陈晓宇

(金陵科技学院，江苏 南京 211169)

《材料科学与工程基础》是研究材料的组成、结构、制备工艺、性能及应用之间相互关联的专业基础课程，是相关材料类专业课程的基础。它起着公共基础课与专业课程之间的纽带作用，在材料类本科专业的教学中占有重要的地用。本课程的学习内容既包含晶体结构、位错理论、相变、扩散理论等理论性较强的内容，又包含材料加工等与工程实践相关的内容。

1 课程教学现状

《材料科学与工程基础》的传统课堂教学主要采用教师讲授，多媒体辅助教学的方式进行。地方应用型院校的部分学生学习主动性不足，对抽象教学内容如材料的微观结构等感到枯燥，没有兴趣，课程知识吸收率低；对于概念性极强、内容繁杂的知识点理解不到位，找不到知识点的联系，死记硬背，应付考试；另外对理论知识的实际应用不清楚，缺乏分析问题解决问题的能力。

地方应用型本科院校服务于地方经济社会发展和地方行业人才需求，培养具有较强行业背景知识、工程实践能力、胜任行业发展需求的应用型人才[1]。《材料科学与工程基础》课程理论性强，传统课堂教学难以满足地方应用型本科院校的培养要求。

教师在教学设计、讲授生动性、问答互动等方面的努力，改善了学生学习的积极性，但在学生的参与度、学生综合分析能力的培养仍然存在较大的不足。为了进一步提高教学效果，提高学生学习兴趣，培养其综合分析能力、解决问题的能力，有必要进行教学方法的探索。

2 案例教学方式

案例教学最早在美国哈佛商学院教学中进行应用，目前，已在各类教育教学得到广泛应用[2]。案例教学法是指在教学过程中，根据教学目的与教学内容的需要，通过设置具体案例，引导学生参与分析、讨论与表达等活动，让学生积极思考，主动探索，以培养学生认识问题、分析问题和解决问题等综合能力的一种教学方法。

在课程教学中，将重要的知识点学习融入到案例教学过程中，并在实施过程中加强训练学生们的分析问题和解决问题的能力，有利于培养富有实践能力和行业需要的材料专业类人才[3]。《材料科学与工程基础》课程案例教学实施过程中，具体案例教学类型可分为以下三种：①激发兴趣，主动思考；②以点带面，关联知识；③结合应用，分析问题。

2.1 激发兴趣，主动思考

课程理论知识多，学生容易感到枯燥乏味，难以掌握，单凭教师讲解很难调动学生的积极性。材料广泛地应用在人们的生活中，如果通过身边的实际案例来讲解和讨论，可引起学生浓厚的兴趣，吸引他们主动思考，有助于他们对基本原理和理论的理解。如案例一：古代银子作为交易货币时，为了判断银子的成色，有的人会用牙齿咬银子，观察银子上的齿痕来判断银子的硬度，以判断银子是否纯。引导学生思考：银有少量外来杂质元素会形成什么结构？硬度会发生什么变化？变化的原因？这种变化有什么应用？金属硬度如何用仪器检测？这个案例帮助学生理解和掌握固溶体概念和固溶强化理论，以及固溶强化理论在金属强化中的应用，同时掌握位错，滑移，硬度，硬度等概念。

引入新的科学进展案例也可增大课程的趣味性，提高课程教学效果。如案例二：石墨烯是世界上最薄的新材料，石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性。工厂生产石墨烯通常采用的机械剥离法。案例引导学生思考：为什么可以用机械剥离法生产石墨烯？剥离法生产的石墨烯是什么结构？与石墨结构有什么区别和联系？

