材料學專業材料科學基礎教學改革初探
【摘要】 文章從分析材料學專業材料科學基礎教學中存在的問題,結合筆者對材料科學基礎教學的經驗,闡述了高等院校材料學專業材料科學基礎改革的必要性,並對教學內容、教學方法等方面的改革進行了探討。
【關鍵詞】 材料學;材料科學基礎;教學改革
材料是人類生存和發展的基礎。縱觀人類利用材料的歷史,可以清楚地看到,每一種重要材料的發現和利用,都會把人類支配和改造自然的能力提高到一個新的水平,給社會生產力和人類生活帶來巨大的變化,把人類物質文明和精神文明向前推進一步。可以說沒有半導體材料的開發和工業生產,便不可能有目前的計算機技術和現代資訊科技革命;沒有現代的高溫高強度結構材料,便沒有今天的宇航科技;沒有低損耗的光導纖維,便不會出現光纖維的長距離傳輸,也無當前的光通訊可言。高等院校深刻感受到材料對社會影響的方方面面,深刻認識到現代社會對材料學方面人才的需求。
我國各大高校紛紛設立了材料學院,並建立健全了材料學方面各類培養課程。材料科學基礎是材料學專業學生必修的專業基礎課。通過材料科學基礎課程的學習, 可使學生掌握材料科學基礎領域的基本理論知識和實驗操作技能,以利於學生學習材料學專業的後續課程。[1-6]本論文通過分析材料學專業材料科學基礎課程教學中存在的問題,闡明瞭材料學專業進行材料科學基礎教學改革的必要性,並結合本人講授材料科學基礎過程中的體會,初步探討了如何提高材料科學基礎的教學效果,並對教學內容,教學方法等方面的改革進行了探討。
隨著現代社會對材料學人才的大量需求,材料學專業已逐步成為全國各大高校重要的組成部分,但由於專業的性質,材料學專業也是高校中最難學習的專業之一。要成為一個材料學專業合格的本科畢業生,既要具備化學方面的基礎,又要物理方面的基礎,還要掌握材料化學,材料物理等材料專業的知識。但由於學生大學學習的時間是有限的,這就造成材料學專業課程設定時,存在“課時緊,任務重” 的問題。以材料科學基礎為例,材料學專業材料科學基礎授課時間一般不少於120學時,而縱觀全國各大高校材料學專業,材料科學基礎通常為54學時,個別為72學時,且大多沒有實驗。這並不意味著材料學專業對材料科學基礎的要求低,而是由於材料學專業課程多、學時緊等原因導致的無奈之舉。材料科學基礎學時少造成學生對材料科學基礎的知識掌握膚淺,很難真正體會材料科學基礎的本質,同時也影響了後續材料學專業課的學習。另外,不設材料科學基礎實驗,學生的動手能力得不到鍛鍊,在進行後續課程時沒有任何基礎,從而影響了其它材料學專業實驗的順利進行。總之,材料學專業材料科學基礎教學存在的諸多弊端已嚴重地影響了材料學專業學生的正常學習,因此,材料學專業材料科學基礎教學改革勢在必行。
材料科學基礎是一門古老又新興的課程,它是一門理論性強,內容豐富,掌握起來有相當難度的課程。同時,它也是一門重視實驗,能夠培養學生動手能力的課程。具體來講,材料科學基礎主要內容分為三大模組:第一模組為晶體結構和缺陷,包括各種晶體的空間結構、可能出現的各種缺陷及缺陷的表示法。本模組內容約佔總學時的25%～35%;第二模組為原子及分子運動、材料的變形和再結晶,本模組內容約佔總學時的45%～55%;第三模組為單元及多元相圖,包括晶體的凝固和相圖的關係、相圖的分析等,本模組內容約佔總學時的15%～25%。分析各模組的主要內容,可以提煉出材料科學基礎主要包括晶體的結構及表示方法。[7-9]
3.材料學專業材料科學基礎課程改革研究
3.1 教學內容改革
