淺談材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)平臺課程材料物理性能本科生教學(xué)改革論文

　　現代科學(xué)技術(shù)的日新月異和高速發(fā)展, 是知識經(jīng)濟的重要特征。自然科學(xué)的相互滲透、交叉、融合的趨勢更加明顯。新的科學(xué)前沿理論與陳舊的基礎課教學(xué)內容和體系的矛盾日益突出, 必須對原有的專(zhuān)業(yè)格局及知識體系進(jìn)行重組, 在此基礎上建立全新的特色化綜合性材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè), 以適應21 世紀知識經(jīng)濟的發(fā)展對材料科學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才的需求。我院在教育部高等教育教學(xué)改革項目“ 材料科學(xué)與工程類(lèi)人才培養方案的綜合改革與實(shí)踐” 項目的推動(dòng)下, 通過(guò)幾年的探索與實(shí)踐, 提出“ 寬基礎、多方向、重實(shí)踐” 的培養人才模式, 構筑了專(zhuān)業(yè)平臺課程體系,“ 材料物理性能” 就是其中的一門(mén)重要基礎課程。作為院平臺課程和學(xué)校重點(diǎn)課程建設項目, 材料物理性能是物理理論基礎與材料性能相結合的課程為主, 如何培養學(xué)生既具備扎實(shí)的材料物理學(xué)基礎知識, 又能熟練掌握物理性能的研究和實(shí)驗技能, 是“ 材料物理性能” 本科生教學(xué)改革的重點(diǎn)。

　　一、教學(xué)改革的動(dòng)因

　　長(cháng)期以來(lái), 我們的本科教育一直是沿襲按三級學(xué)科專(zhuān)業(yè)招生, 分專(zhuān)業(yè)培養的模式�！� 材料物理性能” 這門(mén)課程, 也是由三個(gè)專(zhuān)業(yè):金屬材料、無(wú)機非金屬、高分子材料, 各自制定教學(xué)大綱, 選擇適合自己的教科書(shū), 分專(zhuān)業(yè)講授這門(mén)課程。例如:金屬方向的“ 材料物理性能” 主要側重金屬的導電、導熱和磁學(xué)性能, 而對材料的光學(xué)、介電等性能沒(méi)有涉及, 這樣必然割裂了材料物理性能的整體內容。尤其是近年來(lái), 以電子、生物、航天和能源為應用對象的材料科學(xué)已經(jīng)從過(guò)去的單一性金屬材料、無(wú)機非金屬材料和高分子材料轉向以功能材料、復合材料、納米材料等高性能、多功能為主的發(fā)展趨勢, 對材料科學(xué)人才提出了更高的要求。因此材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的教育與教學(xué)面臨著(zhù)巨大的挑戰, 這需要對原有按三級學(xué)科專(zhuān)業(yè)的培養計劃、課程體系進(jìn)行全面的改革, 并進(jìn)行系統化修訂�！� 材料物理性能” 作為一門(mén)基礎課程, 需涵蓋材料的各個(gè)領(lǐng)域和全部的物理性能。因此, 從教材的內容的選擇, 編排順序, 授課方式, 應用實(shí)驗等方面上都將做較大的改革。

　　目前, 國內“ 材料物理性能” 的本科生教學(xué), 多為針對某一專(zhuān)業(yè)的物理性能, 如:北航的“ 材料物理性能” 側重陶瓷材料的物理性能, 哈工大的“ 材料物理性能” 則側重金屬材料物理性能;而作為整體材料學(xué)科的物理性能則很少、甚至沒(méi)有學(xué)校涉及。從材料發(fā)展的趨勢來(lái)看, 高新技術(shù)領(lǐng)域, 信息和能源技術(shù)的發(fā)展, 都離不開(kāi)各種功能材料和復合材料, 它們都是多學(xué)科的融合, 不僅涉及金屬和陶瓷材料, 而且高分子也是必不可少的組成部分。因此僅僅掌握一種材料的物理性能, 是遠遠不能適合和滿(mǎn)足材料科學(xué)發(fā)展的需要。因此,“ 材料物理性能” 的教學(xué)改革勢在必行。

