生密切互动的最佳时机。通过案例的导向，在课堂教学开始时就将学习的主动权还给了学生。分析该课程的特点，将案例引导举例如下：太空电梯的设想与材料晶体结构缺陷，自然界中的五次对称与准晶结构，纳米催化材料的原理与亚稳态的特点，等等。

可采用以多媒体教学导入案例，通过用多彩的图片和视频来引导同学对该案例的认识和兴趣，最重要的是所选择的案例能够更好地体现其应用性。随后将该案例的问题提出，引导同学们展开思考，分组讨论，完成师生之间的互动。案例所用的图片和视频，可以搜集国内外相关数据库，例如，en.wikipedia.org，将最新的科技进展，最引人入胜的图片、音视频等资料展示给同学们。该部分案例尽量选择新颖的、最前沿的课题，例如，人类是否能够合成出完美的、无缺陷的材料，来引导同学们对晶体缺陷的思考，来思考完美晶体的特点，来考量缺陷的作用，以此为引导从而完成理想晶体与晶体缺陷这部分知识体系的教学，将同学们接收知识的观念从被动听课，转为主动思考，从而改善教学效果。

我们这么做的目的，就是通过设置问题案例情景，引导学生在互助合作的基础上，进行开放性思考、合作互动性思考，提高同学们体会问题、思考问题、解决问题的能力，并了解该课程中与案例相关部分的应用背景知识，为知识的应用性思想梳理标杆，摆脱同学们以往对知识点死记硬背的学习方式。

第二个环节是课外自学环节。如果单纯将案例的提出、问题的解决放在短短的课堂授课时段上，将会很大的占用有限的课堂教学时间，并且同学们由于缺乏思考的过程、缺乏思考的时间，从而跟不上案例互动学习思路。所以，需要充分利用课下时间，教师将提前布置教学案例，让同学们利用课下时间开展交流思路。

课外同学们以案例的调研为预习作业，从图书馆、网络文献数据库中搜集信息资料，尝试对问题进行思考，对问题设立解决思路。这也是目前国外大学对学生独立解决问题能力的培养模式，这对于中国培养创新型人才至关重要。

为了提高其效果，更好地引导同学们去解决问题，我们利用即时通讯软件、电子邮件等方式进行答疑、过程辅导、参与小组讨论等活动，避免了以往的低效联系方式，便捷了师生之间的交流。

第三个环节为全过程评价环节。全过程评价被用于新型教学改革尝试教学的评价。需要从四个层面展开，包括学生前期预习效果评价、课堂互动情况评价、案例小组互助学习成果评价、学生对教学方式的反馈情况。

全过程评价可消除以往对学生考试成绩、作业成绩的依赖性，能够更好地帮助同学找到自己的实际解决问题短板，能够更好地帮助教师及时更换教学方式，设置传统/新型教学模式的比例，来适应不同知识背景的学生。这种评价方式的及时性，可以将教师与学生之间形成一种合力，共同促进教学过程的有效实施。

此外，实施多维互动教学模式后的情况调查，对试点班级的教学效果进行对比、分析，实时将学生反馈的教学问题，更新到教学过程，完成教学方式的快速进化升级。

通过以上三个环节，在《材料科学基础》课程教学过程中实施案例互动式教学方式，非常有助于同学们掌握各方面的技能，例如，文献检索技能、互助合作意识等。并且，能够非常有效地调动同学们的学习积极性，其创新意识得到萌发，创新能力进一步塑造。

在教学过程中同学们通过团队讨论，然后自行创建PPT幻灯片展示，这个过程极大地训练了学生的设计能力、演讲能力、应变能力、整合能力、综合分析解决问题的能力，为全方位培养学生的综合素质提供了平台。

本教改方式突破了传统的教学模式，在充分利用现代信息技术手段的基础上，通过在课堂内、课堂外的综合互动，积极调动同学们的学习热情，并有效地发挥教师的主导作用和学生的主体作用。使“互动式”教学法不只是停留在形式上的“互动”、局部上的“互动”，而是深入到本质上及全局的应用，并全面提高学生的素质及能力。

2 结论

在有限的教学时间里，使全体同学共同参与教学过程，真正达到师生之间、生生之间的互动，是目前《材料科学基础》教学过程中关键要解决的问题。通过案例教学互动模式的采用，在课堂主体教学环节、课外自学环节和全过程评价环节三个主要环节共同发力，并在学生前期预习效果评价、课堂互动情况评价、案例小组互助学习成果评价、学生对教学方式的反馈情况四个层面上全过程评价，充分调动了学生的学习积极性和热情，并且有助于学生创新意识的培养，极大地增强了他们分析问题、解决问题的能力。案例互动教学在专业核心课程上的应用，为大学教学模式的革新提供了新的借鉴思路。