材料物理专业范文10篇

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材料物理专业

材料物理专业范文篇1

根据教学计划,毕业实习通常安排在第八学期之初,目标是将理论知识与生产实际相结合,实习时间长、强度大,更加贴近学生就业后的实际工作环境和状态,可以深化和检验所学知识,增强学生分析解决实际问题的能力和创新意识.因此,对于即将就业的毕业生来说,实习效果将影响到学生能否顺利适应、承担未来的工作,我校的材料物理专业于2000年经教育部批准设立,2001年开始招收第一届学生,材料物理专业是在材料学、金属材料和冶金工程传统专业基础上组建的,旨在充分发挥内蒙古自治区稀土资源优势,在材料的设计、研究、性能改进、开发新材料和新技术等方面,围绕稀土功能材料和稀性的金属材料等展开基础和应用研究.在这种情况下孕育的材料物理专业基本没有可以借鉴的先例,需自身不断建设、发展和创新.十几年来,专业课程的培养方案、教学计划和教学大纲等理论教学,顺应时展要求不断进行改革和创新,已取得一定成果.在实践教学环节中,尤其是对企业依赖性较强的毕业实习环节,作为新的材料物理专业,按照毕业实习教学大纲基本要求,依靠学校专业特色,在金属材料等专业中寻找满足条件的实习基地和车间,多年来的实践证明,实习方案对培养高水平的专业技术人员起到了积极的作用,是行之有效的.但面对新时期对高素质、综合型人才目标的要求,并由于受实习基地、学校经费支持、学生主观态度和指导教师水平等多方面因素影响,现行的毕业实习方案还存在一些问题和不足.

2我校材料物理专业毕业实习中存在的问题

自1998年教育部颁布了新的高等院校本科专业目录,到2012年的几次专业培养计划的修订,普通高校对本科专业的设置进行了一系列调整,培养目标紧跟时展潮流,教学计划更是以就业为导向不断调整.然而,毕业实习依然由学校组织,教师带队,统一集中的形式展开,实习的方案、内容和基地几乎未变.因此,目前的毕业实习教学存在着难以适应不断改进的专业培养目标,人才培养与社会需求无法对接等问题.这些问题出现在实习环节中的实习方案、学生、实习基地、指导教师和学校诸多方面.首先,实习制度相对落后,大规模团队实习方式有漏洞;其次,学生实习积极性性不高,实习过程浅尝辄止;第三,企业接收学生的热情不高,实习基地数量不足、质量跟不上;第四,教师在实习过程中的作用和指导力度不够;第五,学校对毕业实习的投入不足,实习经费捉襟见肘;最后,毕业实习的考核方式和成绩评定标准存在弊端.以上的问题影响了毕业实习的质量和效果,如何在新形势下改进毕业实习,确保实习的顺利进行,逐步提高实习质量和效果是高校实践环节必须解决的问题,对此我校进行了积极的探索和实践.

3我校材料物理专业毕业实习改革的对策

3.1深化实习制度改革,全面改进实习方式在深入推进教育教学改革,不断提高人才培养质量背景下,全面贯彻党的十八大精神,以“卓越计划”为契机,不断创新教育教学改革,改变传统实习观念,大幅提高工程应用型人才培养质量.为此,党中央及教育主管部门已作出一系列改革措施,从1999年的“质量工程”到2010年“卓越工程师教育培养计划”的制定,十年间教育教学改革不断深化和创新,由以人为本提高教育质量逐渐转变为提高应用型人才培养质量的人才培养理念,我校材料物理专业应贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》和《国家中长期人才发展规划纲要(2010-2020年)》的重大教育计划,以及《教育部等部门关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见(教思政[2012]1号)》,紧密结合专业培养方案,以材料和物理两学科为中心,重点研究功能材料和稀性金属材料的成分、结构、组织与性能的内在关系,较系统地学习材料科学的理论和研究方法,发挥区域资源优势,培养造就一大批能够面向社会需求、创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才,为国家走新型工业化发展道路,建设创新型国家和人才强国战略服务.为此应彻底变革毕业实习方案,实习方式由单一的集中实习调整为集中和分散相结合的模式.分散实习是指部分学生到已签订就业协议或有就业意向的企业中实习,这些与本专业相关的企业由学校负责联系,学生直接到未来工作岗位或车间内实习,类似于高职教育实习中的顶岗实习,优点不言而喻.集中实习是指余下的学生仍然集中统一实习.采用分散和集中相结合的新型毕业实习方式,按照实习的基本要求和目标,逐一落实实习的内容,不再强求学生参加集中实习,比较符合学生临近毕业时的心愿,同时可减轻企业接待大规模实习的压力.

3.2丰富实习形式与内容,调动学生主观能动性

要努力发挥学生实习的主观能动性,提高实习效果.学生作为实践的主体,实习的收获取决于学生的主动性和积极性.在实习环节中,将集中实习的学生分成五人一组的多个小组,以教师为指导、小组长负责的组织形式.实习环节包含现场实践、专题讲座和小组讨论等.要求学生提出疑难问题,小组之间不重复,由企业技术人员现场一一解答,汇总整理后作为每个学生实习报告的重要内容,使学生从被动学习向主动学习转变.与此同时,在了解设备运行、工艺技术和生产流程的过程中,适当进行一些动手技能培训,增进学生对所学知识的理解,提高其分析和解决问题的能力,激发其学习的主动性.最后聘请企业人员做专题讲座,讲述创业过程中的艰辛和困难,企业文化建设,产品的销售及前景等,鼓励大家积极创业,丰富了枯燥乏味的实习生活,调动了学生的积极性,实习效果非常显著.

3.3积极拓宽实习渠道,建立稳定的实习基地

自2000年以来年来,学生人数因扩招、专升本、设置本科三批而陡然增加,大批量团队实习给企业带来了巨大压力,尤其是科技含量较高的企业,鉴于知识产权、安全生产等多方考虑,将学生拒之门外.因此,当前的毕业实习面临着实习单位不愿接待,实习基地少,实习环节技术含量不高等问题.我们本着全方位、多渠道、多元化的原则,依托学校的科研和信息优势,积极与一些专业知识覆盖广、技术设备先进、管理体制完善、生活设施齐全的大中型企业合作,签订长期实习合作协议,使毕业实习融入到企业的生产、生活中,从而建立稳固的毕业实习基地,比如我校同长春中国第一汽集团公司多个分厂建立的合作关系.同时以就业为导向,积极探索,充分利用各种社会资源,与有用人意向的单位签订毕业实习协议,为学生毕业后的就业“架桥铺路”.

3.4加强师资队伍建设,提高实习教学能力

毕业实习教学具有很强的现场性,要求指导教师不但具有系统完备的理论知识,还应熟悉本专业的生产情况,具备较强的实践能力.目前大多数学校存在师生比例不合理,高级职称的教师忙于科研,中级职称的教师忙于理论教学,初级职称的教师忙于晋升职称培训等情况.有资历的老教师由于多种原因无法参与实习,青年教师往往因缺乏实践经验,无法保证实习质量.对此应把加强实习指导教师队伍建设作为重要的教学任务来抓.首先,提高教师对实践教学环节的认识,将实习教学调整为业绩考核的重要内容之一,充分调动教师参与实习教学的积极性和主动性,从思想上保证实习队伍的教学质量.其次,针对青年教师比例较多,缺乏实践经验的特点,采取以“一老带两新”的方式合理搭配实习队伍,形成了一支专业知识扎实、实践经验丰富、责任心强的老中青相结合的高水平实习教学梯队,既保证了实习的质量,也锻炼和培养了青年教师的实践能力.

3.5强化实习教学环节,加大实习教学投入

随着中国经济的迅速发展和社会消费水平的大幅提高,毕业实习由于时间长、路程远,培训费用也越来越高,因此造成实习经费捉襟见肘,实习环节松懈.在此情况下,应遵循实践教学体系的基本原则,以科学发展观为指导,整体规划实习工作,统筹安排实践教学资源,加大对实习教学的投入.首先,合理分配实习资源,安排好每一次实习,加强学校与企业间的协作,充分运用校内实验室的科研优势,构建企业、学生和学校三方共赢的产学研实习模式,充分做到资源共享.其次,根据实习教学改革和发展的要求,加大对实习经费的投入;根据实际需要,合理分配实习经费.

3.6健全实习管理体系,优化实习考核机制

毕业实习管理体系主要包括制度管理、计划管理、组织管理和运行管理等.首先,规范实习教学管理,加强管理制度建设,从制度上保证实习教学管理工作的正常进行;进一步加强学校内部实习体系建设,逐步完善实习计划;组织开展实习教学满意度调查等工作;以加强实习现场管理为核心,建立实习质量监控体系,保质保量完成实习任务.其次,要建立一套科学合理的实习效果测评体系,对学生的毕业实习进行综合考核.对于分散实习学生的加强动态管理和实习前的审核环节,要求拟订详细的实习计划,对实习的过程严格监督;集中实习则建立小组制,由带队教师集中管理.根据实习态度、平时表现、实习纪律、实习笔记及实习报告等指标综合评判实习成绩,成绩由实习单位评定(20%)、小组自评(20%)和指导老师评定(60%)三部分构成,采用优、良、中、及格和不及格的五级计分制.考核结束后,开展实结和经验交流活动,对优秀的实习学生进行表彰和奖励.

