刘先斌　刘亭　尹艳红　漆小鹏　吴子平

摘  要：在国家新材料产业战略的推动下，材料性能学作为一门重要的学科课程，亟需进行深入的教学改革与创新。该文提出基于理论与实践相结合、现代教学方式、典型案例教学、强化实践教学及完善评价体系的“五位一体”创新模式的教学探索，旨在培养具有创新精神和实践能力的复合型人才。该模式注重理论知识的系统性与完整性，强化实验与实践教学环节，推进产学研深度融合，加强国际合作与交流，激发学生的创新创业意识。通过该创新模式的教学实践，有望提升学生的综合素质和创新能力，为我国新材料产业的持续发展提供有力的人才保障。

关键词：材料性能学；五位一体；创新模式；新材料专业；综合素养

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）18-0085-05

Abstract： Driven by the national new material industry strategy， Material Performance as an important academic course urgently needs in-depth teaching reform and innovation. This article proposes a five-in-one innovative teaching model based on the combination of theory and practice， modern teaching methods， typical case teaching， strengthening practice teaching and improving the evaluation system， aimed at cultivating innovative and practical talents with a spirit of innovation. This model focuses on the systematicness and integrity of theoretical knowledge， strengthens experimental and practical teaching links， promotes the deep integration of industry， academia， and research， enhances international cooperation and exchanges， and stimulates students' awareness of innovation and entrepreneurship. Through the teaching practice of this innovative model， it is expected to improve students' comprehensive quality and innovation ability， and provide a strong talent guarantee for the sustainable development of China's new material industry.

Keywords： Material Properties; Five in One; innovation mode; new material major; comprehensive quality

在国家新材料产业战略的引领下，新材料的发展呈现出一派繁荣昌盛的景象。新材料作为科技发展的重要基石，其研发和应用对于提升国家核心竞争力、促进经济发展具有举足轻重的地位。在新材料领域，我国已经取得了一系列令人瞩目的成就，成为全球新材料领域的重要参与者和引领者。

材料性能学作为一门核心课程，对于培养新材料领域的高素质人才具有至关重要的作用。然而，传统的教学模式已经难以满足新形势下的发展需求，亟需进行创新模式的教学探索。为此，我们提出了“五位一体”的创新模式，旨在全面提升学生的创新能力和实践技能。

该创新模式包括理论教学、实验教学、课程设计、科研训练和学科竞赛五个方面。在理论教学环节，注重运用生动形象的教学方式，将枯燥的理论知识变得通俗易懂，激发学生的学习兴趣。实验教学则着重培养学生的实际操作能力和实验技能，通过亲自动手操作，加深学生对理论知识的理解和掌握。课程设计则以实际问题为出发点，引导学生独立思考和解决问题，培养他们的创新思维和实践能力。科研训练则通过参与课题研究，在掌握基本原理理论的基础上让学生了解新材料领域的前沿动态和最新研究成果，提升他们的科研素养和创新能力。学科竞赛则为学生提供了一个展示才华的平台，通过竞赛的锻炼，提升他们的团队协作和沟通能力。这种模式的实施，旨在培养学生的综合素质和创新能力，使他们更好地适应未来社会的发展需求。

该创新教学模式通过五个关键环节的有机结合，旨在培养学生的综合素质和创新能力。通过这种模式的实施，学生可以更好地掌握学科知识，提高解决实际问题的能力，拓展学术视野，提升自身的综合素质和创新精神。这对于培养适应未来社会发展的优秀人才具有重要的意义。通过“五位一体”创新模式，能够更好地激发学生的创新热情和求知欲，培养出更多具有创新精神和实干精神的高素质人才。同时，这种模式还有利于提高学生的综合素质和能力，为新材料产业的发展提供有力的人才保障。在新材料产业战略背景下，这种创新模式的教学探索具有重要的意义和价值，为国家的科技进步和产业发展注入新的活力和动力。

