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材料科学基础课程教学改革研究

摘要:材料科学基础是材料科学与工程专业和材料成型与控制工程专业的专业基础课。针对材料科学基础的特点,结材料科学基础课程教学实践经验,对教学内容、教学方法、考核手段等方面进行了分析和探讨。

关键词:材料科学基础;教学;考核;实践教学

材料科学基础课程是材料类专业本科生的一门必备的基础类课程,主要介绍材料的基础知识,比如材料的键合结构、晶体结构与缺陷、固体中原子及分子的运动、材料的变形、相图等材料类本科生必须学习的基础知识。材料科学基础从本质上认识材料的成分、组织、加工工艺与性能之间的相互关系是材料类本科生学习其他相关专业课程的基础[1],也是科学研究的理论基础和基本知识、技能。该课程突出了材料的本质特征,介绍了材料的微观领域,且课程涉及的内容较多相对来说难易看到起表象特征,对于刚刚涉及材料基础的学生来说,内容生涩、抽象、不易理解,教学内容相对枯燥、难懂,是一门教师难教、学生难懂的学科[2]。因此,如何采取合适的教学方法,充分调动学生学习的主动性、积极性,使学生能理解教学内容,而不是死记硬背,加强学生分析问题、解决问题的能力。同时,如何使学生能跟上不断更新地学科技术,不断融合地多学科交叉发展,以及复合型材料的不断涌出[3,4],这要求我们不断进行教学改革,必须培养出思想开放、知识面广、善于思辨的复合型材料人。

一、学生为主的教学课堂提升视频比重

材料科学基础课程设计材料原子的键合、材料晶胞结构、材料晶体缺陷、材料分子扩散和相图等基础知识,存在抽象概念多得特点。目前的教学方式主要是讲解各种知识点,很难明了直白的让学生学习到本质,在一定程度上很好的调动学生的学习积极性,也能很好的让学生理解,提高了学生的学习效果。但是现有的教学方式中,视频教学主要集中在一些材料的微观结构介绍方面,并没有涉及材料的应用领域,尤其是科学前沿、创新技术、科学巨匠的内容,往往这些内容更能带动学生的学习兴趣和动力。比如我国现行的科学巨匠们的事迹,从这些匠人们的学习经历、科研足迹中,激发学生的主观能动性。目前的教学方式古板老套无法提高学生的主动学习探索能力,这种学习能力恰恰是学生必备的基本技能。在教学中可以把生涩的专有名词转化为自己的语言来表述,教师在教学中也不能诵读教程,要讲知识点转化为通俗易懂的语言来表述。此外,每节课程要提出下一节课程的教学内容,先让学生去学习,然后形成学习笔记,这样才能让学生更好地了解自己不足的地方,有方向、有目的地去学习。同时,教学中让学生参与到教学中,将学生进行分组,将下一节课程的内容分配到学习小组,在开课的前15分钟,让学生先来讲解,然后分组讨论,最后再由授课老师进行解惑,分析不足,进一步加深印象的授课。通过这种教学方式,可以充分锻炼学生的自主学习、语言组织、PPT制作、视频学习、甚至是一种材料研究的设计、开发思维,并能训练学生的自我表达能力、团队协作、专用知识学习和科研能力。这些能力不仅仅是学生学习知识的能力,更是将来走向社会、适应社会的能力。

二、理论教学和实践教学结合

材料科学基础是一门理论基础知识,也是一门紧密联系实际应用的学科。基础知识即重要又苦涩,如何让苦涩的知识生动起来,这就是教学水平。实践教学是整个教学过程中的一个重要环节[5],教学与实践结合,比如在讲到材料的组织结构内容时,联系目前最先进的制备技术,播放一小段材料加工视频,介绍材料制备过程,缺陷特征,失效形式,让学生能更直观的去了解学习的知识,也能调动学生的学习精气神,同时也能更好地让学生去了解将来的工作,更早的去了解自己的发展方向,专业技能。同时,还可以让学生参与到教师的科研中,比如在教师的材料熔炼时,把教学从教师带到实验室,让学生去了解如何配料、如何熔炼、如何铸造、如何分析材料组织性能,从实践中去理解学到的知识,有助于培养学生的思维能力,通过对实践过程中观察到的实验现象与理论知识的结合,培养学生的思考能力,巩固相关理论知识,然后将实践中遇到的问题,在课堂上采用问答与讲解相结合的形式,培养学生的科研意识,提高学生的学以致用能力。

三、前沿知识引入教学

将材料科学的基本知识与目前的前沿技术、工程实际结合,让基础知识发挥他们的光辉,是教学中调动学生学习的一种手段。比如在学习到细晶强化技术时,可以结合最年轻的院士卢柯的研究,纯铜的超细晶强化技术,即让卢柯院士的事迹激励学生学习,又能更好地了解细晶强化的应用。在讲到材料结构时,联系到港珠澳大桥的建设、北京大兴国际机场的建设,用这些恢宏的建筑去感染学生的学习激情,激励学生学习的动力。

四、多元化考核机制

考核只是手段,并不是目的。如何让考核变得更有效,让考核成为学生学习的动力,值得关注。目前的教育,期末考试,突击学习,今天考完,明天忘记,这就是常态。所以让考核成为学士学习的动力[6],让知识牢记到学生脑中,才是最好的考核。所以淡化期末考试成绩,突出平时学习能力的考核,才是本质。将学生平时的小组讨论部分有组内成员相互打分和组间打分相结合,将实践教学中学生的观察问题、发现问题、解决问题的主动性列入考核范畴,这样可以更好地调动学生平时的学习积极性,而不是在期末突击。当然这要求教师提前设置好评价标准,根据这些标准公平公正打分,这里可以有10%的学习能力、进步能力等主观评分体系。

五、结语

教学理念、教学方法、教学手段、考核目标的改革,始终要以提高学生的学习能力、学习兴趣、创新能力和科学素养为目标,通过各种手段调动学生的学习积极性,利用质量管理的PDCA循环来培养学生的学习能力和将来适应社会或科研的能力。本文通过对“材料科学基础”课程实施改革的探讨,明显提高了该课程的教学质量,同时为希望能为其他课程的改革提供了借鉴。

参考文献:

[1]石德珂.材料科学基础[M].第2版.北京院机械工业出版社,2003.

[2]郭宁,刘晓魁,覃丽禄.《材料科学基础》课程研究性教学模式的探索[J].西南师范大学学报(自然科学版),2014,39(6):138-140.

[3]王永红,张春晨,苏勇,等.材料类学科平台课程的教学改革与实践-以合肥工业大学《材料工程基础》课为例[J].合肥工业大学学报(社会科学版),2018,32(5):123-127.

[4]郭娜娜,方晓英,谷万里,等.《材料科学基础》课程的教学改革探索[J].机电教育创新,2019,(3):174-176.

[5]YuDG,WangD,ZhengSY,etal.Toeffectivelycombinethescienceandengineeringteachinginhighereducationfromthescientificphenomena[C].Proceedingsofthe2nd.AnnualInternationalConferenceonSocialScienceandContemporaryHu-manityDevelopment(SSCHD,2016).Wuhan:AtlantisPess,2016:756-760.

[6]李生娟,朱钰方,赵斌,等.本科课程(材料科学基础(英))的建设和教学探索[J].上海理工大学学报(社会科学版),2019,2(41):185-189.

作者:周洪雷 单位:上海理工大学材料科学与工程学院

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