材料物理专业范文篇2

关键词:材料物理;专业英语;教学模式;改革专业

英语是各专业高等教育人才的必修课,它是以提升学生在其各个专业领域内的“听”、“说”、“读”、“写”等英语能力为目的而开设的课程[1]。专业英语是衔接在一所大学的基础英语教学与专业课程教学之间不可或缺的一门课程,是学生将所学的专业知识与英文文献的阅读相结合的重要工具[2]。该课程希望学生通过对专业英语的学习,掌握一定数量的专业词汇及术语,一方面获得最基本的文献阅读和文章撰写技巧,另一方面具备与国外学者进行一些简单学术交流的英语听说能力,从而为之后的科研工作夯实基础。因此,就材料物理专业的学生而言,专业英语这门课程的教学对于提高其综合科研能力来说十分重要[1-2]。

1当前教学模式存在的问题

针对材料物理专业英语的教学现状,从学生的英语水平和课程安排方面提出了两个较为突出的问题。1.1学生英语基础良莠不齐。无论是高考还是考研,对于学生的英语水平的要求都相对不高,且对其综合能力的考察较为不足。故而入学的学生之间的英语基础有高有低,且“听”、“说”、“读”、“写”四项技能并不能够面面俱到,大多数学生都存在“语法不精”、“词汇量不足”、“羞于开口讲英文”等现象,尤其是“听”和“说”的能力常常不能与读写能力兼顾。因此导致了相当一部分学生听不懂、说不出、读不懂长难句、写作时把握不好句子结构,长此以往逐渐对英语失去兴趣,形成恶性循环[3]。1.2课程缺乏针对性和深度。专业英语一般属于公共基础课,故常以大班的形式进行授课。例如:材料类的学生,无论是材料物理、材料化学还是材料科学与工程,这些专业的学生都在同一个班学习;且在专业英语的教学过程中,授课内容通常侧重阅读和写作部分,基本以翻译文献片段和用英文回答专业问题为主。如此一来,老师授课就只能教授学生一些基础的、具有共性的专业词汇和句式,学生只是浅显地学习了片面的内容,并不能全面掌握自己研究领域的相关专业词汇和术语。这并没有达到专业英语这门课程的教学目标。

2改革措施

基于对以上两个问题的分析,为了提高材料物理专业英语这门课程的教学质量、培养全面发展的高等教育人才,分别从以下几方面提出了改革意见。2.1提高学生学习自主性和积极性。首先应使学生通晓专业英语对于其今后科研工作的重要性。如今英语早已经是世界通用的语言,大多数权威的学术期刊都以英语作为刊物语言,许多前沿的科研成果也都是以英文文献的形式呈现,所以学好专业英语对于学生获取材料物理专业领域最新的科研动态来说至关重要[4]。只有及时掌握所研究领域内的最新消息,才能为今后的科研道路奠定坚实的基础。有时一篇最新的文献中提到的创新工艺或新颖的思路也许就能给予学生独特的实验灵感。在材料物理专业的日常教学中,教师可要求学生寻找材料物理专业内自己感兴趣的研究热点,进行文献的搜集和阅读,并且要求学生摘抄出自己认为写的较好的句子进行重点分析,还可以汇总后做成学术海报,之后在课堂上与老师同学一同交流。另外,还可以让学生分成小组模拟学术报告的场景,体验其中的每个环节,这样既能将科研氛围融入课堂、培养学生的专业素质又可以从各方面锻炼学生的逻辑思维、动手能力、表达能力等。例如,性能的好坏决定了材料的应用前景,就材料物理性能这一方面来讲,主要包括:力学性能(mechanicalproperty)、热学性能(thermalperformance)、光学性能(opticalperformance)、电学性能(electricalperformance)、磁学性能(magnetismperformance)等。其中,力学性能中的弹性模量(elasticmodulus)、强度(strength)、韧性(toughness);热学性能中的热容(heatcapacity)、热导率(thermalconductivity)、热膨胀系数(thermalexpansion);光学性能中的光电效应(photoelectriceffect);电学性能中的电阻率(resistivity)、介电常数(dielectricconstant);磁学性能中的磁导率(permeability)、磁化强度(magnetization)等从各方面评价材料性能的物理量在不同的科研文献中屡见不鲜。教师在讲到性能这部分内容时可要求学生自由结合成小组,根据兴趣选择不同的材料物理性能作为主题进行文献的查阅,重点关注该性能的测试方法和数据分析中涉及到的专业词汇及句式,并将其进行归纳整理、制作成PPT在课堂上分享,由其他小组的学生用英语提出问题,最后教师进行评价。这一过程中,学生在材料物理专业英语“听”“说”“读”“写”四个方面的综合能力都得到了锻炼,对材料物理专业英语的兴趣被激发,专业素养得到了提高。2.2加强师资建设。专业英语不同于普通的英语课和专业课,其实则是专业知识与英语的结合,故这门课程需要授课教师同时具备优秀的专业素质和极佳的英语水平,根据专业配备不同的教师。教师应不断学习提高自身专业素养,密切关注材料物理领域的科研热点。学校可定期组织培训讲座并提供出国交流的机会给专业英语教师,帮助其提升专业素养和授课技巧,从而优化材料物理专业英语的教学方法[5-6]。也可定期聘请校外相关领域的专家进行讲学,以此丰富教学内容和教学模式,使师资力量和教学质量在短时间内得到一定保障。2.3丰富教学与考核形式。首先,应摒弃传统的大班教学模式,根据不同专业分类制定教学大纲进行教学,在教授完基础词汇后针对材料物理专业的专用词汇及术语进行讲解,要做到术业有专攻。教师应熟悉掌握每个学生的英语水平,了解其擅长和薄弱的方面,对每个学生量身定制学习计划,使得课程结束后每位学生都能在各方面取得进步。另外,教师的教学对象是学生,每一届学生的实际情况各不相同,为了达到更好的教学效果,教师也应多听取学生对于课程安排的意见,有目的地对课程进行调整。将“学以致用”的思想融入课堂,使教学计划与相关领域的研究热点紧密结合。要做到听说读写全面发展,对于文献的阅读及写作技巧进行重点讲解,在材料物理专业英语的具体应用中,一些特定词汇、特殊句式的用法和翻译方法都有别于日常英语和汉语的表达习惯,教师可就此详细具体地讲解一些特定句型和词汇的用法[2,7]。另外也要注意培养学生听说的能力,在课堂上可采用全英授课,鼓励学生提出疑问与老师交流,让学生在以后的学术交流中勇于发声。此外,一般的教学形式主要是老师照本宣科,学生被动接受,教学效果并不理想。若能突破传统教学模式,让学生课前自主学习,然后在课堂上由老师来点评、补充并强调重点。将学生在学习过程中的地位由被动变为主动,易于查缺补漏,所学知识更为印象深刻;在此过程中老师也更容易掌握学生的学习情况。语言的水平并非一朝一夕的“速成”学习,而是需要平时的点滴积累才能学有所成。因此关于专业英语的考核形式,不能只侧重于最后的期末考试,为了确保学生每堂课都能吸收教师所授内容,可以布置一些课下作业并在下次上课时对于之前学过的内容进行课堂测验。将课堂测验的成绩记录并在学生的最终成绩中占一定权重。这不仅使学生及时复习了学过的知识,而且对于教师了解学生的日常课堂表现有所助益。

3结语

分析了在目前的材料物理专业英语教学中存在的主要问题并提出了相应的教学改革措施。在专业英语的教学中,要不断尝试各种新颖的教学方法,教师应因材施教、有的放矢,唤起学生学习的积极性,从而培养出“听”“说”“读”“写”全面发展的高等教育人才。

参考文献

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材料物理专业范文篇3

关键词:材料专业;物理化学实验;教学改革

自2017年2月以来,教育部积极推进新工科建设,先后形成了“复旦共识”,“天大行动”和“北京指南”。随着2019年以来“双一流”建设的如火如荼开展,对于新工科建设提出了进一步的挑战,特别是高校的实验教学,这种实践性要求比较高的课程[1-2]。物理化学实验作为化学、化工、材料、药学等专业的必修基础实验课程,是一门兼具理论知识和实践应用的课程,特别突出强调实践性,是培养学生一丝不苟的科学态度、严谨认真的实验作风以及灵活创新的分析和解决问题能力的重要教学环节。然而,现在的物理化学实验内容多为较传统实验,以验证性实验为主,且与实际生活关联性较小,不利于激发学生的学习动力;教学模式较单一,多为“填鸭式教学”,课堂上教师讲解和演示操作,学生只是掌握了基本的实验操作技能,不利于思维创新能力的培养;课堂讲解多为枯燥的实验相关的单一理论知识点,很难保证学生时刻集中注意力,不利于知识的学习及综合运用知识能力的培养;此外,目前多为中文教学或者中英双语授课,不利于留学生的培养及本土学生全球视野的培养[3-4]。因此,针对目前物理化学实验课程的现状,基于“新工科”与“双一流”建设的背景及要求,通过对物理化学实验课程教学过程中的经验积累及学生反馈情况,对于材料专业的物理化学实验课程进行改革已是当务之急,刻不容缓。本文主要通过实验教学内容、教学模式、课程思政及英文教学等方面进行改革探索,旨在推动材料专业物理化学实验课程的不断革新,为新时代德才兼备的“卓越工程师”的培养助力。

1创新实验内容,兼具“科学”与“工程”特色

传统的物理化学实验主要包括热力学、动力学、电化学、表面化学(胶体化学)和物质结构五个部分的内容,从五个方面选取部分实验让学生进行操作及学习。实验内容多为验证性实验,上课时学生只需根据实验方案,并按照老师讲解及演示进行操作,学生能够掌握实验操作技能,但缺乏对于实验的认知与思考,不能激发学生的思考与创新思维。由于实验内容偏理论,且实验试剂多为日常生活中并不常见物质,不利于激发学生学习兴趣,从而导致学生学习缺乏积极性和主动性。因此,我们通过“燃烧热的测定实验”对于物理化学实验内容改革进行初探。传统且经典的“燃烧热的测定实验”测定的物质为苯甲酸和萘,通过测定一种物质的恒容燃烧热,计算出量热计的比热容,然后再通过测试和计算得到另一种物质的燃烧热。本实验可以培养化学专业学生的一系列基本实验技能,是理科的经典实验,但是作为材料专业的工科学生,既要掌握基本的“科学”技能,又要具备“工程”实践能力,因此,本实验将苯甲酸和萘换成了木头、煤炭和木炭,以日程生活最常见的“烧烤”引入,提出问题:为什么我们烧烤采用木炭作为燃料,而不使用煤炭和木头呢?学生会从多方面进行回答,如木头容易将食物表面烧糊,煤炭烟尘比较大等,进一步引导学生哪种燃料的热值比较大呢,学生会猜测可能是木炭,那么我们通过实验进行验证,所谓的“热值”就是实验中我们要测定的“燃烧热”,通过实验测定三种可燃物质的燃烧热,并从科学角度回答日常生活中的问题。为了充分锻炼学生的动手能力,实验准备了木棒、煤块和木炭块,并准备了刀锯和锤子,学生需要自己将样品制作成1克左右的小块,因此,学生纷纷动手使用刀锯将木棒锯成1克的短棒,用锤子将煤块和木炭块分割成1克左右的小块。学生在制备样品过程中体会到了“劳动”的乐趣,也为以后的工业实习奠定了实践基础。实验中通过称量、充氧、使用量热计测定温度变化,将“科学”基础理论与“工程”实践相结合,通过实际动手操作并计算实验结果回答了日常生活中的实际问题,提高了学生分析问题和解决问题的能力,激发了学生学习的积极性和主动性,并且有利于提升学生的思维和创新能力。