一  材料性能学课程的教学内容与教学目标

材料性能学是一门重要的学科，其主要研究各种材料的物理、化学和机械性能，以及这些性能之间的相互关系。通过这门课程的学习，学生可以深入了解材料的性质和应用，以及如何根据实际需求选择合适的材料。

在教学方面，材料性能学课程通常包括以下几个方面的内容（表1）。

材料的物理性能：包括材料的热学、光学、电学和磁学性能等。这些性能决定了材料在不同环境下的表现和应用。

材料的化学性能：主要涉及材料与环境之间的相互作用，包括氧化、腐蚀、老化等。了解材料的化学性能有助于学生更好地理解材料在不同环境下的稳定性和耐久性。

材料的机械性能：包括材料的强度、硬度、韧性和耐磨性等。这些性能决定了材料在不同载荷下的行为和应用。通过学习机械性能，学生可以了解材料的强度和刚度等指标，以及如何设计和优化各种零部件和产品。

材料的选择与应用：主要涉及根据实际需求选择合适的材料，以及如何应用材料的性能进行产品设计、制造和加工。这部分内容强调理论和实践相结合，培养学生的实际应用能力。

在课程的教学目标方面，学生应达到以下要求。

掌握各种材料的性能指标和测试方法，能够根据实际需求选择合适的材料。

了解材料性能之间的关系和影响因素，能够分析材料的性能变化规律。

掌握材料的应用领域和限制条件，能够根据实际需求进行材料的选择和应用。

培养学生的实验技能和实践能力，能够独立完成材料的性能测试和实验报告的撰写。

培养学生的创新思维和实践能力，能够运用所学知识解决实际问题，并开展相关研究工作。

二  材料性能学课程存在的问题

材料性能学作为一门重要的学科，在培养学生掌握材料性能及其应用方面发挥着至关重要的作用。然而，在实际的教学过程中，该课程存在一些问题，这些问题在一定程度上影响了学生的学习效果和兴趣。

理论性强，实践性弱：材料性能学课程涉及大量的理论和计算，导致学生在学习过程中很容易感到枯燥。而且，课程缺乏足够的实践环节，学生很难将所学知识应用到实际中，降低了学习的实用性。

知识点繁杂，难以掌握：材料性能学涉及的内容广泛，包括材料的力学、热学、电学和磁学等方面的性能。这些知识点不仅繁杂，而且相互之间存在复杂的联系，使得学生难以理解和掌握。

教材更新缓慢：当前科技发展迅速，新材料、新技术层出不穷。然而，教材内容却更新缓慢，不能及时反映最新的研究成果和技术进展，导致学生所学知识滞后。

教学方法单一：目前，材料性能学课程仍以传统的讲授式教学为主，这种方法虽然可以系统地传授知识，但缺乏对学生主动学习和创新思维的引导，影响学生的学习效果，难于真正掌握材料性能的相关表征技术。

实验条件有限：由于实验设备和场地的限制，学生很难有机会进行充分的实验操作。这不仅影响了学生对理论知识的理解，也限制了学生实践能力和创新思维的发展。

为了提高材料性能学课程的教学质量，需要针对上述问题采取相应的措施。例如加强实践教学环节、简化教学内容、更新教材、采用多种教学方法及改善实验条件等。只有通过不断的改进和完善，才能使材料性能学课程真正发挥其应有的作用，培养出具备扎实材料性能基础和实践能力的学生。

三  “五位一体”创新教学模式的内涵建设

“五位一体”创新教学模式是一种注重全面发展的教育模式，将课程、教学、评价、管理和创新五个要素整合在一起，以培养学生全面发展为核心目标。以下是“五位一体”创新教学模式的内涵建设。

