《材料科学基础》课程教学改革探索

赵云霞+白佳海+周燕

摘要：《材料科学基础》是材料科学与工程专业的一门重要的专业基础课，是培养材料科学与工程专业人才的基础课程。针对本课程理论性强、内容多、课时少、教学难点突出等特点，作者从教学内容、教学方法、教学手段、网络资源建设和实验教学五个方面对该课程的教学改革进行有益探索。

关键词：材料科学基础；教学改革；实验教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）39-0112-02

一、引言

《材料科学基础》是材料科学与工程专业的一门重要的专业基础理论课程，主要从一级学科层次上阐述材料的组成与结构、制备与加工、性能和应用之间的相互关系及制约规律。既具有较强的理论性，又与生产实际联系紧密[1，2]。该课程的特点是理论性强、内容枯燥、知识点多而且抽象，教学难点突出[3]。教师反映难讲授，学生反映难理解、更难应用[4]。为更好地解决这些问题，提高教学质量和教学效果，课题组在课程体系、教学方法及教学手段等环节进行了一系列教学改革与实践。

二、教学改革内容

1.优化整合教学内容，形成新的教学体系。材料科学与工程专业主要培养有关材料研究、生产和制备加工的应用型高级工程技术人才。材料科学作为一门应用性科学，无论是材料的研究、制备还是实际应用都离不开材料科学基础理论知识的指导。随着我校材料科学与工程专业人才培养目标的不断调整，原有的教学体系已不能满足材料科学对《材料科学基础》课程的要求，必须对原有的教学内容进行重新整合，以适应新的人才培养目标的要求。在课程体系上，根据我校材料科学与工程专业偏重无机非金属材料的专业特色，立足“二级学科材料与工程专业，面向一级材料学科基础”，在全面介绍材料共性知识的基础上，以无机非金属材料为重点，适当介绍金属材料、有机高分子材料共性与个性特点的内容，兼顾材料学知识的系统性和实践性，突出材料的应用技能。同时，立足于材料科学的基本问题，强调材料科学的共性，全面介绍材料共性与个性特点；在课程内容上，课程体系改革与本学科和专业的教学改革相结合，正确处理课程建设与专业系列课程建设的关系。比如，针对本专业开设了《结晶学》课程，在讲授结晶学基础的内容时我们做适当取舍，只介绍与本专业有关的晶体化学基本原理；同时将课程建设与学科发展相结合，及时将材料领域最新的研究与成果融入课程教学中，不断优化完善教学内容。在讲授无机材料的聚集状态时，以当今热点纳米科学与纳米材料为例来讲授材料表面界面的特性、拓展学生的视野；在教学实践中，以自身科研实例及工程科研实践为例，强化前后各部分知识的衔接及前后知识的连贯应用，如：晶体结构及晶体缺陷知识点在高温动力学扩散中的应用；扩散知识点在固相反应、烧结中的应用等。

2.改革教学方法，提高学习主动性。传统的课堂教学，教师是教学的主体，以教师讲授为主。这种灌输法教学模式，学生主动学习活动较少，教学效果不好。为此，课题组成员经过多年的教学摸索，逐渐采用启发式、探究式以及传统课堂教学与网络教学相结合的混合式教学方法，提高学生学习的主动性。在讲授新知识之前，教师提出与新知识有关的问题，引导学生进行自主探究学习，然后指出解决问题所需要的理论知识，进而引出要讲授的知识。这些教学方法不但可以激发学生的求知欲，还能锻炼学生理论联系实际的思維方式，培养学生利用理论知识解决实际问题的能力。每学习一章，都要求学生自己对本章内容进行总结、归纳和整理，找出重点、难点以及各知识点的联系与区别，使所学知识系统化、条理化，加深对所学知识的理解和记忆，同时强化习题课教学。针对学生对习题、课后练习无从下手的问题，每章均精选典型例题进行重点讲解，辅以课后作业或思考题。对一些简单易学的知识点采取教师列出知识要点，学生自学和学生课堂讲授相结合的方法，这样既可以加深学生们对新知识的理解，又能锻炼学生的语言表达能力和培养学生独立获取知识的能力。实践证明，这些教学方法以学生为中心，学生有意识地参与到课堂学习与教学中，充分调动学生学习的主动性。“材料科学基础”是一门基础理论和工程实践紧密结合的课程。我院师资力量较强，科研能力、水平较高，科研课题较多，为以科研促教学提供了良好的教学条件。教学过程中，将课程的理论知识与生产实践和科研中遇到的问题相联系，使学生对所学的理论知识有了更形象的认识和深刻的理解。例如，将相平衡中三元系统相图理论应用于水泥、玻璃及结陶瓷制备的工艺配方设计中；将固相反应、烧结的基本原理应用在水泥、功能陶瓷的烧结中等。科学研究不但能够丰富教学内容，还可以激发学生的学习兴趣，提高学生学习的主动性，有利于提高教学的质量。