根據材料科學基礎的主要內容和課程特點,結合材料學專業對材料科學基礎的要求,我們對材料科學基礎教學內容主要進行了如下改革:“精簡內容,把握重點,強調相關。”材料科學基礎經過上百年的發展,內容已經相當豐富,而且還在不斷更新。如此龐大的內容僅僅通過短短的54學時或者72學時來順利完成全部教學內容幾乎是不可能的,因此,精簡教學內容是材料科學基礎教學必須進行的環節。針對材\料學專業的特點和材料學專業對材料科學基礎的要求,並考慮到材料學專業材料科學基礎沒有實驗的實際情況,我們對這三大模組進行了以下改革:首先,精簡第三模組的內容,使其僅佔總學時的5%,同時在第三模組中加入15%的實驗內容,從而使學生掌握基本的實驗操作;其次,把握第一模組的內容,第一模組為材料科學基礎基礎知識和基本理論,是材料科學基礎學習的重點,這部分的學習可以使學生初步瞭解材料科學基礎的本質,同時在第一模組增加材料科學基礎的X衍射、透射電鏡等基本的表徵手段的學習,這部分內容達到總學時的40%;最後,強調第二模組中與材料學專業相關的材料科學基礎內容, 佔總學時的40%。第二模組的內容非常繁多,我們通過學習原子和分子的運動規律、材料的形變及再結晶規律,使學生能熟練掌握與材料學專業有關的材料科學基礎知識,為後續材料學專業學習打下基礎。
3.2 教學方法改革
材料科學基礎是一門看似簡單,但掌握起來卻有相當難度的課程。在教學過程中必須儘快讓學生掌握材料科學基礎的學習方式,跟上上課節奏,學生才能有效地掌握這門課程。這就要求在教學過程中必須改革傳統的灌輸式教學方法。在教學實踐中通過借鑑前人的經驗和總結自己的教學過程中的教訓,在教學方法上主要做了以下改革:1通過現實的例子,引發學生學習材料科學基礎的興趣。針對材料是科技的基礎這特點,通過材料的突破實現國家的科技發展的例子,增加學生學習材料科學基礎的興趣。同時,介紹材料科學基礎與材料學專業其他課程的關係,使學生了解材料科學基礎對其專業學習的重要性,引起學生對材料科學基礎學習的高度重視。比如講到晶體結構和由於摻雜引起的缺陷內容時,可以介紹當前高科技領域的發展基本都是通過摻雜引起材料能帶發生變化的特點,激勵同學們努力學習好這門大部分高科技所需要的基礎知識,為將來祖國的發展作出自己的貢獻;同時介紹材料學專業方面的所有專業課或多或少的與這們課有關聯的特點,使學生了解材料科學基礎對其專業學習的重要性。2以晶體結構為主線,引導學生深刻理解物質的結構決定性質的原理。為了讓學生更好地掌握晶體的結構缺陷和性質的關係,如必須使學生真正理解什麼是位錯運動,實際晶體結構中的位錯是什麼樣子。3通過課本目錄,幫助學生學會總結,比較,歸納。材料科學基礎內容瑣碎繁多,在學習過程中,必須及時總結,比較和歸納,才能將材料科學基礎的內容形成整體,不致前面學的很快就忘記,影響後面內容的學習。在教學過程中,針對學生在長期學習過程中不看目錄的缺點,我們強調了目錄的作用。比如學習完一章後引導學生根據目錄回憶本章主要內容,象本章包括幾節,每節主要講了什麼主要內容,其中重點是什麼等。然後引導學生比較這一章與前面幾章的聯絡和區別。最後,分析學過的內容,總結和歸納出要掌握的主要內容。4逐步引導,培養學生自學。大學教學的一個很重要的任務就是教會學生自學,學生在學習材料科學基礎的過程中對於晶體的結構和三元相圖,掌握起來具有較大難度,需要老師講解,但對於原子結構和鍵合相對簡單,可以通過在老師引導下,學生自學的方式掌握。這既節約了學習時間,又有效地鍛鍊了學生的自學能力。5通過做凝固和晶體結構分析實驗使學生對書本上學的凝固原理和晶體結構缺陷有更深入的瞭解,如讓同學門把鐵碳合金熔化後澆注在砂型腔裡鑄造成鋼錠,研究是凝固原理對其結構的影響,然後把凝固後的鋼錠用XRDX射線衍射,研究其晶體結構和晶體缺陷,同時把鋼錠磨平後在顯微鏡下研究其晶相,找出成分中的馬氏體等晶相組織,與書上的相圖對比,加深對書本上知識的理解。