2融入“微课”和“雨课堂”的混合教学模式创新

传统的实验教学模式为课前学生根据教师提供的实验方案进行预习,课堂上教师讲解并演示操作之后,学生动手实验,课后提交实验报告并进行成绩评定。这种教学模式导致学生预习效果不佳,课堂上师生互动较少,课后缺乏总结与思考,且对于学生成绩的评定不够全面。随着“互联网+”及信息技术的发展,探索将“微课”和“雨课堂”融合进行混合式实验教学[5]。课前将实验操作录制成“微课”,通过“雨课堂”学习资料(包含微课),学生根据学习资料进行预习,可利用碎片化时间观看“微课”进行学习;课堂上通过“雨课堂”进行测验,了解学生预习效果,并通过一些设计性题目进行互动交流,同时也可通过“微课”学习实验操作细节;课后教师试卷,学生可以对于实验进行总结与思考。“微课”可以辅助学生实验操作的学习,“雨课堂”可以翔实地记录学生的学习轨迹,教师可以如实掌握学生的学习动态。通过“雨课堂”调查问卷,约91%的学生认可这种教学模式,认为混合式教学能够很好地辅助实验教学。因此,通过将“微课”和“雨课堂”融合,能够将“课前-课中-课后”进行串联,延长了教学的时间与空间,跟踪了学生的学习轨迹,对于学生的学习评价更加全面,从而促进学生的深度学习,并培养学生终身学习的能力。

3融入课程思政,培育家国情怀

作为一门基础的实验课程,物理化学实验很多经典的理论都是通过反复的实验测试及验证而得到的。科学家们在发现各种真理过程中,付出了巨大的心血,为科学和社会的发展做出了重大的贡献。在“燃烧热测定”的实验中,讲到量热计的原理及使用时,向学生讲述量热计的发明及发展过程。最初是由法国化学家拉瓦锡和拉普拉斯通过简单的将小鼠置于冰块做成的中空容器中,通过向装置里通入氧气,小鼠呼吸产生热量将冰融化成水,测定水的质量来计算小鼠产生的热量,被称为“冰量热装置”。后面通过科学家们的不断探索,才有了我们现在的氧弹式量热计。在我们实验中的小小设备都是经过了多人多年的努力才发明创造出来的,作为新时代的大学生,我们要勇于创新,特别是在现在百年未有之大变局的国际形势下,学生作为祖国的未来和栋梁之才,更应努力学习,脚踏实地,不断实践探索,为“中国创造”添砖加瓦,为国家发展贡献自己的力量。在每个实验的实验原理、实验设备及装置或者实验操作中引入课程思政,以“润物细无声”的方式将家国情怀融入课堂,融入到学生的思维中,从而实现以德育人,培养高素质“卓越工程师”[6]。

4全英文国际化教学,培养全球视野

南方科技大学自成立以来,一直提倡全英文教学,基础通修课程与专业课程尽量为英文授课,包括学习资料、教师讲义、课堂PPT及学生作业等。本实验课程由于选课学生有2名国际留学生,采用全英文授课,实验方案、讲义、授课以及学生撰写实验报告均为英文。在教学过程中,课前要求学生查阅相关资料,用英文撰写预习报告;课堂上教师讲课为英文PPT及英文授课,师生互动为英文交流;课后学生需全英文撰写实验报告,能够熟练掌握专业术语,为阅读科研文献和撰写科研论文奠定基础。通过国际化教学,培养了学生的全球视野,为学生阅读科研英文文献及更好地适应科研生活奠定良好基础,同时也为留学生教育的培养探路[7]。

5结语

通过总结材料专业物理化学实验教学的现有情况,为了解决教学内容单一、教学模式传统、缺乏立德树人理念以及留学生培养等方面的问题,结合多年的教学积累经验,紧跟“新工科”及“双一流”建设的步伐,改革实验教学内容、结合信息技术引入“微课”和“雨课堂”进行混合式教学、融入课程思政,全面育人并采用全英文授课,探索留学生培养模式。通过多方面的改革对学生进行全方面的培养,有利于激发学生学习的积极性和主动性,培养学生的思维创新能力以及分析问题和解决问题的综合能力,并且对于培养具有家国情怀及国际化全球视野的人才具有重要意义,为新工科实验课程的教学改革提供参考。虽然改革取得一些成效,但远远不够,仍然需要不断转变教育思想,提升教育理念,不断深化教育教学改革,为新时代人才的培养添砖加瓦。

参考文献

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材料物理专业范文篇4

关键词:材料物理;材料类;教学质量

国家标准2018年1月31日,教育部《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》(以下简称《标准》),这是我国的第一个高等教育教学质量国家标准。《标准》有三大特点,一是既有“规矩”又有“空间”,既对各专业类提出统一要求、保证基本质量,又为各校各专业人才培养特色发展留出足够的拓展空间,形象地说就是“保底不封顶”;二是既有“底线”又有“目标”,既对各专业类提出基本要求,兜底线、保合格,又对提升质量提出前瞻性要求;三是既有“定性”又有“定量”,既对各专业类标准提出定性要求,又包含必要的量化指标。

一、培养目标

1.材料类教学质量国家标准。材料类专业培养具有坚实的自然科学基础、材料科学与工程专业基础和人文社会科学基础,具有较强的工程意识、工程素质、实践能力、自我获取知识的能力、创新素质、创业精神、国际视野、沟通和组织管理能力的高素质专门人才。材料类专业毕业的学生,既可从事材料科学与工程基础理论研究,新材料、新工艺和新基础的研发,生产技术开发和过程控制,材料应用等材料科学与工程领域的科技工作,也可承担相关专业领域的教学、科技管理和经营工作。2.材料物理专业的培养方案。本专业培养具有良好的思想品德,掌握坚实的材料科学和物理学基础知识及技能,具备材料工程实践能力的高素质应用型高级人才。毕业生能在新材料、电子信息、半导体、冶金、能源、化工等领域,从事材料科学研究、产品研发、制备加工、测试分析、工艺改进、教学、生产及经营管理等工作。本专业目前设置电子信息材料和纳米材料两个主要方向。对标材料类专业国家标准,天津理工大学材料物理专业培养方案中的培养目标定位在高素质应用人才,这是符合我们目前生源特点的。培养方案对培养学生的服务领域提出了更具体细化的要求。对于培养目标的设定我们目前的培养方案是符合国家质量标准的。

二、参考总学分

材料类教学质量国家标准为140—190学分,而天津理工大学材料物理专业为177学分,在国家质量标准要求范围内。

三、人才培养基本要求

1.材料类教学质量国家标准。在思想政治和德育方面,按照教育部统一要求执行。在业务方面,教学质量国家标准提出了以下要求。第一,掌握本专业所需的数学和自然科学知识、工程技术知识以及一定的经济学与管理学知识。第二,系统掌握本专业的基础理论和专业知识,熟悉材料的组成、结构、合成与制备、性质与使役性能之间关系的基本规律。第三,掌握本专业所涉及的各种材料的制备、性能检测与分析的基本知识和技能。第四,了解材料类专业相关学科的发展现状和趋势,具有创新意识,并具备设计材料和支部工艺、提高材料的性能和产品质量、开发研究新材料和新工艺、根据工程运用选择材料等方面的基本能力。第五,了解与本专业相关的职业和行业的重要法律法规及方针政策,具有高度的安全意识、环保意识和可持续发展理念。第六,具有终身学习意识,能够运用现代信息技术获取相关信息和新技术、新知识,持续提高自己的能力。第七,具有一定的组织管理能力、表达能力、独立工作能力、人际沟通能力和团队合作能力。第八,具有初步的外语应用能力,能阅读本专业的外文资料,具有一定的国际视野和跨文化交流、竞争与合作能力。第九,体育方面掌握体育运动一般知识和基本方法,形成良好的体育锻炼和卫生习惯,达到国家规定的大学生体育锻炼合格标准。2.材料物理专业培养计划。本专业在夯实数理知识的基础上,主要学习材料科学与物理学基本理论、材料组成、结构、性能、应用等方面的基本知识。掌握材料设计、合成制备、加工处理、测试分析、材料应用等方面的理论和技能,具备材料科学研究和技术开发能力。毕业生应获得以下几方面的知识和能力。第一,熟悉国家的科教兴国战略及科技发展、知识产权等方面的方针政策,了解材料产业发展的状况。具有良好的学术道德和职业诚信,较强的社会责任感、人文科学素养和创新意识。第二,掌握材料学科及相关的数学、物理、化学等学科的基本知识,掌握材料的组成、组织结构与性能的基本关系与规律。第三,掌握材料物理合成、掺杂改性的基本原理,掌握材料制备的主要方法及相关工程技术原理,掌握材料性能测试及组织结构表征的技术方法,具备从应用目标出发对新材料及现有材料进行成分设计、制备、加工、应用、性能评价的基本能力,同时具备对材料成本、工艺、环保、性能和效益综合评价及材料选用的初步能力。第四,了解材料物理的理论前沿和发展现状,了解本专业在功能材料、电子信息材料、纳米材料、半导体材料、生物材料、能源材料等新兴学科交叉领域的应用前景和行业需求。第五,掌握资料查询、文献检索及运用现代信息技术获取专业信息的基本方法,具有一定的设计实验和创造实验条件的能力,能够合理归纳、整理、分析实验结果,撰写论文并参与学术交流。从材料物理专业现有培养方案看,与国家标准相一致的是在对材料类专业核心素养的要求上。该培养方案要求学生掌握材料学科及相关的数学、物理、化学等学科的基本知识,掌握材料的组成、组织结构与性能的基本关系与规律。掌握材料物理合成、掺杂改性的基本原理,掌握材料制备的主要方法及相关工程技术原理,掌握材料性能测试及组织结构表征的技术方法,掌握材料性能测试及组织结构表征的技术方法。本专业要求了解材料物理的理论前沿和发展现状,了解本专业在功能材料、电子信息材料、纳米材料、半导体材料、生物材料、能源材料等新兴学科交叉领域的应用前景和行业需求。

四、材料类专业知识体系和核心课程体系

材料物理专业范文篇5

1.教学模式固定化,与专业脱节

大学物理作为一门基础课程,人们往往强调它的基础性,而忽视了不同专业学生对物理内容的不同需求。教学中按照多年来形成的固定模式,对不同专业的学生采用统一的教学大纲和同一个授课标准。同时,由于大学物理自身理论性较强,与专业课程结合不紧密,致使学生对物理课的学习经常感到枯燥无味,提升不了学学物理的兴趣,甚至出现大学物理“无用论”。

2.教学学时有限,教学内容广泛

“高等院校非物理类专业基础物理课程教学指导委员会”专门制定和了《非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求》。其中建议完成大学物理核心内容所需的最低学时数为126学时。实际情况是大多数非重点院校的培养计划增加了专业课的学时,将作为基础课的大学物理学时做了一系列调整,达不到126学时的最低标准。为了完成教学大纲规定的全部内容,教师往往照本宣科,很难对知识点的应用进行详细的剖析和展开。

