基于《无机材料物理性能》课程教学改革的建议

2023-01-20赵连玉

产业与科技论坛 2022年23期

□陈婷李燕赵连玉

《无机材料物理性能》课程是高等院校材料科学与工程专业的必修课，主要介绍了无机非金属材料的力学、热学、光学、电导、磁学等性能及应用。通过本课程的学习，使学生掌握材料组成、结构与性能之间的关系，深入理解无机非金属材料物理性能的本质规律与微观机制，培养学生探索材料改性的新方法和解决工程实际问题的能力，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。

一、《无机材料物理性能》课程教学现状

(一)教学模式陈旧，教学方法单一。《无机材料物理性能》作为材料专业重要的专业基础课程，基础理论性强，课程内容涉及无机化学、物理化学、材料力学、量子力学、高等数学、大学物理等课程的相关基础与理论，多学科交叉，教学难度大，不仅要求学生具有较好的综合基础理论知识，对教师的授课能力也提出了更高的要求[1]。但目前大多数的高校教师仍然沿用“备课、授课、作业、考试”等传统的教学模式，尤其在授课过程中，教师只是单纯地讲述课本上的概念、公式和图表等内容，学生被动地接受新知识。这种“填鸭式”的教学方式，必然会让学生觉得索然无味，上课无精打采，再加上课程内容枯燥难懂，概念抽象，很难激发学生的学习兴趣。一般来说，本专业的学生在修读这门课程之前，很少接触无机非金属材料相关的专业知识，如果教师在上课伊始就照本宣科，很容易使大部分学生对所讲知识理解不到位，无法集中精力听课，根本达不到很好的教学效果，即使课后辅助以习题来记忆和理解这些知识，也很难对相关知识点进行掌握，往往造成学习效率低下[2]。

(二)实践教学环节薄弱。佛山科学技术学院材料科学与工程专业教学大纲要求的无机材料物理性能课程有32个学时，具体分配到每个章节的学时往往只有3～4个学时，学时短，但整个课程内容繁多，知识面广，难度大。为了完成教学大纲的任务，不拖延上课进度，教师只能加快上课进程，以致学生还未来得及消化所学知识，就已经进行到下一章节，这种“快餐式”的教学现象使学生的学习效率大打折扣，再加上部分学生专业知识基础差，无法快速掌握教师在课堂上所讲的内容，长此以往，往往易使学生产生厌学心理，从心底抗拒这门课程，更不利于教学工作的开展。换个角度来看，这种不合理的教学规划，导致课时严重不足，反而变相促进教师愈加采取单向输出的教学方式，无暇顾及学生的真实感受，往往忽略了学生才是上课的主体，没有考虑到学生对于课程真正的需求。本课程目的是要学生基于对无机材料性能、规律和原理的认识，学会选择和使用无机材料，优化材料制备工艺和性能，而目前的教学规划挤占了学生动手实践的时间，教师将绝大部分时间用于课堂授课，以致没有多余时间开设实践课，学生无法锻炼动手实践能力，仅靠听课难以深入掌握无机材料相关物理性能的现象和原理，严重影响教学效果和学习能力的培养。

(三)理论教学脱离实际应用。目前，本课程教学大纲的内容多偏向理论，任课教师严格按照教学大纲上的内容进行授课，就会局限于课堂和书本知识，很少与实际生产联系在一起，没有机会增设与本课程相关的实践与实习环节，导致任课教师虽然拥有相关领域的科学研究成果，以及与企业合作的相关经验，但在当下的教学过程中，并没有机会将自己的科学成果和实践经验带入课堂中，容易使学生所学的理论知识和实际应用严重脱节，无法利用所了解的科技前沿和科研知识去启发学生，教学效果往往不尽如人意，很难提高学生的科研思维与科研创新能力，影响应用型人才的培养质量，更影响本科生未来的就业前景，所以该课程改革在提高本科生科研能力和实践培养中的作用不容忽视[3]。