课程建设：建立完善的课程体系，注重学科交叉融合，强化理论与实践相结合强调知识的整体性和系统性。同时，加强课程内容的更新和优化，保持课程内容的前沿性和时代性。

教学建设：采用多样化的现代教学方法和手段，注重启发式教学和探究式学习，强调学生的主动性和参与性。同时，加强实践教学和创新能力培养，提高学生的实践能力和创新精神。

评价建设：建立多元评价体系，采用多种评价方法，包括考试、作品评定、口头表达和自我评价等。同时，注重过程评价和结果评价的有机结合，充分发挥评价的激励和导向作用。

管理建设：加强教学管理，制定科学的教学计划和教学安排，确保教学的有序进行。同时，注重教师队伍建设和教学资源建设，为教学提供有力保障。

创新建设：加强学生创新精神和实践能力的培养，通过开展各种创新活动和竞赛，激发学生的创新热情和创造力。同时，注重教师创新素质的提升和创新团队的建设，为创新教育提供有力支持。

通过以上五个方面的内涵建设，“五位一体”创新教学模式能够有效提高学生的综合素质和创新能力，培养出具有国际视野和竞争力的人才。

四  材料性能学课程的教学模式改革

材料性能学课程的教学模式改革可以从以下几个方面进行。

（一）  理论与实践相结合

材料性能学是一门理论与实践并重的课程，因此，在教学改革中，应注重理论与实践的结合。可以通过实验、实践等方式，让学生在实际操作中理解理论知识，提高实际操作能力和解决问题的能力。材料性能学是一门理论与实践并重的课程，不仅需要学生掌握扎实的理论知识，还需要具备一定的实际操作能力。因此，在教学改革中，我们应注重理论与实践的结合，使学生能够在实践中加深对理论知识的理解，提高实际操作能力和解决问题的能力。

为了实现这一目标，我们可以采取以下措施。

首先，增加实验课程的比重。通过实验，学生可以亲自动手操作，深入了解材料的性能和变化规律，从而更好地理解理论知识。同时，实验课程还可以培养学生的观察能力、动手能力和分析问题的能力，提高他们的综合素质。其次，加强实践教学环节。学校可以与企业合作，为学生提供实习机会，让他们在实际工作中掌握材料性能学的应用技巧。通过实践，学生可以了解材料的生产过程、性能检测和质量控制等方面的知识，提高实际操作能力和解决问题的能力。此外，还可以采用案例教学法、问题导向学习等教学方法，引导学生主动思考、探索和实践。通过分析实际案例、解决实际问题，学生可以更好地理解材料性能学的原理和应用，培养他们的创新思维和实践能力。

（二）  引入现代化教学手段

传统的教学模式往往以教师讲授为主，改革后可以引入多媒体、网络等现代化教学手段，提高教学效果。例如，可以制作多媒体课件，利用动画、视频等形式展示材料的性能和变化过程，帮助学生更好地理解抽象的概念和原理。随着现代教育技术的不断发展和进步，传统的教学模式已经逐渐被现代化的教学手段所取代。传统的教学模式往往以教师讲授为主，而现代化的教学手段则更加注重学生的参与和互动，能够更好地激发学生的学习兴趣和积极性。因此，在教育改革中，引入现代化教学手段已经成为了一种必然的趋势。

首先，引入现代化教学手段可以更好地提高教学效果。传统的讲授式教学往往只注重知识的灌输，而忽略了学生的学习体验和感受。而现代化的教学手段则可以通过多种形式来展示知识，例如动画、视频、音频等，这些形式能够更加生动形象地展示知识，帮助学生更好地理解抽象的概念和原理。此外，现代化的教学手段还可以通过互动游戏、在线测试等形式来激发学生的学习兴趣和积极性，让他们更加主动地参与到学习中来，从而提高教学效果。其次，引入现代化教学手段可以更好地培养学生的综合素质。现代化的教学手段不仅可以传授知识，还可以培养学生的创新能力、自主学习能力、团队协作能力等多种综合素质。例如，学生可以通过网络平台进行自主学习，通过团队协作完成项目任务，通过参加在线竞赛等形式来提高自己的综合素质。这些能力对于学生的未来发展具有非常重要的意义。最后，引入现代化教学手段可以更好地满足学生的个性化需求。每个学生都有自己的学习需求和学习特点，现代化的教学手段可以根据每个学生的特点来制定个性化的教学方案，从而更好地满足学生的个性化需求。例如，学生可以通过在线测试来评估自己的学习水平，根据自己的学习情况来制定学习计划，从而更好地提高自己的学习效果。