　　二、教材的編寫(xiě)與探索

　　在“ 寬基礎、多方向、重實(shí)踐” 的培養人才模式下, 為了配合學(xué)校的優(yōu)秀課程和院平臺課程建設,我院成立了“ 材料物理性能” 課程項目組, 項目組成員有多年從事“ 材料物理性能” 教學(xué)的老教師,他們有著(zhù)豐富的教學(xué)經(jīng)驗;也有博士畢業(yè)的年輕教師, 他們有新的知識結構和不拘一格的活躍學(xué)術(shù)思想。項目組從接受課程改革和教材編寫(xiě)的任務(wù)開(kāi)始, 聘請老專(zhuān)家和專(zhuān)業(yè)教師對大綱進(jìn)行了多次討論和反復修訂, 提出了新大綱的雛形, 在征求教師和學(xué)生的意見(jiàn)的基礎上, 制定出適合材料科學(xué)與工程本科生基礎課程教學(xué)的“ 材料物理性能”教學(xué)大綱。

　　在制定出新的教學(xué)大綱基礎上, 著(zhù)手編寫(xiě)了新的《材料物理性能》教材。項目組老師針對目前一些教科書(shū)中存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析研究。例如:如何理解物性的基本概念? 是從物理性能基本性質(zhì)出發(fā)? 還是從固體的量子特征和固體量子理論的本質(zhì)出發(fā)? 通過(guò)對各種物理性能的反復探討和比較, 尋找到物理性能的最本質(zhì)共同點(diǎn), 發(fā)現作為材料物理性能的基礎, 必須在量子特征和固體能量理論的基礎上探討物理性能, 才能使整體知識融會(huì )貫通, 而不是割裂的就某個(gè)性能講述某個(gè)性能。因此, 我們對教材內容進(jìn)行了重新設計和整合, 力求體現大材料的物性規律的全貌。同時(shí), 針對不同材料(金屬、無(wú)機非金屬、高分子)的性能特點(diǎn), 有針對性地對其特殊的物理性能特征加以補充;并結合材料的最新發(fā)展方向, 理論聯(lián)系實(shí)際地將電導功能材料, 介電、壓電材料, 超導材料, 紅外、光纖材料和信息存儲材料等性能逐一的向學(xué)生介紹, 以提高學(xué)生的學(xué)習興趣以及實(shí)際應用的能力。

　　三、教學(xué)改革的目標和對策

　　教學(xué)改革的目標要適應當前和今后科技發(fā)展及社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展, 適應“ 寬基礎、多方向、重實(shí)踐”培養人才的目標。破除片面追求材料體系完整性的觀(guān)點(diǎn), 強調材料的共性規律;強調培養學(xué)生總體思想和創(chuàng )造性思維的能力。我們針對教學(xué)大綱、教材編寫(xiě)、教材教法和實(shí)驗教學(xué)進(jìn)行整體改革, 打破原有的三大材料的教學(xué)體系, 進(jìn)行教學(xué)內容的重組, 建立新的材料物理性能教學(xué)體系。課程內容設置應考慮當前材料正向著(zhù)復合型、精密型和功能型發(fā)展, 材料的應用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛的特點(diǎn)。擴寬知識領(lǐng)域, 使學(xué)生不僅掌握金屬材料的物理性能, 而且對無(wú)機非金屬和高分子材料的物理性能也能駕輕就熟。因此, 在教學(xué)內容上要有助于學(xué)生將來(lái)從事各種材料的研究和工作能力,為學(xué)生畢業(yè)后的工作和實(shí)際應用打下扎實(shí)的理論基礎, 并培養學(xué)生創(chuàng )造性思維和解決問(wèn)題的能力,以滿(mǎn)足社會(huì )對材料類(lèi)人才的要求。課程內容體系為:

　　1.材料物理基礎:通過(guò)講授量子力學(xué)基礎和固體能量結構, 使學(xué)生理解微觀(guān)原子、電子等的特性, 即粒子性和波動(dòng)性, 掌握微觀(guān)粒子運動(dòng)規律,電子的能帶結構。為其后深入講解材料物理性能打下很好的基礎。

　　2.材料物理性能:以材料的電學(xué)、介電、光學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、彈性和阻尼性能為重點(diǎn), 從基礎理論、性能表述、影響因素、性能測定方法和功能材料應用舉例等方面, 全面介紹材料的各種物理性能。

　　3.為了配合新教材的教學(xué)使用, 我們還制作了多媒體課件, 通過(guò)購買(mǎi)或上網(wǎng)下載國內外最新的材料物理性能書(shū)籍和圖片, 盡可能多的向學(xué)生重點(diǎn)介紹功能材料的發(fā)展史、應用領(lǐng)域, 以及一些國外最新的物理性能測試方法和手段, 提高教與學(xué)的互動(dòng)性。

