推进“材料化学”课程教育的有效教学策略与方法

江 宇，张丙林

(长江大学 化学与环境工程学院，湖北 荆州 434000)

材料化学将材料与化学合二为一，利用化学手段研究材料组成、结构、合成制备和材料性能之间相互关系的交叉学科。它在材料科学已经建立的金属、无机非金属、高分子材料等材料的微观特性和宏观规律的理论基础上，选取其中与化学有紧密联系的相关理论进行深入研究和探讨，在材料科学这一大体系中占据重要地位。材料化学的发展与应用对于现代工业、高新技术产业以及社会的许多方面都有着重要的影响，现如今它已经在各个行业展现出了举足轻重的作用[1]。例如，材料化学在推进能源技术方面发挥着关键作用，煤炭和石油等化石燃料的大量开采和使用造成了能源枯竭和气候变暖等问题，而电池等电化学储能技术的发展已经彻底改变了能源产业；材料化学对于能够应对全球挑战的新材料的开发至关重要，石油化工科学研究院开发出的新型钛硅分子筛催化材料具有定向氧化催化，可以实现“原子经济”，使“零排放”工艺成为可能，且具备工业化生产的可能；材料化学在医疗保健行业发挥着关键作用，钛合金是常用的人工关节材料，具有良好的生物相容性和机械性能，可以长期植入人体而不会引起排异反应，而用于医疗植入物和药物输送系统的新材料开发已经彻底改变了医学。

狭义的教育即学校教育是指学校根据一定的社会现实和未来的需要，遵循青年一代身心发展的规律，有目的、有计划、有组织地引导受教育者学习知识，陶冶情操，德智体美劳全面发展的活动，以便培养成为适应一定社会需要和促进社会发展的人。因此，材料化学的教育对于新时代青年学生的专业素养和综合素质的提高乃至今后社会的发展程度都有着重要意义和深远影响[2]。材料化学教育的重要性在于，它有利于新时代青年学生对新材料新技术的探索，在开发能够应对全球挑战的新材料和推进能源技术方面发挥至关重要的作用。

材料化学教育是技术进步和可持续发展的基石，良好的材料化学教育能够使学生具备应对全球挑战所需要的知识和技能，对培养新一代科学家和工程师至关重要，且教育本身在培养创造性思维、促进技术创新和推动可持续发展等方面有着深远的影响[3]。具体表现为：一是材料化学对科技创新具有深远影响。材料化学的教学在培养学生创造性和批判性思维等方面发挥着关键作用，使学生能够深刻理解现有材料的特性，设计开发出具有独特性能和能够解决当今社会现实问题的新功能材料，而且教育本身也有助于突破性的技术创新；二是材料化学教育能够促进可持续发展。可持续发展突出的是发展的可持续性的内涵，而合适的物质和较高水平的科学技术是实现可持续发展的重要基础之一，材料化学所蕴含的逻辑思维可以有效地为可持续发展的决策提供依据，帮助人类更好的理解人与自然的关系，提高资源利用率，因此良好的材料化学教育就显得尤为重要。在材料化学的学科教学中对于可持续性材料和制造过程的重点强调，能够培养新时代青年学生对环保材料相关方面的知识积累以及对于保护环境的责任感，学生可以推动可持续性材料和相关技术的创新与发展，从而促进可持续发展，实现人与自然协调共生。

材料化学的教学对于新时代青年学生的培养至关重要，然而随着科学技术的不断发展和社会需求的不断变化，材料化学的教学也面临着许多问题和挑战。时代在飞速发展，传统材料化学的教学方法和教学模式等教学效果时至今日已经无法满足学生的需求和当今社会对学生提出的要求。因此，材料化学的课程教学需要进行教学内容、方法、策略等多方面的的改进。

1 现阶段材料化学教学所存在的问题

材料化学是一门典型的工学课程，以基本理论为基础，理论与科研实践相结合为特征，多数理论较为抽象难懂，多数学生认为该课程理解起来比较困难。因此，通过分析目前的教学现状发现，目前材料化学的课程教学主要存在以下几方面的问题：