3.考评方式相对单一

长久以来,大学物理的考核基本上是采用期末考试成绩为主,出勤率及课后作业完成情况为辅的方式。这种考核方式无法提高学生自主学习的兴趣,多数学生往往是处于考试压力之下被动学习,抱着60分万岁的想法,考前临时抱佛脚,只要过关就万事大吉。因此,单一的考评方式并不能真正反映一个学生对知识的掌握和应用程度。

二、教学改革的方向与途径

1.加强大学物理任课教师与专业教师的沟通交流

[2]目前,大学物理任课教师都只接受过系统的物理专业教育,对其他专业的知识了解程度还不够。因此,物理授课教师应深入专业院(系)进行调研,与专业课教师针对学科交叉知识点进行充分沟通交流,了解专业需求。教师平时要加强对与物理联系紧密的专业知识的学习,提高专业能力和知识水平。教学中做到心中有数,有针对性地授课,缩短学生与大学物理间的距离,使得学生不再畏惧物理课程。

2.归并教学方向,调整教学内容

由于学时的限制,在保证“必须、够用”为度的前提下,有必要根据不同专业的需求调整教学内容,压缩与专业相关度小的章节的学时,适当增加与专业衔接紧密章节的学时。在平时教学中突出重点,充分利用学生对专业知识的渴望来提高对物理的兴趣,从而增强学习物理的动力和信心,提高教学效果。大学物理的教学内容涵盖了力学、热学、电磁学、波动光学和近代物理五篇,各部分内容在不同专业中应用的类型和深度是有差异的。根据不同专业对物理知识的需求,形成几个主要教学方向:对力学知识要求较多的土木和机械类、对电磁学要求较多的计算机与电子信息类以及对热学知识要求较多的材料和热能类。在保证基本物理教学要求的前提下,根据以上几个教学方向对物理知识要求侧重点的不同,对教学内容进行调节。此外,对不同专业同一个教学内容的深度和教学方法也要有所区分,与专业课程衔接紧密的知识点要进行突出和引申。

3.当调整传统的考评方式,对学生的学习进行更综合的评价

[3]在传统的以期末成绩为主,以出勤率及课后作业完成情况为辅的评价方式的基础上,适当增加对课堂表现和课后知识应用等方面的考核。比如,让学生撰写一两篇物理知识在本专业中的应用或物理知识和本专业课程的关系等相关的学习体会或读书报告。鼓励学生自己搜集资料,增加学习的主动性。同时在文章的撰写过程中不仅可以加深学生对物理理论知识的理解,还能使学生对于物理与本专业的关系有更深层面的认识,改变他们对物理学习的茫然,消除无用的看法。

三、大学物理教学内容和教学方法改革实证

1.土木和机械类专业

土木和机械类专业与物理紧密相关的课程有“理论力学”、“结构力学”和“材料力学”等,涉及的知识点主要有:质点运动学、牛顿运动定律、功和能、冲量和动量、刚体定轴转动和机械振动等。教师在讲授时,除了讲授教材中的经典物理知识之外,重点讲授土木和机械类专业用到的物理知识。在知识与技能的运用上强调物理应用意识的培养,培养学生用物理知识解决实际问题的意识与能力。但是,鉴于土木和机械类专业存在的局部差异,对此大类内的讲授侧重点也可以有所区分。例如:机械专业学生经常遇到飞轮、皮带轮、滑轮等的转动问题,需要较多的刚体知识。因此,在刚体定轴转动的教学中,无论是内容讲解还是习题设置,都应与专业应用相联系,让学生切实感受到学好大学物理与学好专业课是相辅相承、相互促进的关系。在大学物理教学中,阻尼振动和受迫振动是选讲内容,而对于土木类专业学生来讲,这部分内容在结构力学中计算刚架的频率和周期中有重要应用,应进行重点讲授。同时在传授知识的同时,对于土木类专业的学生更应注重力学的分析和计算方法,为他们后续的专业课程的学习提供有益的帮助。

2.计算机与电子信息类专业

计算机与电子信息类专业所开设的“电路分析”、“电磁场”、“电子技术”等课程与物理密切相关,相关知识点主要包括:静电场和稳恒电场、稳恒磁场、电磁感应、电磁场和电磁波等。大学物理中的电磁场主要强调电磁场的描述、场与场源的相互作用、矢量场的基本规律,这些都是电子信息科学的理论基础。对计算机和电子信息类专业的学生应偏重于对电磁学的讲解及其相关科研新进展的介绍,以便增强学生对大学物理的认可程度,激发学学物理的兴趣,并在学习专业课之前培养出良好的状态。电磁波是信息传播的重要手段,是电子信息类专业理论的重要基础知识,但是在以往大学物理教学中经常作为选讲内容,改革后应该将其列为重点。在讲解这部分知识的时候,利用多媒体或者模型演示向学生展示电磁的产生、传播过程,介绍产生的原理以及在现实生活中的应用,让学生感受到所学物理理论知识与工程实践及本专业的基础知识的联系,激发学生的积极性和主动性。

3.材料和热能类专业

材料和热能类专业开设“物理化学”、“材料物理性能”和“高分子物理”等课程与物理联系紧密,涉及到的知识点主要包括:平衡态、理想气体状态方程、功、热量、内能、定压热容、定容热容、热力学第一定律及应用、热力学第二定律、卡诺循环、可逆与不可逆过程等。因此,对材料和热能类专业学生教学应侧重于热学部分。热学中的熵函数和熵增原理通常是选讲内容,一般仅作为介绍性知识,但是在材料和热能类专业中它的作用显得尤为重要,需要将内容做相应的扩充并结合专业中可能遇到的实例来讲授,为学生的“物理化学”等后续专业课的学习做好铺垫。另外,对材料类专业学生讲授大学物理时,还需要引入有关光学的近代部分,如:光子的能量问题。因为在设计材料时,经常需要考虑材料对光的适应能力。

四、结语

材料物理专业范文篇6

【关键词】物理化学;教学方法;教学内容;改革

1引言

物理化学是四大基础化学之一,同时该课程是材料、化工、环境和生物等专业必修的一门重要的专业基础课。物理化学的学习是为后期专业课程的学习奠定基础,该门课程学的好坏直接影响到学生对专业知识的理解和应用能力。由此可见物理化学课程的重要性。同时,物理化学也是一门理论性较强的课程,教学内容比较多,理论性较强,概念性比较抽象,公式较多较难,相对繁琐,而且应用条件也相对复杂。这就导致学生对物理化学课程的学习信心不足,学习的积极性不高,严重影响学生对该门课程理论知识的理解和掌握,更不利于学生用已掌握的物理化学基础知识和方法,用于提出问题、分析问题和解决问题的能力的培养,从而就达不到学校培养具有实用技术能力的应用型人才的培养目标。我校是一所应用型本科院校,遵循我校人才培养目标,所有课程的教学大纲都在不断地修改完善。物理化学课程的大纲也已经经过多次修改,总体的趋势是教学课时不断在压缩,这就要求物理化学课程的教学内容必须精简。虽然教学课时数在减少,但还不能影响学生对物理化学理论知识点的理解和掌握程度,这必然要求对物理化学教学内容进行精选优化,采用有效的教学方式和方法,能够保质保量的完成预期的教学目标。鉴于以上问题,笔者从教师自身素质和知识水平,教学内容和教学方法三个方面进行了改革。

2不断提升教师的自身素质和知识水平

物理化学是一门理论性较强的课程,概念比较抽象,公式复杂,这就要求物理化学教师具有良好的知识储备。在教学过程中,一旦发现学生存在知识的盲点时,能够及时讲解补充,保证教学顺利有效地进行[1]。对于物理化学教师的整体素质和水平的提升,可以采用以下几种方式:2.1开展教研活动,建立学习和交流机制。目前我校从事物理化学课程教学的老师共有十人,十人定期开展教研会议,主要是针对具体的教学中存在的各种问题,例如各个章节讲授的知识点,重难点的确定,教学的方法,确定案例分析。对于较难的、理论性特别强的教学内容,相互交流,各抒己见,确定最佳的教学方式和方法。同时年轻的教师会走进资深教师的课堂,一方面学习资深教师的教学方法,另一方面还能够从学生的角度去感受课堂氛围,为进一步深入的交流探讨奠定基础。通过这种相互学习交流的方式,不但提高各位老师自身的知识水平和素质,而且还能提升整个教学团队的水平,必然能够达到良好的教学效果。2.2校外进修课程,促进学校间的交流合作。除了本校教研室间开展物理化学课程的研讨和交流外,还可以组织一到两名物理化学主讲教师走出去,前往优秀学校进修该门课程,听取国家物理化学精品课程示范课和相关学科前沿进展的讲座,或是参与优秀教师的科研项目,进一步充实教师的职业技能和拓展教学知识面。例如本校教师就到武汉理工大学进修物理化学的课程,向该校物理化学优秀教师学习教案的书写,教学内容的选择,教学方法的改革,考评考察等方面的学习。通过校外的进修学习,大大提高了教师的知识水平和综合能力,收益匪浅。进修过的老师回到本校再开展教研活动,集体学习外校先进的教学理念和教学方法,从而提高本校整个物理化学教学团队的教学水平。这势必会进一步提升物理化学课程的教学质量。2.3深入相关企业中,提高教师的实践能力。为了培养具有良好工程实践能力的应用型人才,必须加强师资队伍建设,提高教师教学水平,尤其是实际生产的认识水平。定期组织教师进厂进行集中培训,提高教师自身能力。鼓励教师积极同企业联系,申请与企业合作的横向项目[2],这样既能提高教师的实践能力,同时还能够引导学生积极参与到企业的生产和研发过程,培养学生解决企业生产中遇到的实际问题,真正做到学以致用。

3针对各个专业精选教学内容

本校致力于建设成为一所示范性应用技术本科院校,更重视学生的实际应用能力的培养。为适应本校人才培养方案,教学必须进行改革。目前,我校的物理化学课堂教学课时减少,适当增加了实践教学的课时。例如应用化学专业,物理化学的理论课时就由以前的64课时精简为56学时,实验课时由16课时增加为24课时。同时,我校物理化学课程是应用化学专业、材料工程专业、环境工程等专业开设的一门专业基础课。各个专业的培养方案有所不同,必须根据各个专业的培养方案制定出合适的物理化学教学大纲,精选各个专业的理论教学内容。具体的理论学时安排如下:应用化学专业56学时,材料专业64学时、环境工程40学时。应用化学专业和材料专业的课时相近,但是在教学内容上要根据专业的培养方案制定出不同的教学方案。其中化学热力学的内容,热力学的第一、第二和第三定律、多组分热力学、相图是必须要讲授的。而这两个专业的8个学时的差别主要体现在界面化学和电化学的内容上。电化学的内容对于材料专业的学生的讲授学时要多于应用化学专业的学生。因为电化学的内容涉及到材料的腐蚀和防护,电池材料、材料的分析方法等方面,这些内容是材料专业的专业基础知识。除了电化学的内容,应用化学专业和材料专业的课时区别体现在界面化学这部分内容,材料专业的学生讲授的内容要比应用化学专业的讲授内容更广、更详细。因为这部分内容与材料的性质息息相关,只有掌握了这部分基础知识,才能更好地了解材料的性能以及如何改变材料的性能,为实际应用打下良好的理论基础。对于环境工程专业,物理化学的课时相对少些,针对该专业所涉及的领域,我们在教学内容精减了热力学、化学平衡和相平衡的教学内容,对界面化学和胶体化学的教学重点进行了相应调整。环境工程专业因涉及到固体废弃物和大气污染等,物理化学课程在教学重点上与应用化学和材料工程专业有所不同,更侧重于界面化学中吸附现象,这部分内容与污水处理息息相关。胶体化学内容与大气污染紧密相关,对于环境工程是必须重点讲授的,而这部分内容对于应用化学和材料工程两个专业讲授的内容相对较少。