3.3 考試方式改革
課程成績的考核是課程的重要內容,考核方式對教學效果有很大的指導作用。針對材料科學基礎的特點和主要內容,我們將材料科學基礎的考試方式分為三塊,一是傳統的閉卷考試,佔總成績的60%,二是平時成績,主要是作業完成情況和每章主要內容總結等,佔20%,三是實驗情況,在學生的實際操作中,考察學生的動手能力,以及通過實驗考察學生對課本內容的理解能力佔20%。其中在閉卷考試中,我們強調了課本的基本知識,同時,有相當數量的綜合題主要考察學生對所學的內容的綜合應用情況,而概念題則考察學生對材料科學基礎結構和本質的理解情況。
4.結論
通過以上教學改革探索,激發了學生學習材料科學基礎的興趣,加深了學生對材料科學基礎這門課的理解,為後續的材料學專業的課程學習打下了堅實的基礎。?
參考文獻?
1 張莉芹.“材料科學基礎”多媒體教學淺析[J].中國冶金教育,2008,5:58-59.?
2 張建新. 《材料科學基礎》本科教學的改革與實踐[J].科技資訊,2009,21:114-115.?
3 王小槐,張照軍.《材料科學基礎 綜合設計型實驗教學的探索[J].實驗室研究與探索,2004,231:62-64.?
4 杜雙明.材料科學基礎課程教學質量保障系統[J]. 技術與創新管理,2008,296:649-651.?
5 付猛,沈榕.論材料科學基礎課程建設的基本原則[J].時代教育,2008,10:44-45.?
6 王章忠, 張祖鳳, 巴志新. 應用型本科《材料科學基礎>>課程建設與改革[J]. 南京工程學院學報社會科學版,2005,52:65-66?
7 胡賡祥,蔡珣.材料科學基礎[M].上海:上海交通大學出版社,2002.?
8 陶傑,姚正軍,薛烽.材料科學基礎[M].北京:化學工業出版社,2006.?
9 齊義輝,韓萍. “材料科學基礎”課程的教學改革與實踐 [J].遼寧工學院學報,2007,192:138-139.
【關鍵詞】 材料學;材料科學基礎;教學改革
材料是人類生存和發展的基礎。縱觀人類利用材料的歷史,可以清楚地看到,每一種重要材料的發現和利用,都會把人類支配和改造自然的能力提高到一個新的水平,給社會生產力和人類生活帶來巨大的變化,把人類物質文明和精神文明向前推進一步。可以說沒有半導體材料的開發和工業生產,便不可能有目前的計算機技術和現代資訊科技革命;沒有現代的高溫高強度結構材料,便沒有今天的宇航科技;沒有低損耗的光導纖維,便不會出現光纖維的長距離傳輸,也無當前的光通訊可言。高等院校深刻感受到材料對社會影響的方方面面,深刻認識到現代社會對材料學方面人才的需求。
我國各大高校紛紛設立了材料學院,並建立健全了材料學方面各類培養課程。材料科學基礎是材料學專業學生必修的專業基礎課。通過材料科學基礎課程的學習, 可使學生掌握材料科學基礎領域的基本理論知識和實驗操作技能,以利於學生學習材料學專業的後續課程。[1-6]本論文通過分析材料學專業材料科學基礎課程教學中存在的問題,闡明瞭材料學專業進行材料科學基礎教學改革的必要性,並結合本人講授材料科學基礎過程中的體會,初步探討了如何提高材料科學基礎的教學效果,並對教學內容,教學方法等方面的改革進行了探討。