2.2 以点带面，关联知识

《材料科学与工程基础》课程的知识点较多，可通过案例把一些相互关联的知识点串联起来，便于学生理解和掌握。如案例三：微测辐射热计的原理是：敏感薄膜通过吸收入射辐射，导致其温度发生很小的变化，进而导致其电阻发生变化，匹配电路后由相关设备数字化出这种变化[4]。二氧化钒(VO2)的相变温度在 68 ℃附近，二氧化钒是否能用作微测辐射热计的材料？引导学生分析二氧化钒的相变过程：二氧化钒发生相变过程中，从高温的四方晶系转变到低温的单斜晶系，相应的发生从金属态到半导体态的相变，晶体结构变化相应地引起能带结构的改变，二氧化钒的电阻率发生了急剧变化[5]。通过案例串联起晶体结构、晶系、相变、能带、费米能级、带隙、电阻率等概念。案例四：塑料构件如电动自行车塑料配件易受到冲击破坏而破损。为了抵抗冲击破坏，塑料需增韧。引导学生分析：塑料增韧有哪些方法？通过案例关联聚合物共混的概念和方法，橡胶颗粒增韧塑料的原理，玻纤增韧塑料的原理和方法，冲击强度的概念，冲击强度的检测方法等。

2.3 结合应用，分析问题

案例教学可以提高学生综合分析解决问题的能力。传统教学方式是以教师和教材为中心，只关注向学生灌输知识，导致学生分析解决问题的能力不足。而案例教学让学生将自己看作一个技术研发人员，主动对案例进行分析、判断和归纳总结，锻炼了其分析和解决实际问题的能力。

如案例五：某工厂仓库积压了许多碳钢，由于钢材混杂，不知道钢的化学成分，现找出其中一根，经金相分析后，发现其组织为珠光体+铁素体，其中珠光体占60% ，问此钢材的含碳量大约是多少？这个案例结合实际工程应用，要求学生掌握相、相图、珠光体、铁素体、杠杆定律等相关概念，引导学生使用杠杆定律分析计算。

案例六：用三辊压光机加工聚苯乙烯做板材，板材经过冷却水冷却。但发现做出的板材横向弯曲没有问题，纵向弯曲总是开裂。引导学生分析问题：加工过程中，聚苯乙烯板的结构有什么特点？横向和纵向的性能区别是否是各向异性？高分子材料的各向异性是什么原因导致？引导学生分析加工过程中聚苯乙烯分子链的取向，分析取向导致的产品不同方向物理性能差异。另外引导学生解决问题。消除取向要分子链运动起来，如何达到这一目的？需要板材放在一个温度高于材料玻璃化转变温度的烘箱进行烘烤，或者挤出的板材在常温下进行冷却，给分子链一个舒展的时间，分子取向得到缓解。

案例七：铜矿泡沫浮选法选矿。铜矿石磨矿后的矿浆加入各种浮选药剂并搅拌调和，使浮选药剂与铜矿物颗粒作用。调好的矿浆送入浮选槽，被搅拌充气产生气泡。矿浆中的铜矿物颗粒与气泡接触、碰撞，铜矿粒选择性地粘附于气泡并被携带上升成为气-液-固三相组成的矿化泡沫层，经机械刮取或从矿浆面溢出，再脱水、干燥成铜精矿产品。不能粘附气泡浮起的脉石等矿物颗粒，随矿浆从浮选槽底部作为尾矿产品排出。引导学生分析问题：气泡是如何产生的？药剂在气泡产生中起到什么作用？铜矿粒经药剂处理后为什么能粘附于气泡？脉石等矿物颗粒不能粘附于气泡浮起说明脉石等表面是亲水性还是疏水性？润湿的概念？

3 结 语

案例教学在《材料科学与工程基础》课程教学中的实施，能够充分调动学生学习的积极性，对提高学生分析问题和解决问题的能力具有积极作用。但案例教学法对教师提出了较高的要求，既要求教师具有深入的理论知识，还应具备较丰富的工程实际经验。教师平时要注意案例的积累，在对材料科学理论深入理解的前提下，不断地从实际生产或生活中提炼加工出适宜教学的案例，认真选择加工，反复推敲，以使每个案例都具有很强的针对性，用得恰到好处。