4采用多种多样的教学方法,提高学生的学习兴趣

传统的教学模式是填鸭式的教学,主要依靠教师讲解。这种教学模式不能充分地调动学生的积极性,弊端较多。因此必须变革教学理念,建立学生学习为主体,教师教学为支撑的教学理念,促进学生自主学习能力和创新能力的培养[3]。针对不同的教学内容采用不同的教学方法,例如难理解的概念和基础理论知识主要采用先大班授课,讲授理论知识,后采用课后习题练习或用于解决相关的实际问题。而对于理论性不是很强的知识点可以采用课前布置任务,学生提前预习,课堂采用小组讨论和交流的方式巩固知识点。除此之外还可以采用翻转课堂的教学模式[4],例如胶体化学和化学平衡的内容,学生课前可以通过观看教学视频或在网络上查阅相关资料等方法学习这章的内容。在课堂时间,教师先组织学生讨论,然后教师再进行答疑解惑,帮助学生理解和消化所学知识。课后学生根据自身的情况对知识进行及时复习,巩固。这种教学模式,真正做到了以学生学习为主,极大地调动了学生学习的积极性。不仅能让学生真正地掌握所学知识,也有利于学生学习能力的提高和发展。

5结语

建设好物理化学课程首先要有一个优秀的教学团队,不断提高每位专业教师的知识水平和专业素质;其次要根据专业发展的需要和实际应用人才的培养目标,及时更新教学的内容和侧重点;除此之外,教师必须采用形式多样的教学方法,提高学生学习的主动性和积极性,达到更好的教学效果,为培养具有较强实践能力的应用型人才奠定良好的基础。

参考文献

[1]李慧,傅志贤,李成胜,等.基于应用型人才培养的物理化学教学改革探索[J].化工时刊,2015,9(29):45-47.

[2]刘栋,葛明,李光跃.CDIO教育模式在物理化学教学中的研究[J].广州化工,2017,45(2):172-173.

[3]肖琦,黄珊.物理化学教学改革探索[J].大学教育,2012,1(5):81-82.

材料物理专业范文篇7

材料的计算模拟方法介绍

材料的计算模拟研究是近年来飞速发展的一门新兴学科和交叉学科.它综合凝聚态物理学、理论化学、材料物理学和计算机算法等多个相关学科.它的目的是利用现代高速计算机,模拟材料的各种物理化学性质,深入理解材料从微观到宏观多个尺度的各类现象与性能,并对材料的结构和物性进行理论预言,从而达到设计和开发新材料的目的.材料的多尺度计算模拟方法主要有以下几种:

(1)第一性原理计算方法(First-principlesMethods)基于密度泛函理论的第一性原理计算方法是目前研究微观电子结构最主要的理论方法.第一性原理计算方法只用到普朗克常数(h),玻尔兹曼常数(kB),光速(c),电子静态质量(m0)和电子电荷电量(e)这5个基本物理变量和研究体系的基本结构.从量子力学出发,通过数值求解薛定谔方程,计算材料的物理性质.在密度泛函理论,局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)框架下的计算已广泛应用于第一性原理的电子结构研究中,并已经取得很大的成功.结合一些能带结构计算的方法,对于半导体和一些金属基态性质,如晶格常数,晶体结合能,晶体力学性质都能够给出与实验符合得很好的结果,同时能够比较精确地描述很多体系的电子结构(如能带结构、电子态密度、电荷密度、差分电荷密度和键布局等)、光学性质(介电函数、复折射率、光吸收系数、反射光谱及光电导等)和磁性质,从微观理论角度分析和揭示材料物理性质的起源,使实验者主动对材料进行结构和功能的控制,以便按照需求制备新材料.

(2)分子动力学方法(MolecularDynamicsMethods)分子动力学是一种确定性方法,是按照该体系内部的内禀动力学规律来确定位形的转变,跟踪系统中每个粒子的个体运动,然后根据统计物理规律,给出微观量(分子的坐标、速度)与宏观可观测量(压力、温度、比热容、弹性模量等)的关系来研究材料性能的一种方法[5].分子动力学方法首先需要建立系统内一组分子的运动方程,通过求解所有分子的运动方程,来研究该体系与微观量相关的基本过程.对于这种多体问题的严格求解,需要建立并求解体系的薛定谔方程.根据波恩-奥本海默近似,将电子的运动与原子核的运动分开来处理,电子的运动利用量子力学的方法处理,而原子核的运动则使用经典动力学方法处理.此时原子核的运动满足经典力学规律,用牛顿定律来描述,这对于大多数材料来说是一个很好的近似.只有处理一些较轻的原子和分子的平动、转动或振动频率γ满足hγ>kBT时,才需要考虑量子效应.

(3)蒙特卡洛方法(MonteCarloMethods)蒙特卡洛方法是在简单的理论准则基础上(如简单的物质与物质或者物质与环境相互作用),采用反复随机抽样的手段,解决复杂系统的问题.该方法采用随机抽样的手法,可以模拟对象的概率与统计的问题.通过设计适当的概率模型,该方法还可以解决确定性问题,如定积分等.随着计算机的迅速发展,蒙特卡洛方法已在材料、固体物理、应用物理、化学等领域得到广泛的应用[6].蒙特卡洛方法可以通过随机抽样的方法模拟材料构成基本粒子原子和分子的状态,省去量子力学和分子动力学的复杂计算,可以模拟很大的体系.结合统计物理的方法,蒙特卡洛方法能够建立基本粒子的状态与材料宏观性能的关系,是研究材料性能及其影响因素的本质的重要手段.

材料专业引入计算模拟教学的探索

材料计算的目的在于理解和发现新的材料性能及其物理本质.计算已经与实验和形式理论一样成为材料研究的3大支柱之一.为学生将来能够有更高的起点研究材料科学,适应新形势下材料研究方法,培养具有宽广材料科学基础,掌握材料现代研究手段的“宽口径、厚基础、强能力、高素质”的材料科学专业人才.我们在本科教学阶段就应该有计划的引入和加强计算模拟方法的教学.采用的教学形式可以结合实际情况,灵活的应用.近年来我们采取的教学方式主要有以下3种方式:(1)开设计算材料学类课程在2006年物理与电子信息学院材料物理与化学专业培养方案中已经确定《计算机在材料科学中的应用》和《计算物理》课程为专业选修课程,学时分别为36学时和54学时.《计算机在材料科学中的应用》课程偏重实践教学,通过上机操作学习计算软件的基本原理和使用方法.主要教学内容包括:材料学的发展现状及计算机在材料科学与工程中的应用;材料科学研究中的数学模型;材料科学研究中常用的数值分析方法;材料科学研究中主要物理场的数值模拟;材料科学与行为工艺的计算机模拟;材料数据库和新材料、新合金的设计;材料加工过程的计算机控制;计算机在材料检测中的应用;材料研究科学中的数据和图像处理;互联网在材料科学研究中的应用等9部分内容,基本涵盖当今计算机技术在材料科学研究中应用的各个方面.《计算物理》课程则以理论教学为主,偏重物理基本原理的介绍.主要教学内容包括:计算物理学发展的最新状况;蒙特卡洛方法及其若干应用;有限差分方法;分子动力学方法;密度泛函理论;计算机代数;高性能计算和并行算法等8部分内容.计算材料类课程的开设注重理论和实践并重的原则,在讲解基本原理的同时加强学生动手上机实践能力的培养,因此,经过课程的学习,学生已经初步具备利用计算机进行材料模拟的能力.部分选修计算材料类课程的同学在学习中对计算模拟产生了极大的兴趣,在大四时选择材料计算相关课题作为本科毕业论文选题.例如,08届学生的毕业论文《ZnS掺杂Cu光学性质的第一性原理研究》和《布朗运动的蒙特卡洛模拟》,09届学生的毕业论文《ZnO电子结构和光学性质的研究》,11届学生的毕业论文《晶格热容的理论计算》和《简立方晶体结构能量分布的理论模拟》等均为材料计算和模拟相关课题,并且有多人的毕业论文被评为优秀毕业论文.个别优秀的学生读研后继续从事材料的计算模拟相关研究.通过几年的教学实践,计算材料相关课程的开设对于扩大学生的知识面,提高学生的理论分析能力有极大地帮助.(2)在材料相关的理论课程中加入计算模拟方法介绍虽然已经在材料专业开设《计算机在材料科学中的应用》和《计算物理》等材料计算相关的课程,但这两门课均为专业选修课,只有选修相关课程的学生才能得到相应的计算模拟培训,受众面还比较窄.因此,为使更多的学生了解到材料模拟计算的相关理论和知识,在材料专业主干课的教学中也适时地加入相关的计算模拟方法的介绍,从而扩大计算模拟知识的普及面.例如,在《固体物理》课程中,当讲解到能带理论一章时,我们会在本章结束时,加入一次课,着重介绍基于第一性原理的平面波赝势计算方法计算材料的能带结构、电子态密度等以及第一性原理计算的常用软件(CASTEP、VASP等).一方面,对学生学习的理论知识加以直观化和适度的扩展,另一方面也进一步普及第一性原理计算的相关知识.在《材料科学基础》教学中讲解到相平衡与相图一章时,我们会在本章内容结束后介绍相图计算近年来的发展现状,包括CALPHAD(CalculationofPhaseDiagram)计算方法、热力学与动力学的结合、第一性原理与相图计算方法的结合,并简要介绍今后相图计算可能的发展方向[7].在晶体缺陷内容的教学中,穿插介绍利用分子动力学计算面心立方金属空位和间隙原子点缺陷的形成能的方法.通过在课程教学中穿插入计算模拟方法的介绍,一方面也加深了学生对所学内容的理解,另一方面开阔了学生的眼界.(3)举办计算模拟相关的学术讲座.自从2009年以来,物理与电子信息学院从事计算模拟研究的教师每学期都结合自身的科研情况举办面向全院学生的学术讲座.例如在2011至2012学年第二学期,我们举办两场学术讲座,分别是《氧化锌晶体及其掺杂的第一性原理研究》以及《可见光响应半导体光催化材料的结构和能带设计》,教师在讲座中介绍自己的科研情况,同时也使学生了解到如何把学到的计算模拟知识应用到科研实践中去,让学生体会到如何利用计算模拟预测材料的物理性质以及指导材料设计的研究方式,提高学生自觉学习计算模拟方法的积极性.