（三）  实施案例教学

案例教学是一种以实际问题为基础的教学模式，可以激发学生的学习兴趣和主动性。在教学过程中，可以选择一些具有代表性的案例，让学生分析、讨论，培养学生的实际应用能力和解决问题的能力。实施案例教学是激发兴趣与培养能力的有效途径，作为一种实际有效的教学模式，日益受到广泛的关注和应用。其以实际问题为基础，通过引导学生分析、讨论实际案例，旨在培养学生的实际应用能力和解决问题的能力。这种教学方法不仅能够激发学生的学习兴趣和主动性，还可以帮助他们在实践中深化理论知识的理解和应用。

1  案例教学的优势

案例教学法的核心在于通过引导学生解决实际问题，培养他们的实际操作能力和问题解决能力。这种教学方法能够让学生身临其境地感受实际问题，通过亲自参与和体验，更好地理解问题所在，以及如何运用所学知识解决这些问题。此外，案例教学还能够培养学生的团队协作能力。在案例分析、讨论的过程中，学生需要与同伴交流、合作，共同探讨问题的解决方案。这样的学习方式有助于提高学生的沟通能力和协作精神，为他们未来的职业生涯做好准备。

2  如何实施案例教学

实施案例教学需要精心选择案例和设计教学过程。首先，选择的案例应具有代表性，能够涵盖所需学习的知识点，同时难度适中，符合学生的认知水平。其次，教师需要设计合理的教学流程，包括案例的引入、分析、讨论和总结等环节，确保学生能够充分参与并从中获益。在案例分析环节，教师应引导学生从多个角度审视问题，培养他们的批判性思维能力。在讨论环节，教师应鼓励学生发表自己的观点和见解，激发他们的创新思维。最后，教师需要对案例教学进行总结，对学生的表现给予积极的反馈，同时指出不足之处，以便学生在今后的学习中加以改进。

3  案例教学的实践应用

案例教学在许多学科领域都有广泛的应用。例如，在材料力学性能学习中，可以讲解实际工程应用对材料力学性能的要求，如抗拉强度以及服役寿命等。在材料的磁学性能中，可以结合稀土磁性的结构与应用。此外，案例教学还可以应用于跨学科的综合性课程中。例如，结合能源环境科学课程中，可以选取与能源环境材料相关的实际案例，让学生从多个角度分析材料在能源环境中应用、影响和解决方案。这样的教学方式有助于培养学生的综合素质和跨学科应用能力。

综上所述，案例教学是一种富有成效的教学方法。通过实施案例教学，不仅可以激发学生的学习兴趣和主动性，还可以培养他们的实际应用能力和解决问题的能力。为了更好地发挥案例教学的优势，教师需要精心选择案例和设计教学过程，同时注意培养学生的团队协作能力和跨学科应用能力。通过不断实践和完善，案例教学必将在教育领域发挥更大的作用。

（四）  强化实践教学环节

实践教学是材料性能学教学的重要组成部分，可以通过实验、课程设计等方式进行。在实践教学中，应注重学生的实际操作能力和创新能力的培养，让学生通过实践掌握实验技能和方法。从而达到实验、课程设计与创新能力综合培养。

实践教学作为材料性能学教学的核心部分，具有至关重要的作用。实验和课程设计是实践教学的两种主要形式，通过这些方式，学生能够亲身体验知识的实际应用，并掌握实验技能和方法。实验是实践教学的基础。通过实验，学生能够直接观察材料的性能变化，深入理解理论知识。例如，学生可以通过对不同材料的硬度、韧性、热稳定性等性能的测试，验证教材中的理论，加深对材料性能的理解。此外，实验还能培养学生的实际操作能力，提高他们的实验技巧。