隨著現代社會對材料學人才的大量需求,材料學專業已逐步成為全國各大高校重要的組成部分,但由於專業的性質,材料學專業也是高校中最難學習的專業之一。要成為一個材料學專業合格的本科畢業生,既要具備化學方面的基礎,又要物理方面的基礎,還要掌握材料化學,材料物理等材料專業的知識。但由於學生大學學習的時間是有限的,這就造成材料學專業課程設定時,存在“課時緊,任務重” 的問題。以材料科學基礎為例,材料學專業材料科學基礎授課時間一般不少於120學時,而縱觀全國各大高校材料學專業,材料科學基礎通常為54學時,個別為72學時,且大多沒有實驗。這並不意味著材料學專業對材料科學基礎的要求低,而是由於材料學專業課程多、學時緊等原因導致的無奈之舉。材料科學基礎學時少造成學生對材料科學基礎的知識掌握膚淺,很難真正體會材料科學基礎的本質,同時也影響了後續材料學專業課的學習。另外,不設材料科學基礎實驗,學生的動手能力得不到鍛鍊,在進行後續課程時沒有任何基礎,從而影響了其它材料學專業實驗的順利進行。總之,材料學專業材料科學基礎教學存在的諸多弊端已嚴重地影響了材料學專業學生的正常學習,因此,材料學專業材料科學基礎教學改革勢在必行。
材料科學基礎是一門古老又新興的課程,它是一門理論性強,內容豐富,掌握起來有相當難度的課程。同時,它也是一門重視實驗,能夠培養學生動手能力的課程。具體來講,材料科學基礎主要內容分為三大模組:第一模組為晶體結構和缺陷,包括各種晶體的空間結構、可能出現的各種缺陷及缺陷的表示法。本模組內容約佔總學時的25%～35%;第二模組為原子及分子運動、材料的變形和再結晶,本模組內容約佔總學時的45%～55%;第三模組為單元及多元相圖,包括晶體的凝固和相圖的關係、相圖的分析等,本模組內容約佔總學時的15%～25%。分析各模組的主要內容,可以提煉出材料科學基礎主要包括晶體的結構及表示方法。[7-9]
3.材料學專業材料科學基礎課程改革研究
3.1 教學內容改革
根據材料科學基礎的主要內容和課程特點,結合材料學專業對材料科學基礎的要求,我們對材料科學基礎教學內容主要進行了如下改革:“精簡內容,把握重點,強調相關。”材料科學基礎經過上百年的發展,內容已經相當豐富,而且還在不斷更新。如此龐大的內容僅僅通過短短的54學時或者72學時來順利完成全部教學內容幾乎是不可能的,因此,精簡教學內容是材料科學基礎教學必須進行的環節。針對材\料學專業的特點和材料學專業對材料科學基礎的要求,並考慮到材料學專業材料科學基礎沒有實驗的實際情況,我們對這三大模組進行了以下改革:首先,精簡第三模組的內容,使其僅佔總學時的5%,同時在第三模組中加入15%的實驗內容,從而使學生掌握基本的實驗操作;其次,把握第一模組的內容,第一模組為材料科學基礎基礎知識和基本理論,是材料科學基礎學習的重點,這部分的學習可以使學生初步瞭解材料科學基礎的本質,同時在第一模組增加材料科學基礎的X衍射、透射電鏡等基本的表徵手段的學習,這部分內容達到總學時的40%;最後,強調第二模組中與材料學專業相關的材料科學基礎內容, 佔總學時的40%。第二模組的內容非常繁多,我們通過學習原子和分子的運動規律、材料的形變及再結晶規律,使學生能熟練掌握與材料學專業有關的材料科學基礎知識,為後續材料學專業學習打下基礎。
3.2 教學方法改革