3.改革教学手段，提高教学效果。《材料科学基础》课程内容繁杂而抽象，理论性极强，学生在学习时易感到枯燥难学。为解决这个问题，课程组尝试采取理论授课和实验相结合、传统教学和多媒体教学相结合的教学手段，激发学生学习的兴趣，提高教学效果。传统的教学手段主要采取教师讲解加课堂板书，时至今日它仍然是教学活动赖以存在的基本教学手段。但它存在信息量小、板书内容不易保存、由于内容抽象而难于讲解清楚、缺乏生动性和趣味性等问题。特别是随着培养计划的重新修订，授课学时减少，利用传统的教学手段难以完成教学任务。在课堂信息量逐渐增加的今天，传统的教学手段必须与先进的现代化教学手段相结合，才能更好地完成教学任务，提高教学质量，保证教学效果。随着社会进步和科技的发展，多媒体教学与网络教学已经迅速发展。与板书相比，多媒体教学能把抽象事物直观化，把复杂问题简单化，为教师教学的顺利实施提供形象的表达工具。为此，课题组成员精心组织教学内容，研制多媒体教学课件，建立网络教学平台，采用教师讲解+课堂板书+多媒体课件相结合的教学方式，对一些抽象和难以理解的知识，运用模型或多媒体等教学手段以动画的形式展现给学生，能更好地帮助学生理解相关的知识，提高教学效果。例如：晶体结构、三元相图分析、晶体中的位错运动等内容涉及到大量的空间概念，教师很难用语言和板书表达清楚，采用多媒体教学手段，将文字、图像集成在一起，原来难于讲解的知识通过虚拟现实技术加以分析，学生易于理解和接受，大大改善了课堂教学的效果。endprint

4.加强课程网络资源建设，提高学习效率。信息技术的迅猛发展推动着高校教学改革的不断深入，网络教学愈来愈显现出在教学改革中的优越性。网络以其互动性、时效性、多元性、复杂性等特点，全方位渗透到大学生的学习生活中。与传统课堂教学相比，网络教学能使学生获得更多的知识和信息。为适应新形势下课程教学改革，课题组成员以学校网络教学平台为依托，建立课程教学网站，完成各类教学资源库的建设。课程教学网站的建立，能更好地服务学生自主学习，提高了学生的学习兴趣和效率，同时弥补了传统教学在时间和空间上的不足，提高教学效果。

5.改革实验教学内容，提高学习兴趣。材料科学基础是一门实践性很强的专业基础课，通过实验有助于学生理解相关知识点，巩固所学的理论知识。传统的实验项目是根据所讲授的知识点来设置，实验项目分散，实验内容与后续专业课程联系较少，致使学生做完实验印象不深，对巩固所学的理论知识作用有限。针对这种情况，课题组借修订课程标准之际，对原有实验项目和实验内容进行改革，以加强实验与后续专业课程的联系。比如，为巩固烧结的理论知识，增加了“陶瓷材料的烧结”实验项目，实验内容直接与后续专业相联系。学生自己独立完成原料处理、成型、烧结和性能测试所有实验环节，不但锻炼了学生的动手操作能力，通过对结果的分析使学生更加理解到烧结理论对材料制备、生产的指导作用，同时了解到本课程与后续专业课程的关联性，明确了该课程在专业学习中的重要性，从而激发了学生学习的热情，提高了学习该门课程的兴趣和积极性。

三、结束语

《材料科学基础》课程教学改革是一项复杂而漫长的工程，需要在教学实践中不断地充实和完善。在教学过程中只有不断总结教学经验，继续深化《材料科学基础》课程教学改革，才能提高教学质量，培养出具有扎实理论基础和较强实践和创新能力的复合型应用型高级工程技术人才。

参考文献：

[1]石德坷.材料科学基础.第2版[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]余永宁.材料科学基础[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]陈异，李庆.材料科学基础课程教学实践与探索[J].教學园地（下旬刊），2009，（1）.

[4]杨涵崧，赵淑金，李国晶.《无机材料科学基础》的教学实践与方法探讨[J].长春理工大学学报（高教版），2009，（9）.endprint