　　4.同時(shí), 拓寬了實(shí)驗教學(xué)的內容, 除了對原有的導電和熱膨脹實(shí)驗內容加以擴充外, 還新開(kāi)設了介電常數、介電損耗、差熱分析和磁性測量等實(shí)驗。

　　通過(guò)以物理性能為主線(xiàn), 以物理基礎、性能評價(jià)和功能材料應用為重點(diǎn), 突出材料物理性能的共性規律, 注重各種材料物理性能的共性和特性得關(guān)系。加強知識的綜合與應用相結合, 培育學(xué)生的創(chuàng )新思維和綜合能力, 實(shí)現培養寬基礎、高素質(zhì)的人才需要。

　　四、教學(xué)方法與教學(xué)手段改革

　　為了培養適應未來(lái)社會(huì )發(fā)展要求的, 具有創(chuàng )新精神的高素質(zhì)人才, 結合“ 材料物理性能” 的教學(xué)的特點(diǎn), 我們主要從以下幾方面進(jìn)行了教學(xué)方法改革:1.在教材體系上, 破除針對金屬材料、無(wú)機非金屬材料和高分子材料片面追求理論完整、內容單一的弊端, 強調共性規律, 強調能力培養, 重視功能材料的應用。在教學(xué)內容上突出微觀(guān)結構與宏觀(guān)物理性能的相互聯(lián)系, 力求體現材料物理性能本質(zhì)規律。

　　2.在教學(xué)實(shí)踐中, 如何提高學(xué)生的學(xué)習熱情和主動(dòng)性, 使學(xué)生和教師實(shí)現互動(dòng), 是完成課堂教學(xué)的關(guān)鍵所在。我們配合新編教材的使用, 制作了與教材配套的多媒體課件, 并盡可能多的向學(xué)生介紹一些國內外最新的物理性能的應用和測試方法手段, 以大量的圖片和豐富的內容使學(xué)生系統了解物理性能和材料發(fā)展的關(guān)系, 使學(xué)生牢固掌握所學(xué)知識。

　　3.建立教與學(xué)的互動(dòng)系統, 針對學(xué)生的具體學(xué)習情況, 通過(guò)作業(yè)、問(wèn)答、討論等形式, 制定出最佳的教學(xué)方法和授課方式。教學(xué)小組定期討論交流, 任課教師嚴格教學(xué)環(huán)節, 對學(xué)生平時(shí)作業(yè)、考試成績(jì)實(shí)行監控和統計, 了解學(xué)生的學(xué)習難點(diǎn)和問(wèn)題所在, 及時(shí)反饋給教學(xué)小組。研究在材料物理性能的教學(xué)和教法中存在的問(wèn)題, 改進(jìn)的教學(xué)方法和手段, 進(jìn)一步提高本科生的教學(xué)質(zhì)量和水平。

　　4.加強實(shí)驗教學(xué)改革的力度, 除了拓寬實(shí)驗教學(xué)的內容外, 還增加一些演示性實(shí)驗, 使學(xué)生了解大型儀器在物理性能應用和測試方面的知識,并結合本科生的畢業(yè)設計和綜合實(shí)驗中應用到的材料物理性能的專(zhuān)業(yè)內容, 有針對性地進(jìn)行專(zhuān)業(yè)性的強化指導, 使基礎知識和專(zhuān)業(yè)知識相結合, 讓知識融會(huì )貫通。

　　隨著(zhù)教學(xué)改革的深入, 材料物理性能將建設成為適應整個(gè)材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的基礎課程。它涉及材料科學(xué)與材料工程兩大部分, 如何將兩者有機的聯(lián)系起來(lái), 讓學(xué)生運用所學(xué)的知識, 去分析解決實(shí)際研究和工程中遇到的問(wèn)題, 是我們教學(xué)改革的責任和目標。材料科學(xué)作為科技進(jìn)步的三大支柱產(chǎn)業(yè)之一, 當前我國材料教育改革的任務(wù)還十分艱巨, 也使我們面臨前所未有的挑戰;更新人才培養的模式, 改革教學(xué)內容和方法, 全面推進(jìn)素質(zhì)教育, 培養“ 寬基礎、多方向、重實(shí)踐” 的高素質(zhì)復合型人才, 是我們任重而道遠的目標。

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