二、《无机材料物理性能》课程教学改革

(一)创新教学模式与教学方法。

1.借助多媒体创新教学模式。在《无机材料物理性能》课程的教学改革中，要打破传统的“讲授—接受”的教学模式，弱化以老师、课本为主的学习观念，调动学生学习的主观能动性。随着科技的进步与快速发展，“微课”“慕课”“雨课堂”等多媒体教学软件逐渐应用到大学生课堂学习中，传统教学模式发生了实质性的变化[4]。对于教师来说，每个章节的课程内容都可以通过制作PPT课件进行投屏，取代了传统的板书过程，解放了教师的双手，极大地提高了课堂效率，节约了时间。上课过程中，学生可以利用“雨课堂”等上课软件将不懂的问题发送实时弹幕，让教师在讲课之余，抽出更多的时间了解学生的薄弱环节及存在问题，从而更有针对性地进行讲解，更加合理地安排课程；而对于学生来说，多媒体教学能够更加直观地将课程知识点展现在学生面前，通过建立模型的方式将课本中抽象难懂的概念进行解释，对提高教学效果有一定的帮助。例如，在讲解无机材料晶体结构时，可以通过动画演示晶体分子的结构模型，从三维角度进行展示，便于学生理解晶体的周期性、晶格结构、排列方式等内容；在讲解高分子材料断裂相关内容时，可以通过制作动画来模拟整个断裂过程，更加直接地区分脆性和韧性断裂等抽象的名词。

2.情境教学法、问题导入法。将教学情景和教学思政引入课堂，利用教学情景激发学习兴趣，让学生“反客为主”，强化学生的主体角色，利用教学思政经典案例，培养学生的民族自豪感和爱国主义情怀[5]。教师利用问题导入法的教学方法，积极引导和鼓励学生进行思考，敢于发言，提出自己的见解，并予以反馈，通过“有来有往”的交流模式，逐步将学生的注意力引入课堂，培养学生自主思考问题、解决问题的能力。例如，在讲解无机材料的光学性能时，可以通过动画向学生展示有趣的丁达尔效应，进而提问“为什么胶体里面会出现一条非常光亮的通路”，讨论这种现象背后的原理是什么，逐步引导出光的散射相关内容，活跃课堂气氛，让学生在愉悦的课堂环境中积极主动地学习并理解课本中的知识。与此同时，通过多媒体软件向学生介绍目前中国科技的前沿发展，循序介绍无机材料性能、规律和原理等相关知识，让学生在掌握课堂知识的同时，感受我国无机非金属材料领域的高速发展，鼓励学生刻苦学习，勇敢肩负起时代赋予的重任。此外，在讲课之余，引入我国无机材料领域的科学家们不为金钱名利，报效祖国的故事。例如，向同学们介绍我国具有“半导体材料之母”“中国太空材料之母”之称的林兰英院士，冲破美国重重阻挠回到祖国，不计名利，终身未婚，满腔热忱地投身祖国的科学事业，为祖国的半导体发展奉献了一生，让林兰英院士忠贞不渝的爱国精神和求真务实的科学精神激励学生努力学习报效祖国。

3.基于互联网改进考核方式方法。传统的无机材料物理性能课程主要采取“考卷+考勤+作业”的考核方式，虽然看起来多元化，但实际上过于机械、单一，占用教师大量时间。我们身处“互联网+”时代，智能手机无处不在，几乎每个大学生都人手一台智能手机，任课教师可以借此将智能手机应用到课堂中，多媒体智能软件为教师和学生提供了更多优质的教学平台和方便快捷的交流方式，学习途径也变得越来越多元化[6]。例如，借助自动报到点名软件，学生的出勤率一目了然，不必再逐个进行点名签到，大大节约了上课时间；上课前，学生通过手机实时连接多媒体课件，讲课过程中遇到不懂的问题，可以发弹幕提问，反过来，教师也可以通过手机软件提出相关问题，通过手机终端监测学生的答题情况，这样有利于教师随时掌握学生的学习进度，更加科学、方便地记录学生的课堂成绩；课后，学生可以使用手机软件提交作业，教师利用碎片化时间进行批改，通过软件实时沟通并记录作业成绩，高效方便。将互联网应用到无机材料物理性能课程的教学中，能够全方位准确评价每一个学生的各项成绩，了解所有学生对课本知识的掌握情况，使考核更加公平合理。