1.1 课程内容自身存在一定局限性

目前许多材料化学课程的内容都比较单一，主要围绕材料的结构、性质和应用展开，这种做法虽然有利于学生对材料的基本概念和原理的理解，但却缺乏对材料化学的全面认识，无法满足学生对材料化学的深入探索和应用需求[1]。事实上，材料化学作为一门交叉学科，其内容涵盖了从数理化到实际材料运用等诸多方面的知识，涉及的知识面广阔，知识点繁杂，想要让学生理解绝非易事。目前该课程还没有所谓的经典教材，不同版本都有其不同的侧重点，同时，该课程近些年的发展一日千里，教材内容往往跟不上飞速发展的节奏，许多教材的版本较早，放在现在显得格格不入[4，5]。此外，对比国外教材不难发现，国外教材章节的开头大多是从实际的工程问题引入，详细展开讲解知识点，以此引起学生对未知领域的兴趣，相比之下国内教材的编排大多是单纯的理论介绍，虽偶尔提及在某些热门领域的应用，但给学生的感觉就是“假大空”。

1.2 教学方式有限

部分教师在授课时以讲授为主，只注重理论的灌输而忽略了学生的主体地位，缺乏互动环节，没有充分调动学生的积极性，反而处于被动接受的状态，因此多数学生都感觉枯燥乏味[6]。“师者，所以传道授业解惑也”。这不仅要求老师传授知识，更重要的是锻炼学生解决问题的能力。对学生而言，能否对全新的课程产生兴趣，很大程度上取决于老师讲课时所展现出来的该课程的魅力，照本宣科的讲课只会降低学生的课堂参与度。多媒体的普及让如今高校教学主要以白板的形式为主，甚至部分老师完全放弃了传统的板书，电子课件固然能够提高讲课速度，但全部以电子形式呈现的信息难免会让学生感到视觉疲劳，从而降低汲取知识的效率[4]。板书的速度能让学生适应老师的讲课节奏，加深对关键知识点的理解。由此表明，长时间使用任何一种单一的教学方式都显得单调，无法激发学生的学习兴趣和主动性。此外，教师自身能力建设和提高对教学效果也有至关重要的影响。一方面，教师也需要持续不断增强自身专业素养，保持对新兴技术和教学技术的更新，确保能够为学生提供材料化学相关行业最新的动态；另一方面，教师在授课时应避免大段文字，以及生硬地照着课件说讲的情况出现，这样非常影响学生的学习体验。

1.3 理论与工程实践严重脱节

常有学生提问“我学这门课有什么用？”，这不仅是学生内心的疑惑，更是问住了不少老师。学生时常感觉明确不了自己的学习目标，习惯了中学时代的填鸭式教学，学生已经丧失了自身的主观能动性，无法将理论与实际联系起来，更不清楚理论知识的实际应用[3]。某些课程在课堂上只注重理论知识的讲授，一味的向学生灌输理论知识点，甚至只是照着教材的文字读一遍，偶尔提及工业上的应用也只是随口一提，学生听得枯燥乏味不说，一节课听下来学生连所学习的知识有何实际应用都一无所知，学习的积极性和主动性自然有所下降。此外，只注重理论而忽视实践会导致学生缺乏对材料化学的应用能力及范围的认知，缺乏丰富的空间思维与想象能力，在实际工作中缺乏独自动手，分析和解决问题的能力，这对学生的专业素养及今后的专业发展会造成巨大影响。

1.4 教学评价体制有待完善

老师与学生的教学评价体制存在一定局限性，这会制约课程的教学效果。这好比社会的生产关系与生产力的关系：生产力决定生产关系，而生产关系对生产力有反作用，教学效果决定了学生对教师的教学评价以及教师对学生的考核成绩，而这些评价和考核又会在一定程度上反作用在教学效果上。在大多数高校中，学生的考核体制基本上就是以期中或期末考试的成绩为依据来判断学生的学习情况，教师的教学评价则是学期末学生在教务处官网上对教师进行量化评教。随着时代的飞速发展，现如今这种评价模式已稍显落后和缺陷，不完善的教学评价约束了教师自身主观能动性的发挥，不完善的考核体制束缚着学生的发展[7]。对老师而言，由于某些学生自身的素质、感情和观察方法等因素的不同，对于教师的教学评价往往具有一定的随意性；另外有些学生和家长只注重最后的学科成绩而忽视了教师的教学准备及施教中创造教学价值的过程等，这些因素都会影响教师授课水平的发挥。对学生而言，一些课堂中“重智育轻德育，重知识轻能力，重主导轻主体”等现象仍较严重，片面的追求纸面分数而偏离了全面素质教育要求；某些教师只重视学生的专业领域而忽视了学生的感情领域和心理健康，这些因素都会严重影响学生对该课程的学习态度。