结束语

材料物理专业范文篇8

关键词:材料物理化学;教学改革;教学质量

《材料物理化学》是材料科学与工程专业重要的专业基础课程,该课程主要包括物质状态转变、化学反应等过程热力学及动力学特性方面的内容。《材料物理化学》课程意在使学生从理论角度掌握材料传输与成形过程的特性,进而能够通过理论计算预测材料在特定条件下所表现出的行为,这一课程将为后续材料成形原理的学习奠定理论基础。

《材料物理化学》课程为材料成形理论的学习提供重要的理论基础。然而,现有的教学模式与考核方式往往无法充分调动学生学习的主动性,间接降低了学生对材料成形原理相关理论的理解能力。目前,广泛运用的教学方式主要以教师课堂讲授为主,成绩考核由试卷分数和平时成绩两部分来评定学生对课程内容的掌握情况。这种教学与考核方式导致学生被动、机械地学习理论知识,阻碍了学生对理论的理解及运用能力,也使教学质量处于较低水平。

本文通过对《材料物理化学》课程中教学方法、教学模式、教学内容和考核方式环节进行教学改革,推行课堂讲授、启发、互动型教学和多媒体立体、形象型教学,结合课内实验环节,优化考核环节,强化学生对《材料物理化学》课程的理论理解和运用能力。

一、教学方法改革

1.联合教学。《材料物理化学》课程重点讲述物质状态转变、化学反应等过程热力学及动力学特性方面的内容,同时将材料学科中的少部分理论内容进行穿插讲述。在这种情况下,如果能在讲述《材料物理化学》课程部分章节的过程中穿插相关专业课内的具体内容,有利于学生深入理解物理化学知识,同时学生也对相关理论在实践中的运用具有深刻的认识。然而,部分专业课教师的授课内容存在差异,要准确、及时地将相关教师的授课内容对接到《材料物理化学》教学中难度极大。鉴于上述联合授课问题,可将《材料物理化学》课程中的部分教学内容提前分配给相关专业课教师,再由专业课教师配合实例讲解这些理论。这种教学模式将使每位专业课教师发挥自身的专业优势,提高《材料物理化学》理论课教学效果。2.实践环节深化理论教学。《材料物理化学》是一门注重理论学习的专业基础课,力求通过公式推导过程使学生理解理论的应用方法。如果教师在讲授理论知识的同时提出相关的、简单的工程问题,要求学生依据理论计算给出解决方案,这种教学模式将能够充分调动学生的学习兴趣,使学生在计算的过程中进一步加深理论知识的理解。这种教学方法还可要求学生在理论课程进行的同时,通过查阅资料设置具有理论分析性的简单实验并进行理论计算与分析,由此加深《材料物理化学》课程基础知识的理解。

二、教学模式改革

1.多媒体与板书教学相结合。在《材料物理化学》课程教学的过程中,板书教学方式存在绘图、书写占用时间长,形象性弱、无动态性讲述等问题,无法实现抽象知识点的形象教学,教学效果不理想。多媒体教学方式通过形象、生动的图形、图片、动画等具体信息将抽象理论形象化,这种方式相对减少了教师完成板书的时间,增加了讲解的时间,同时也为师生交流和学生独立思考留出充分的时间,为启发式教学提供了基本条件。由此,在《材料物理化学》课程教学的过程中,应设置多媒体教学方式为主体教学方法并将板书教学设置为辅助教学方法,最终实现两种教学方式相结合的教学模式。2.启发推动互动型教学。理论抽象、公式多而复杂是《材料物理化学》课程的主要特点。在目前的教学过程中,教师一般先要求学生观看屏幕上的概念,然后对其含义进行简单解释。之后,播放视频、动画等多媒体文件对相关概念进一步的讲解。相对于传统的板书教学,尽管这种教学方式的教学效果具有很大提升,但这种方式仍属于灌输式教学。本文作者依据自己目前应用的教学方式对以往教学模式进行了优化。例如,在屏幕上给出与理论概念相关的部分内容,同时展示与理论概念相关的图片、动画或视频。屏幕上不完整的概念将激发学生的学习兴趣。屏幕上的图片、动画或视频将对不完整概念进行总体、形象的解释,缺少的文字内容是概念中的关键,学生在经历从抽象到形象的学习与思考过程后,缺少的文字内容最后显示出来。在这种教学方式中,学生通过观察、分析和推理依据已知概念来学习未知概念。任课教师在互动型教学模式中应针对关键知识点对学生进行提示和启发。

三、教学内容改革

《材料物理化学》课程注重概念理解及公式推导,为了强化学生对所学知识的理解,可设置开放性实验室,鼓励学生自主设计与理论课相关联的创新性实验。在这一环节中,学生如遇到难于理解的课堂内容,便可查阅资料并设计相关实验,在实验的过程中消化课堂内容,同时也强化了实践能力。另外,任课教师也可依据《材料物理化学》的教学内容查找与之相关的科研课题并联系该课题的主持教师,鼓励学生参与相关科研课题或参加大学生科技创新项目。这种理论教学与科研实践相结合的方式,不仅可以提高学生对课堂理论的理解能力,还可提高学生的创新能力。

四、考核方式优化

目前,《材料物理化学》课程的考核方式多采用闭卷考试,这种方式使学生机械记忆知识点来通过考试,学生的理论应用能力及创新能力无法在考核成绩中充分体现。由此,笔者认为可运用复合考试方式进行考核,即设置70分闭卷考试内容来考查学生对课堂理论知识的掌握程度;设置30分开卷考试内容来考查学生对于理论知识的应用能力。

五、结束语

《材料物理化学》课程已经过四届学生的教学过程,笔者认为上述教学方法、教学手段和教学内容等方面的改进取得了明显效果,学生对基本理论的理解能力有所提高。此外,这种教学方式也培养了学生的分析和解决问题的能力。

参考文献:

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材料物理专业范文篇9

关键词:半导体物理实验;教学改革;专业实验

实验教学作为高校教学环节中的一个重要组成部分,不仅因为其是课堂教学的延伸,更由于通过实验教学,可以加深学生对理论知识的理解,培养学生的动手能力,拓展学生的创造思维[1,2]。实验教学分为基础实验和专业实验两部分[3,4]:基础实验面向全校学生,如大学物理实验、普通化学实验等,其主要任务是巩固学生对所学基础知识和规律的理解,旨在提高学生的观察、分析及解决问题的能力,提供知识储备[5,6];与基础实验不同,专业实验仅面向某一专业,是针对专业理论课程的具体学习要求设计的实验教学内容,对于学生专业方向能力的提高具有极强的促进作用[7~8]。通过专业实验教学使学生能够更好的理解、掌握和应用基础知识和专业知识,提高分析问题的能力并解决生活中涉及专业的实际问题,为学生开展专业创新实践活动打下坚实的基础[9~11]。

1半导体物理实验课程存在的问题与困难

半导体物理实验是物理学专业电子材料与器件工程方向必修的一门专业实验课,旨在培养学生对半导体材料和器件的制备及测试方法的实践操作能力,其教学效果直接影响着后续研究生阶段的学习和毕业工作实践。通过对前几年本专业毕业生的就业情况分析,发现该专业毕业生缺乏对领域内前沿技术的理解和掌握。由于没有经过相关知识的实验训练,不少毕业生就业后再学习过程较长,融入企事业单位较慢,因此提升空间受到限制。1.1教学内容简单陈旧。目前,国内高校在半导体物理实验课程教学内容的设置上大同小异,基础性实验居多,对于新能源、新型电子器件等领域的相关实验内容完全没有或涉及较少。某些高校还利用虚拟实验来进行实验教学,其实验效果远不如学生实际动手操作。我校的半导体物理实验原有教学内容主要参照上个世纪七、八十年代国家对半导体产业人才培养的要求所设置,受技术、条件所限,主要以传统半导体物理的基础类实验为主,实验内容陈旧。但是在实验内容中添加新能源、新型电子器件等领域的技术方法,对于增加学生对所学领域内最新前沿技术的了解,掌握现代技术中半导体材料特性相关的实验手段和测试技术是极为重要的。1.2仪器设备严重匮乏。半导体物理实验的教学目标是使学生熟练掌握半导体材料和器件的制备、基本物理参数以及物理性质的测试原理和表征方法,为半导体材料与器件的开发设计与研制奠定基础。随着科学技术的不断发展,专业实验的教学内容应随着专业知识的更新及行业的发展及时调整,从而能更好的完成课程教学目标的要求,培养新时代的人才。实验内容的调整和更新需要有新型的实验仪器设备做保障,但我校原有实验教学仪器设备绝大部分生产于上个世纪六七十年代,在长期实验教学过程中,不少仪器因无法修复的故障而处于待报废状态。由于仪器设备不能及时更新,致使个别实验内容无法正常进行,可运行的仪器设备也因为年代久远,实验误差大、重复性低,有时甚至会得到错误的实验结果,只能作学生“按部就班”的基础实验,难以进行实验内容的调整,将新技术新方法应用于教学中。因此,在改革之前半导体物理实验的实验设计以基础类实验为主,设计性、应用性、综合性等提高类实验较少,且无法开展创新类实验。缺少自主设计、创新、协作等实践能力的训练,不仅极大地降低学生对专业实验的兴趣,且不利于学生实践和创新创业能力的培养,半导体物理实验课程的改革势在必行。