课程设计则是一种更高级的实践教学形式。在此过程中，学生需要运用所学的理论知识，自行设计实验方案，并解决实际问题。课程设计有助于培养学生的独立思考和创新能力。通过课程设计，学生可以更深入地理解材料性能学的应用，提高解决实际问题的能力。首先，教师应注重实验和课程设计的实用性。设计的实验和课程应与实际生产和生活密切相关，这样可以使学生更加关注实际应用，提高他们的学习兴趣。其次，实践教学环节应注重学生的实际操作能力培养。在实验和课程设计中，教师应给予学生充分的实践机会，让他们亲自动手操作，提高实验技巧。最后，实践教学环节应鼓励学生创新。教师可以引导学生发现问题、提出假设，并通过实验来验证自己的想法。这样不仅能培养学生的创新思维，还能提高他们的实践能力。

（五）  完善评价体系

传统的评价体系往往以考试成绩为主，改革后应完善评价体系，注重学生的平时表现和实践能力的考核。可以通过课堂表现、实验报告、课程设计等多种方式进行考核，全面评价学生的学习效果和实际能力。在传统的教育体系中，考试成绩往往是评价学生学习成果的主要标准。然而，这种单一的评估方式往往无法全面反映学生的实际能力和学习效果。因此，需要对评价体系进行改革和完善，更加注重学生的平时表现和实践能力的考核。

为了实现这一目标，可以采取多种方式进行考核，例如课堂表现、实验报告、课程设计等。这些方式能够更全面地评价学生的学习效果和实际能力，因为其不仅体现学生的知识掌握程度，还体现学生的实际操作能力和解决问题的能力。此外，还可以引入更多的评估主体，例如同学互评、自我评价等。这些评价方式能够提供更全面的视角，帮助学生更好地认识自己，发现自己的优点和不足，从而更好地提高自己的学习效果和实际能力。在完善评价体系的过程中，还需要注意以下几点。首先，要确保评价标准的公正性和客观性，避免主观因素对评价结果的影响。其次，要注重评价的过程和结果反馈，帮助学生了解自己的表现和需要改进的地方。最后，要不断改进和完善评价体系，以适应时代的发展和教育的需求。总之，完善评价体系是教育改革的重要内容之一。只有通过全面的考核和评价方式，才能更好地反映学生的实际能力和学习效果，为他们的未来发展打下坚实的基础。

五  结束语

在材料性能学的课程改革中，我们致力于提高学生的实践能力和创新思维，以适应快速发展的科技环境。通过优化课程内容、引入新的教学方法和手段，以及强调实验和实践环节，期望帮助学生更好地理解和掌握材料性能学的知识，提高他们解决实际问题的能力。尽管改革过程中会遇到诸多挑战，但我们坚信，只有不断探索和尝试，才能找到最适合学生发展的教学模式。期待未来这一课程能为学生提供更多元、更深入的学习体验，培养出具备扎实理论基础和出色实践能力的优秀人才。同时，我们也认识到，课程改革并非一蹴而就的过程，需要持续的反思和改进。我们将根据学生的反馈和教学效果，不断完善课程内容和方法，以确保课程改革的目标得以实现。总结来说，材料性能学的课程改革是一项意义深远的工作，不仅关乎学生的学习成果，更影响着我国材料科学领域的发展前景。通过这一创新模式的教学实践，有望培养出具有创新精神和实践能力的复合型人才，为我国新材料产业的持续发展提供有力的人才保障。同时，“五位一体”创新模式的教学探索对于其他学科课程的教学改革也具有一定的借鉴和启示作用。

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基金项目：国家自然科学基金“稀土修饰超晶格异质催化剂的结构调控、电荷分布与析氧机理”（52164030）；江西省自然科学基金青年重点项目“稀土离子诱导纳米晶NiOOH/N-rGO复合材料的界面电荷转移及其电催化性能研究”（20202ACBL204007）

第一作者简介：刘先斌（1987-），男，汉族，江西赣州人，博士，副教授，硕士研究生导师。研究方向为碳基纳米材料与能源器件。