(二)加强教学实践，紧密联系科研。在大学教育中，教学与科研是密不可分的，教学为科研提供理论和基础支撑，而科研是提高学校教学水平、教学质量的关键。国家文件明确提出鼓励学生参与科学研究，着重培养学生的科研能力和工程应用能力[7]。佛山科学技术学院《无机材料物理性能》的任课教师均承担国家及省级多项科研项目，为教学与科研并重型教师，不仅在相关领域拥有不俗的研究成果，而且对相关领域的科技前沿具有敏锐的洞察力。一方面，在教学过程中，任课教师可以有计划地将科研成果与课本知识进行融合，精心选取和编排课程框架，丰富和充实教学内容，让学生更加深入地理解新材料、新性能和新理论，培养学生独立自主学习的能力，从无机材料领域的最新研究成果中积极汲取新知识，避免学生为了应付考试而机械学习；另一方面，出了课堂，也要要求学生自主查阅与课程相关的知识，注重本科生科研素养的提升。例如，每堂课后给学生布置一项科研小任务，独立完成一篇科研小论文的撰写，或者以小组合作的形式，指定课题，让学生根据所学知识完成实验方案的设计、材料的制备表征和实验结果的分析，并以团队形式进行科研汇报，在这个过程中，既能调动学生的学习兴趣，又能锻炼学生查阅文献资料、团队合作能力，一举两得。

佛山科学技术学院鼓励本科生积极参与到科研比赛活动中去，例如各种省、市和校级的大学生科技比赛，秉着“鼓励创新、注重培养、积极参与，重在过程”的参赛原则，由学生根据自己的兴趣选取研究课题，任课教师亲自带队进行指导、协助，让学生自行参与、自主设计、自主完成整个比赛过程。在浓厚的兴趣驱动下，学生能更好地综合运用相关基础理论知识和技能，全身心地投入科研竞赛中，有利于培养科研思维和创新能力。

(三)结合佛山本地特色教学。本课程研究对象多为玻璃、陶瓷等传统无机非金属材料。陶瓷产业作为佛山市的传统和支柱产业，基础雄厚，通过不断地引入国外先进的陶瓷制作技术，目前已发展成为我国最大的陶瓷生产基地。佛山现阶段拥有陶瓷生产线千余条，相关的配套产业也得以迅速发展，针对佛山科学技术学院的人才培养定位，教师可以借助佛山得天独厚的陶瓷产业优势，从社会实际需求出发设置课程。例如，适当增加无机材料物理性能课程的课时，增设相关内容的实践、实习课程，由学院和专任教师提前联系当地特色企业，带领班级学生参观无机非金属材料的生产车间，让学生对原材料准备、材料制备及性能检验过程有个清晰的认知和实际了解。在组织实习课程之前，专任教师要提前对合作企业的工艺技术进行分析与讲解，围绕材料“成分→结构→性能”的研究主线，制定实习课题任务；学生针对教师给定的课题任务，提前了解实习内容，进行文献调研，做到带着“问题”和“任务”走进企业，实习效果更好。课后，由教师根据当天的实习情况布置作业，学生回校查阅资料，撰写综述，并在下节课作相关课题汇报。这种课堂与实践相结合的授课模式，既加深了学生对课本内容的理解，又提高了学生对企业实习的重视，教师带领学生参观企业生产，加强与本地知名企业的合作，多了解当今企业的发展模式与用人需求，促进企业与毕业生之间的双向选择，增加毕业生的就业机会，提高学生就业率。