2半导体物理实验课程改革的内容与举措

半导体物理实验开设时间为本科大四秋季学期,该实验课与专业理论课半导体物理学、半导体器件、薄膜物理学在同一学期进行。随着半导体技术日新月异发展的今天,对半导体物理实验的教学内容也提出了新的要求,因此,要求这门实验课程不仅能够通过对半导体材料某些重要参数和特性的观测,使学生掌握半导体材料和器件的制备及基本物理参数与物理性质的测试方法,而且可以在铺垫必备基础和实际操作技能的同时,拓展学生在电子材料与器件工程领域的科学前沿知识,为将来独立开展产品的研制和科学研究打下坚实的基础。2.1实验基础设施的建设。2013年年底,基于我校本科教学项目的资金支持,半导体物理实验教学团队通过调研国内外高校现行半导体物理实验教学资料,结合我校实验教学的自身特点,按照创新教育的要求重新设计了半导体物理实验内容,并根据所开设实验教学内容合理配置相应的实验仪器设备,新配置仪器设备具有一定的前瞻性,品质优良,数量合理,保证实验教学质量。由于作为一门专业实验课,每学年只有一个学期承担教学任务,为了提高仪器设备的利用率,做到实验设备资源的不浪费,计划成立一间半导体物理实验专属的实验室,用于陈放新购置的实验设备,在没有教学任务的学期,该实验室做为科研实验室和创新创业实验室使用。通过近三年的建设,半导体物理实验专属实验室———新能源材料与电子器件工程创新实验室建成并投入使用,该实验室为电子材料与器件工程方向的本科生毕业论文设计以及全院本科生的创新创业实验设计提供了基本保障,更为重要的是该实验室的建成极大地改善了半导体物理实验的原有教学条件,解决了实际困难,使得半导体物理实验教学效果显著提升。不仅加强了学生对专业核心知识理解和掌握,而且启发学生综合运用所学知识创造性地解决实际问题,有效提高学生的实践动手能力、创新能力和综合素质。2.2实验教学内容的更新。半导体物理实验是一门72学时的实验课,在专属实验室建成后,按照重视基础、突出综合、强调创新、提升能力的要求,逐步培养与提高学生的科学实验素质和创新能力,构建了“九—八—五”新的实验内容体系,包括如下三个层次(表1)。第一层次为“九”个基础型实验,涵盖对半导体材料的物理性质(结构、电学、光学)的测定,通过对物理量的测量验证物理规律,训练学生观察、分析和研究半导体物理实验现象的能力,掌握常用基本半导体物理实验仪器的原理、性能和测量方法等。第二层次为“八”个提高型实验(综合、应用性实验),学生通过第一层次的实验训练后,已掌握了基本的实验方法和技能,在此基础上,开展综合性实验,可以培养学生综合运用所学知识以及分析和解决问题的能力。通过应用性实验培养学生将来利用设备原理从事生产或者技术服务的能力。第三层次为“五”个设计创新型实验,学生需运用多学科知识、综合多学科内容,结合教师的科研项目进行创新研究,通过设计型实验可以锻炼学生组织和自主实验的能力,着力培养学生创新实践能力和基本的科研素质。每个基础型实验4学时,提高型实验8学时,创新型实验12学时,规定基础型为必修实验,提高型、创新型为选作实验。九个基础型实验全部完成后,学生可根据兴趣和毕业设计要求在提高型、创新型实验中各分别选做一定数量的实验,在开课学期结束时完成至少72个学时的实验并获得成绩方为合格。2.3实验教学方式的优化。在教学方式上,建立以学生为中心、学生自我训练为主的教学模式,充分调动学生的主观能动性。将之前老师实验前的讲解转变为学生代表讲解实验内容,然后老师提问并补充完善,在整个实验安排过程中,实验内容由浅入深、由简单到综合、逐步过渡至设计和研究创新型实验。三个层次的实验内容形成连贯的实验梯度教学体系,在充分激发学生学习兴趣的同时,培养学生自主学习、自发解决问题的能力。2.4实验考核机制的改革。目前大部分实验课的成绩由每次实验后的“实验报告”的平均成绩决定,然而单独一份实验报告并不能够完整反应学生的实际动手操作能力和对实验内容的熟悉程度。因此,本课程将此改革为总成绩由每次“实验”的平均成绩决定。每次实验成绩包括实验预习、实验操作和实验报告三部分,实验开始前通过问答以及学生讲解实验内容来给出实验预习成绩;实验操作成绩是个团队成绩反映每组实验学生在实验过程中的动手能力以及组员之间的相互协助情况;针对提高型和创新性实验,特别是创新性实验,要求以科技论文的形式来撰写实验报告,以此来锻炼本科生的科技论文写作能力。通过三部分综合来给出的实验成绩更注重对知识的掌握、能力的提高和综合素质的培养等方面的考核。

3半导体物理实验课程改革后的成效

半导体物理实验在我校本科教学项目的支持下,购置并更新了实验设备建立了专属实验室,构建了“九—八—五”新实验内容体系,并采用新的教学方式和考核机制,教师和学生普遍感觉到新实验教学体系的目的性、整体性和层次性都得到了极大的提高。教学内容和教学方式的调整,使学生理论联系实际的能力得到增强,提高了学生的积极性和主动性。实验中学生实际动手的机会增多,对知识的渴求程度明显加强,为了更好地完成创新设计实验,部分本科生还会主动去查阅研中英文科技文献,真正做到了自主自觉的学习。通过实验课程的教学,学生掌握了科技论文的基本格式,数据处理的图表制作,了解了科学研究的过程,具备了基本的科研能力,也为学生的毕业设计打下了良好的基础。与此同时,利用新购置的实验设备建立的实验室,在做为科研实验室和创新创业实验室使用时,也取得了优异的成绩。依托本实验室,2015年“部级大学生创新创业训练计划”立项3项,2016年“部级大学生创新创业训练计划”立项4项。

4结语

材料物理专业范文篇10

关键词:新工科;多学科交叉;创新性

1多学科交叉创新性物理实验课程改革方案拟解决的问题及目的

在新工科背景下,目前我国物理实验课程所面临的问题主要有以下几个方面:1)物理实验内容陈旧过时,知识点单一,往往只是教科书上已有基本物理知识的简单重复,实验内容不交叉、不综合,当前的物理实验内容很难体现最新的科学研究成果[3].导致物理实验教学内容跟不上时代的发展,在当前高速发展的科学前沿新知识和新技术面前显得格格不入;2)在传统物理实验教学体系中,物理实验往往被简单分割为普通物理实验与近代物理实验两门相互独立的课程.而其中普通物理实验又被分为力、热、光、电、磁等相互独立的内容,实验内容在物理学科内部都很少实现交叉融合.学生更难将物理实验内容与本专业科研应用交叉联系,这与当前发展多学科交叉新工科的目标相违背;3)传统物理实验课程的教学模式一般都是教师讲授实验原理和演示实验操作,学生按照老师的操作步骤要求按部就班的按照一样的实验方法重复同样的实验内容.过程中学生各自利用实验室配备的相同的实验仪器完成同样的数据测量.这样的教学模式枯燥无味且毫无创新性和趣味性,学生不感兴趣,只是机械的完成课堂任务,过程中很少有机会激发学生的创新和创造意识,很难培养学生发现问题和解决问题的能力.正因为这样,多年来我国培养的学生与西方先进国家学生相比,虽然考试中可以发挥的很出色,但是一到解决具体问题时,就显得很不自信,面对问题不知所措,相比之下,动手能力和创新能力就显得尤其匮乏;4)按照传统教学模式授课,教师方面也大多只是每节课机械的完成相同的教学内容,就教师教学而言,也很难激发教师的教学主动性和开发新实验内容的兴趣.针对以上问题,本文提出多学科交叉创新性物理实验课程建设,从面向新工科发展和培养多样化、创新型人才的角度来考虑,期望通过改革实现以下目标:1)将传统的物理实验结合多学科科学前沿,推动教师将科研成果及时转化为教学内容,设计开发各学科交叉融合的新型物理实验,将本专业科学前沿与物理实验内容相结合.使学生不仅仅能熟练掌握自己专业领域的知识技能,还能够学会融会贯通,理解各个学科之间的交叉融合.达到“举一反三”的教学效果,为“本研贯通人才培养”奠定基础.2)培养学生具有工程设计思维,学会用批判性的思维角度看待科学问题,进一步提高学生的创新创业能力,具有独立自主学习的能力,具有跨学科交叉融合的新工科人才特征,具有利用所学知识解决现有实际问题的能力,并且有能力通过学习新知识和新技术去预测和解决未来科学发展过程中可能会遇到的问题.3)将现代信息技术带入教学,比如“雨课堂”等.结合翻转课堂的教学方法,改变目前传统单一的“教师讲、学生听”的授课模式.通过信息化的教学手段,使学生真正融入课堂教学,调动学生的学习积极性,也充分调动教师教学热情和激情.

2国内外各个高校关于物理实验课程的改革措施

由于国外先进的教学理念,它们更加突出物理实验“设计性、研究性、探索性”的教育功能,国外著名大学各自形成了各具特色、比较完善和先进的物理实验教学模式.德国大学所开设的物理实验课偏重于设计性实验.著名的德累斯顿大学(DresdenUniversity)和凯泽斯劳腾大学(KaiserslauternUniversity)对物理实验相当重视,他们开设的“物理实验”课程中包含很多研究性物理实验,教材中不给出实验步骤和过程,只提问题和要求,要求学生自行设计并完成实验方案,过程中不仅要求学生设计具体实验内容和实验方案,实验所需的仪器也需要学生开动脑筋去构思设计,实验室不给学生提供现成的实验仪器,需要学生自己根据设计思路,采购所需配件进行组装,最后利用组装好的仪器再进行测量[4-6].这个过程虽然耗时,但是真正锻炼了学生的动手能力和创新能力,通过该课程,使学生不仅学习了某个实验的原理和现象,还掌握了仪器测量原理.例如,几何光学关于薄透镜的实验项目,我们现在的传统实验是要求学生根据提供的光学元件,利用光学原理测量透镜的焦距等,实验枯燥又缺少实际意义,学生虽然学习了透镜原理,但是连日常生活中的透镜应用原理也说不清楚;德国大学将薄透镜实验按设计性实验教学,实验要求学生利用提供的若干块薄透镜先自己组装透镜组装置,比如望远镜和显微镜等,然后再利用所组装仪器进行观察并测量分辨本领和放大倍率等,虽然实验难度上比较大,但事实上这种设计性实验对培养学生的动手能力和创新能力等方面却有很好的效果.英国的曼彻斯特理工大学对实验教学也非常重视,与我国高校要求大二开始做实验不同,曼彻斯特大学要求物理专业学生从大学入学开始就着手设计性实验的练习,学生以小组形式完成实验,各成员之间分工合作,过程中首先需要搜集资料,然后根据整理的资料进行组内团讨,整理出实验方案,就实验方案开展实验,遇到问题大家一起讨论寻找解决办法,也可以根据讨论结果征求教师的指导意见,取得一致意见后继续开展实验.在整个实验过程中,小组内各个同学分别发挥出了各自特长,在搜集资料、实验设计、实验操作和论文书写等方面分工协作完成.另外,实验内容上,基本各个设计性实验内容都与教师的科研工作相结合,使学生逐步了解和适应科研工作,锻炼了学生的科学研究能力[7].而我国大部分高校仍采取传统验证性物理实验教学模式,学生在规定的时间统一完成规定的实验内容,不利于学生创新思维的形成,严重制约了创新型人才的培养,与我们现在“本研贯通”的人才培养目标严重脱节,另外,继续按照这种验证性教学模式教学也不利于我国高新科学技术的发展.近年来,国内一些高校逐渐意识到该局面的严重性,逐步开始采取一些措施改变当前实验教育现状,相继开设了一定量的研究性和设计性的实验项目,为一部分能力较强的学生提供了进一步发展和提高的机会[8].其中,复旦大学走在国内高校物理实验教学改革的前列.他们所开设的设计性实验,教材中没有实验步骤,只有实验研究课题没有实验原理,只有一系列的问题.他们将设计性实验以选修课的形式开设,但是授课模式近似于课题研究形式,要求学生按照实验要求,最少一个学期完成一个研究性课题.过程中学生自己先根据课题名称和教师列出的一系列问题查阅资料,以自学为主,自己设计实验方案,组装和调试实验装置,测量数据,完善测量装置和方法,最后完成课题[9].浙江大学也开设有“小课题物理实验”,主要是设计性实验.首先由学生根据各自兴趣爱好特长等选择所研究的课题,实验室配备基本实验仪器和所需基本资料等,学生按照课题要求在规定时间内完成实验,但是由于课题的设计性和开放研究性,完成时间会较长,一般为一学期内完成,实验授课模式不局限于课堂教学,学生随时可与教师取得联系,针对遇到的问题进行讨论,最终完成实验内容[10].北京交通大学全面改革了物理实验教学模式,核心就是变原来的解释性实验为设计性实验,让学生在亲自参与和动手设计中训练实际动手能力和数据分析能力[11].综上所述,国内部分高校已经开始着手创新型实验的改革,但是就改革内容来说大多只是针对教学方法和手段进行改革,将传统物理实验原有内容改为设计性或研究性实验,而并没有针对适应新工科要求的多学科交叉特点对实验内容做颠覆性改革.本论文提出的多学科交叉创新性物理实验课程改革,以开发适应新工科人才培养要求的多学科交叉创新性物理实验为目标,结合相应教学方式的改革,期望为培养多元化、创新型人才提供支撑.