材料科學基礎是一門看似簡單,但掌握起來卻有相當難度的課程。在教學過程中必須儘快讓學生掌握材料科學基礎的學習方式,跟上上課節奏,學生才能有效地掌握這門課程。這就要求在教學過程中必須改革傳統的灌輸式教學方法。在教學實踐中通過借鑑前人的經驗和總結自己的教學過程中的教訓,在教學方法上主要做了以下改革:1通過現實的例子,引發學生學習材料科學基礎的興趣。針對材料是科技的基礎這特點,通過材料的突破實現國家的科技發展的例子,增加學生學習材料科學基礎的興趣。同時,介紹材料科學基礎與材料學專業其他課程的關係,使學生了解材料科學基礎對其專業學習的重要性,引起學生對材料科學基礎學習的高度重視。比如講到晶體結構和由於摻雜引起的缺陷內容時,可以介紹當前高科技領域的發展基本都是通過摻雜引起材料能帶發生變化的特點,激勵同學們努力學習好這門大部分高科技所需要的基礎知識,為將來祖國的發展作出自己的貢獻;同時介紹材料學專業方面的所有專業課或多或少的與這們課有關聯的特點,使學生了解材料科學基礎對其專業學習的重要性。2以晶體結構為主線,引導學生深刻理解物質的結構決定性質的原理。為了讓學生更好地掌握晶體的結構缺陷和性質的關係,如必須使學生真正理解什麼是位錯運動,實際晶體結構中的位錯是什麼樣子。3通過課本目錄,幫助學生學會總結,比較,歸納。材料科學基礎內容瑣碎繁多,在學習過程中,必須及時總結,比較和歸納,才能將材料科學基礎的內容形成整體,不致前面學的很快就忘記,影響後面內容的學習。在教學過程中,針對學生在長期學習過程中不看目錄的缺點,我們強調了目錄的作用。比如學習完一章後引導學生根據目錄回憶本章主要內容,象本章包括幾節,每節主要講了什麼主要內容,其中重點是什麼等。然後引導學生比較這一章與前面幾章的聯絡和區別。最後,分析學過的內容,總結和歸納出要掌握的主要內容。4逐步引導,培養學生自學。大學教學的一個很重要的任務就是教會學生自學,學生在學習材料科學基礎的過程中對於晶體的結構和三元相圖,掌握起來具有較大難度,需要老師講解,但對於原子結構和鍵合相對簡單,可以通過在老師引導下,學生自學的方式掌握。這既節約了學習時間,又有效地鍛鍊了學生的自學能力。5通過做凝固和晶體結構分析實驗使學生對書本上學的凝固原理和晶體結構缺陷有更深入的瞭解,如讓同學門把鐵碳合金熔化後澆注在砂型腔裡鑄造成鋼錠,研究是凝固原理對其結構的影響,然後把凝固後的鋼錠用XRDX射線衍射,研究其晶體結構和晶體缺陷,同時把鋼錠磨平後在顯微鏡下研究其晶相,找出成分中的馬氏體等晶相組織,與書上的相圖對比,加深對書本上知識的理解。
3.3 考試方式改革
課程成績的考核是課程的重要內容,考核方式對教學效果有很大的指導作用。針對材料科學基礎的特點和主要內容,我們將材料科學基礎的考試方式分為三塊,一是傳統的閉卷考試,佔總成績的60%,二是平時成績,主要是作業完成情況和每章主要內容總結等,佔20%,三是實驗情況,在學生的實際操作中,考察學生的動手能力,以及通過實驗考察學生對課本內容的理解能力佔20%。其中在閉卷考試中,我們強調了課本的基本知識,同時,有相當數量的綜合題主要考察學生對所學的內容的綜合應用情況,而概念題則考察學生對材料科學基礎結構和本質的理解情況。
4.結論
通過以上教學改革探索,激發了學生學習材料科學基礎的興趣,加深了學生對材料科學基礎這門課的理解,為後續的材料學專業的課程學習打下了堅實的基礎。?
參考文獻?
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9 齊義輝,韓萍. “材料科學基礎”課程的教學改革與實踐 [J].遼寧工學院學報,2007,192:138-139.