2 可行的改进方式

针对以上材料化学学科在教学中存在的几方面问题，我们通过分析材料化学教育现状，提出了一些有效的改进措施。

2.1 灵活应用教材，因材施教

新课改要求教师要灵活运用教材，因材施教，这就需要教师在授课过程中根据学生和教学的实际情况灵活的选择教学素材。例如，由于当今社会的飞速发展，在材料化学的讲授中很有可能会出现章节之间过渡生硬、存在知识盲点或不合理体系和内容与当下主流的技术不匹配等问题，所以教师在备课时就需要深刻理解教材章节的排版，上下文的逻辑分析，重视学生个性需求的同时加入自己的见解，对内容进行适当编排，使之更符合学生的认知规律，更好地发挥教师和教材的共同引导作用[8]。当讲授的内容涉及到目前社会讨论的热点话题例如人工智能和航空航天时，教师可以在传授基本知识点的同时将材料化学在这些领域中最前沿的研究热点和最新科研成果简要的讲述给学生，这样一来教师不仅能够很好地抓住学生的注意力，有效调动学生的积极性，激发科研兴趣，还能提高教学的前沿性和实用性。

2.2 丰富课堂教学形式

教师采取形式丰富多样的教学方法，根据不同内容运用不同的教学形式能够有效提高学生的学习兴趣。首先，教师可以在课堂中使用易于学生接受的，具有启发、感召、趣味性较强的语言，创造轻松愉快的学习环境；其次，教师应避免照本宣科的向学生灌输知识，应在教学中积极实行启发式教学、互动式教学和讨论式教学法，加强学生之间的沟通，增进师生情感交流，培养学生独立思考问题和团队合作的能力；教师还可适当应用情景教学，例如在介绍纳米材料时，可以使用多媒体播放生动多彩的视频素材，这样不仅可以将枯燥乏味的文字公式变成形象生动的图形动画，赋予其具体的内涵，还可以培养学生养成自主探究，主动思考的能力，有利于学生认知能力和逻辑思维能力的发展；最后，课堂上可以采用多媒体与板书相结合的方式，某些原理或演示验证试验可通过多媒体形象的向学生展示[1]，将抽象问题具体化生动化，从而使学生获得更为深刻的理解和认知，关键知识点或过程教师可以选择在黑板上进行详细推导，以便学生集中注意重点学习。此外，教师还可在授课时在学习平台上开启录制模式，课后上传至学习平台以供学生反复观看。

2.3 理论与实践紧密联系

材料化学是一门理论与工程实践联系非常紧密的课程，在高校里最合适的实践就是做实验。高校有必要针对材料化学开设相应实验课以便于训练学生的动手能力，实验是在理论的指导下进行的，而每次实验的完成也是对理论知识的巩固[4]。例如，新材料的制备、性能测试和应用等都是通过实验完成，学生在有一定知识储备的基础上进行实验操作，不仅能够增强学生实际的动手能力，还能强化学生对理论知识的理解和掌握。此外，教师在授课时也应在一定程度上脱离教材，与实际相结合，在引入新章节或讲解完知识点后适当列举相关方面的成功案例，在吸引学生注意力的同时，让学生更好的理解和掌握相关知识。

2.4 完善教学考核方式

综合素质的培养是社会发展的需要，教学考核是考察学生掌握知识程度和检验教师教学质量的重要标准之一，我们希望它不是一味的只追求分数或等级，而是能够真实地反应教学效果和学生学习情况。作为一门举足轻重的专业课，材料化学旨在培养学生实事求是、晨兢夕厉的科学态度和敢为人先的创新精神，应该采取形式多样的考核方式，激发学生的学习兴趣，提高教师的教学质量。例如，在平时成绩中教师不应只注重学生的出勤情况，更应该注重学生的课堂表现，如果某些同学积极回答问题，发表自己的见解，或是主动思考，提出心中所惑，这些都可以作为平时成绩中的加分项以示鼓励[6]；有些同学可能理论知识稍显薄弱但动手能力极强，那在学期末的考核中能否增添实验技能考核这一项，将学生的综合成绩按权重分为卷面成绩和实验成绩两部分呢？这些方式都可以用来完善现有的教学评价体系，以便更全面的了解学生的学习情况。

3 结束语

材料化学作为一门影响众多行业和领域的重要学科，它在高等教育中的地位不言而喻，但我们发现目前“材料化学”课程的教学现状并不尽人意。通过分析该课程的教学内容、教学方式和教学评价，对该现状的原因进行了剖析，发现了教材自身局限性、教学方式单一、理论与实践联系不紧密和教学评价方式不完善等四个方面的突出问题，并针对每个问题提出了相应的解决建议和措施。希望本文能够对材料化学教学的改进和提高起到一定的指导作用，也希望通过大家的不断努力，尽早探索出一条符合现在甚至未来社会的人才需求的教学方法。