3多学科交叉创新性物理实验课程改革的主要思路和举措

我们知道,物理学是一门非常重要的自然科学学科,它之所以重要离不开其本身所具有的社会性,物理学在我们的生活中可以说是无处不在,人们生活质量的提高离不开物理学的贡献;另外,其重要性还体现在其所表现出的时代性上,物理学科的教学内容必须与现代科学技术的发展接轨,这样才能保证物理学科是一门鲜活和生动的学科,才能吸引学生的学习热情,才能激发学生的学习主动性和创造性.物理学是一门基于实验的学科,离开了物理实验物理学科的发展将举步维艰.而物理实验的教学在提高学生对物理学的兴趣度和培养高科技人才方面具有重要作用,所以我们应该重视物理实验教学.在物理实验的教学过程中,我们不仅仅应该重视物理学原理知识的传授与强化,更应该培养学生的自主学习能力、科学探究能力、创新创造能力和团队协作等方面的能力.因此,我们首先要对传统物理实验内容进行筛选和改造,结合当前的科学前沿,设计多学科交叉融合的创新性物理实验,编写新的多学科交叉的综合性创新性物理实验教材,改变现有的物理实验教学内容不交叉不综合的现状,不仅仅将基本的物理学科范围内的力、热、光、电、磁等内容结合起来,还要联合其他学科内容如材料、化工、电气自动化和机械等等工科专业,实现把物理实验从辅助教学、验证性实验的教学模式中解脱出来,使学生通过综合性物理实验课程能将从物理实验课中学到的严谨的科学思维和创新能力应用到本专业中,将物理知识与本专业科学前沿应用结合起来,真正体现物理实验是各个学科实验的基础作用,使我们培养的学生具备多学科交叉融合的特征,为未来培养多元化、创新型卓越工程人才提供支撑.教学模式上,我们依靠现代化的教学手段来实现,结合微课和网络平台等数字化和信息化教学手段,调动教师教学热情和学生学习积极性.另外,我们还要在实验管理制度、考核和评价方面创新.具体措施如下:1)和相关院系和课题组积极对接,引入专业的实验设备,为开发综合多学科交叉融合的综合性大学物理实验创造实验基础;2)在现有的传统大学物理实验的基础上进行筛选和改造,根据现今科学研究的现状,寻找和其它医、工科的交叉点和契合点,开发出能够实现多学科交叉融合(物理、材料、电子、信息、机械和医学等)的综合性大学物理实验内容,提升大学物理实验的教学地位,也提高现今大学物理实验的课程难度,改变目前大学物理实验辅助教学的从属地位;3)将设计的综合性物理实验内容进行整合,编写新的综合性物理实验教材,这包含一系列简单却又涉及多学科知识交叉的新型综合性物理实验教材,这将改变当前大学物理实验教材内容“千篇一律”的现状,教材内容上不仅体现了物理原理和思想,更重要的是让更多工科学生了解物理学在本专业领域中的体现,培养学生学会学以致用;4)实验的操作模式上,采取各学科专业学生合作,学生组成团队,利用各自专业知识分配实验任务,首先搜集资料讨论实验方案,分析可执行度,确定方案以后自行准备实验所需配件材料等,组内同学分工合作,相互指导,共同完成实验,实验过程中他们一定会用到各自的专业知识,这时候发挥他们各自的专业特长,增强其自信感,通过一轮轮讨论分析,他们会产生自己的创新点,培养了学生创新创造的能力,符合“新工科”人才的培养目标.5)教学方法上,要打破传统的“教师讲,学生听”的授课模式.我们所设计的多学科交叉的创新型大学物理实验,采用现代先进的信息化教学方式,结合微课和翻转课堂的教学形式,基于我们的线上学习终端,学生可以在线上获取到实验相关的大量学习资料,内容包括实验设计相关素材资料、微课视频等,基于这些材料,学生利用手机即可登陆学习,随时随地非常方便,基于预习内容和结合线下搜集的资料,学生基本可以拟定初步实验方案,对于同一实验项目,鼓励学生选择不同的实验方案,并自行准备和制备所需实验装置.这个过程中学生可能会遇到各种各样的问题,课堂上教师将集中解决过程中遇到的问题,不必再重复基础知识的讲解,这样可以将大大提高教师的教学效率和学生的学习效率,实现课堂教学目标性更强.除此以外,通过网络平台,教师和学生的沟通将延伸到课堂外,学生可将实验方案、过程或结果上传至网络平台,接受所有学生和教师的在线点评,促进实验方案更加完善,充分调动了学生的学习积极性和教师的教学热情.具体过程如图1所示.6)针对我们多学科交叉创新型实验课程,其考核机制也将改变传统的重视实验结果转向重视实验过程,改变传统的以教师教为核心转向以学生学为核心,逐渐引导学生更加重视实验过程,并在过程中实现知识内化、创新思维和能力的培养,教师将根据图1多学科交叉综合物理实验教学模式实验过程中学生表现出的学习能力、思考能力、研究能力和创新能力,综合考虑后给以评价.下面,我们以我们所设计的一项实现了多学科交叉的综合物理实验项目《利用光学法测量微位移实验》为例详细介绍分析该课程综合性.该实验包含自制实验用磁致伸缩样品、自制产生磁场的线圈、自制直流稳压电源等内容,涉及到了物理、材料和电气自动化专业多学科交叉知识,涵盖了单晶材料的制备及加工、光学基本原理、磁致伸缩原理、电磁场产生、软磁材料特性和电流电控等基本原理,实验内容既实现了将多学科交叉融合,又可结合了当前学科的科学前沿热点(磁致伸缩材料),学生以小组形式开展实验,实验要求包括自制实验所需装置和材料,学生结合自身专业特长分工合作完成实验.协作完成实验过程中,不仅仅将本专业领域所学专业理论知识运用到了实际中,而且通过和其他理工科专业学生共同讨论,也学习到了本专业与其它专业的契合点,实验过程中开发了学生的创新思维,培养了创新能力,符合新工科人才的培养目标.另外,该实验内容还可以进一步拓展,例如微位移传感器、汽车减震和微位移精准控制等,通过类似这样的一系列简单又综合多学科知识的综合物理实验,将对打破现有传统大学物理实验不交叉、不融合的现状具有重要作用,锻炼了学生的理论联系实际和创新创造能力,将对“新工科”人才的培养发挥重要作用.

4多学科交叉创新性物理实验改革的创新性

基于新工科背景下,我们提出的多学科交叉创新性物理实验课程改革,这是一个重点针对适应新工科发展需要的实验内容方面的改革,具体创新性科体现在如下几个方面:1)实验内容具有时代性和综合性:打破了传统孤立的力、热、光、电、磁物理实验体系,结合当前科学前沿,设计综合物理(包含力、热、光、电、磁等)、材料、电子、信息、机械等多学科创新性物理实验,将改变传统物理实验内容不交叉、不综合的现状,是一项适应新工科建设需要的革命性改革;2)教学主体具有最大程度的开放性:鼓励不同专业学生相互合作,发挥各自专业专长,自行设计组装实验装置,协作完成实验,实验过程要参与到教师的科研中,使学生逐步适应独立的科研工作;3)教学方法和手段的多样性:结合微课和翻转课堂等形式,线上、线下相结合,通过网络实现“师—生”、“生—生”交互,使预习、复习、提问、讨论的时空得以延伸,提高教学效率;4)教学考核的灵活性:针对不同实验内容设置不同考核方法,打破以往只凭报告给分的评价方法.

5结束语

在大力发展“新工科”和建设“双一流”大学的新形势下,面临竞争日益激烈的国际产业竞争力,高校加强培养多元化的创新型“新工科”人才刻不容缓,我们急需发展“新工科”和培养新工科人才,来支持国家新经济发展的需要.大学物理实验体现了所有工科实验的科学共性,在培养大学生严谨的科学素养和创新思维能力方面具有重要作用,培养适应时展要求的“新工科”人才离不开大学物理实验这一基础课程。然而,仅依靠当前传统验证性的教学内容和模式很难实现课程的真正价值,也很难培养出符合时代要求的多元化新工科人才.因此,本文提出了新工科背景下多学科交叉的创新性物理实验改革,其重点是首先改革传统验证性的实验教学内容,对传统教学内容进行筛选和改造,结合当前科学前沿,综合考虑物理学实验与其它工科专业知识的交叉点,设计开发多元化的新型综合物理实验;其次,教学模式上也要打破传统的以教师为主的授课模式,让学生自己动手解决实验过程中从设计到测量等各种问题,结合现代信息化的教学手段提高教学效率,过程中不仅可培养学生的宽基础,更锻炼了学生的理论联系实际、跨学科交叉融合和敏锐的科学思维能力,将为培养多元化、创新型的“新工科”人才提供支撑.

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