《无机材料科学基础》课程的教学改革与实践

2021-01-03赵林

科教导刊·电子版 2021年34期

赵林

（景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院江西·景德镇 333403）

《无机材料科学基础》是材料学科的核心专业基础课程，作为材料学科本科生的必修课，也是考研的必考课，在教学中占有极其重要的地位。该课程阐述了无机材料的组成、结构、工艺和性能之间密切关系的一系列基础理论，在基础课（如大学物理、无机化学、物理化学等）与专业课（陶瓷工艺学、玻璃工艺学等）之间起着承前启后的桥梁和纽带作用，是从事无机材料科学研究和工程制造的科技人员必须具备的专业基础知识。通过本课程的学习可掌握无机材料方面的基本理论，基本概念，了解从原料到成品的物理化学过程及变化规律，了解材料的组成、结构及性能间的相互关系，高温过程对材料结构的影响及材料显微结构的形成规律。《无机材料科学基础》课程的教学目的是使学生具备基本的理论知识，逐步掌握科学的学习方法，运用所学的无机非金属材料的基本原理和研究方法进行分析、研究；培养学生严谨求实的科学态度以及刻苦钻研和探索的精神；通过启发自主式学习，培养学生独立发现问题、解决问题的能力[1-3]。

本文从《无机材料科学基础》的课程特色出发，将教学与科学研究紧密结合，探讨了教学过程中经验总结、规律以及开展的教学改革措施。

1 更新教学内容

《无机材料科学基础》课程主要讲述了晶体结构及缺陷、固溶体、相变、相平衡、扩散、烧结等方面的知识，是一门为无机非金属材料研究开发提供科学依据的基础理论课程。近年来，各种新材料、新工艺、新技术和新理论不断涌现，而与其相关的无机非金属材料基础理论也在不断地更新发展。尤其是我校被列入第二批“卓越工程师教育培养计划”，该计划是为了培养适应经济发展、创新能力强的高质量工程技术人才由教育部在2010年发起，更需要培养的学生具有最新、最前沿的理论知识[4]。因此，在教学内容的选择上，就必须在兼顾旧基础理论的同时，及时掌握和更新理论知识，将新知识、新理论、新技术和新工艺引入到教学内容中，从而让学生更好地了解到与无机非金属材料相关理论及应用的最新进展。

2 改进教学方法

多媒体教学以其形象、直观、灵活、信息量大和效率高等优点已成为广泛使用的教学手段，在教学中发挥着越来越重要的作用。但是多媒体教学也存在一些弊端：课堂信息量大，不利于学生的理解和掌握；用多媒体授课属于灌输式教学，不利于学生的独立思考和分析等等[5]。因此，为了提高教学效果，采取多媒体与传统教学相结合的方式。多媒体上只写一些比较重要的概念、定义、分类、影响因素、结论以及工艺流程图等标题，而具体的推导过程或中间环节等需要详细讲解和强调的地方则采用板书来完成。

重视启发式教学，突出重点和难点，启发推理，答疑讨论，总结提高。在课堂教学中，教师精心设计各种启发式问题，进行互动式提问，鼓励学生大胆发表见解，引导学生自主学习，加强学生参与知识的理解和掌握过程，培养学生独立思考能力和创新意识[6]。在教学过程中，把《无机材料科学基础》中相关的内容和生活紧密结合起来，启发学生联想、分析和记忆，加强学生的理解。例如在讲授固体表面与界面章节中的润湿和不润湿时，可以通过启发学生联系生活中相关的例子（藕叶上的水滴）等来加深理解和记忆。

由于《无机材料科学基础》课程中知识点比较多，涉及范围比较广，如果仅仅通过课堂理论教学很难使学生理解和掌握所学的理论知识。因此在课堂理论教学中有必要通过模型展示的方式加深学生的理解，达到较好的教学效果。通过展示模型进行课堂理论教学具有传统教学方法所不具备的真实性、具体性、形象性、立体性和感染性的特点[7]。例如在讲授晶体中质点的堆积章节，通过展示密排六方、面心立方和体心立方三种堆积方式的模型，能够使学生直观的观察和区分出最紧密堆积和非最紧密堆积方式，并通过理论计算得出不同堆积方式的堆积密度，了解四面体空隙和八面体空隙的分布、数量和大小。通过模型展示可以全面激发学生的视觉、听觉和触觉能力，加深学生对理论知识的理解，激发学生的兴趣，调动学生的学习积极性。

对一些理论性不是很强的章节，采用翻转课堂的授课方式，即学生在课下提前通过观看视频讲座、播客、阅读电子书或在网络上与别的同学讨论将要学习的新知识，教师不再占用课堂的时间来讲授，而是对学生学习中遇到的问题进行辅导和解答，并通过习题的方式进行知识巩固。由于学生课前已经查阅了大量的文献、观看了视频讲座以及认真的讨论，在课堂上可以有针对性的进行提问，有助于学生对所学知识的理解和掌握，同时也培养了学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。

3 教学与实践相结合

教学和科学研究是相辅相成的，教学中所讲授的理论知识可以应用于科学研究过程中，同样在科学研究过程中获得的新成果、新理论也可以丰富教学内容。科学研究是一种科学实践过程，在授课过程中，当某些章节的知识内容与自己的研究方向一致或相关时，可以将课题的研究过程、实验方法、实验现象或实验结果引入到课堂上，让学生运用所学的理论知识对涉及实验的各种问题进行分析、讨论并予以解决。

《无机材料科学基础》是一门理论联系实际比较紧密的学科，实验教学无论对于学生基础理论的学习和掌握还是工程实践能力的培养和提高都具有至关重要的作用，是培养学生工程意识、创新能力和动手实践能力的重要途径[7]。该课程主要的实验内容主要包括：粘土泥浆动电位的测定、固相反应速率的测定、液固润湿角的测定、相平衡和相变实验、烧结实验等。在讲授完相关的理论知识后，开始进行实验环节的训练。例如通过陶瓷坯体烧结实验，可以使学生能够切身观察和体验到在一定温度下，坯体开始收缩，并随着烧结温度的提高、烧结时间的延长坯体有不同的收缩，了解烧结时坯体的变化过程，发现坯体烧结的影响因素，总结坯体的烧结规律，掌握烧结的本质，最终加深了对课堂理论知识的理解和掌握。

4 将思想政治教育有机融入课堂教学

运用马克思主义哲学揭示材料科学基础的理论本质，引导学生树立正确的世界观；注重强调材料科学与民生密切相关，提高学生的国情意识；以材料科学面临的能耗、污染等问题为切入点引导学生重视专业课，学好专业课，为将来解决上述行业所面临的共同难题贡献自己的力量，培养和树立社会责任感；让学生认识到环保的重要性，理解青山绿水就是金山银山；以新材料的设计和研究开发应用作为切入点，将最新的关于各种材料类的新闻资讯、科研动态、应用实例引入课堂，比如以视频的形式介绍新材料在国防、航天、军事、医疗等领域的实际应用，以此为切入点激发学生的爱国热情和自豪感，激励其为国家振兴、民族强盛而努力学习；以中国材料领域著名的科学家、学者、企业家等典型人物的励志故事作为切入点，激励学生，培养学生踏实勤奋、吃苦耐劳、精益求精、实践创新的工匠精神；用我国在某些材料领域重大突破的辉煌成就来激发学生的民族自豪感，同时也会通过让学生了解我国在诸多领域材料性能仍然落后的现状来增强学生的历史使命感。