首页 -> 2008年第12期
《材料科学基础》课程教学模式探讨
作者：董兵海 王世敏 赵 丽
关键词 材料科学基础 教学模式 改革
在材料学院进行的教学改革方案中，按“材料科学与工程”一级学科，设立了四门材料科学的平台基础课程：材料科学基础、材料化学、材料现代研究方法、材料加工工艺。其中，《材料科学基础》是最基础、最重要的平台课程，在学科知识构建中起着“基石”的作用，其教学内容设定的宽度和深度决定了材料学知识的基础深度和知识面的广泛程度，并影响着后续课程的展开、实施及教学效果。可以说《材料科学基础》课程是公共基础课和专业课程之间的一个重要桥梁。因此，探讨材料科学基础课程的教学模式，对丰富本科专业课程教学改革的内容、并深化教学改革具有重要意义。
(一)结合培养目的，明确课程定位
《材料科学基础》课程是国家教育部本科课程目录设置中重要的学科基础课，是材料科学与工程学科工程技术人员的基本知识和基本能力的重要组成部分，同时又是基础课与专业课之间的桥梁，其课程教学内容包括理论教学和实验教学两部分。
材料学院设有材料物理、材料化学和高分子材料等三个本科专业。根据实际情况，将培养模式拓宽到培养完整的、具有材料科学与工程整体概念的人才上来，并统一为一个新的大专业——材料科学与工程。为了打破原有专业划分的界限，从材料科学的本质出发，在三大材料的结构与性能特征相互映衬下制定了“材料科学基础”的教学内容，并进行以加强基础、拓宽专业知识面和加强实践训练为主要目的的课程改革。
结合我校的实际，把《材料科学基础》课程定位在：通过对这一课程的理论学习，使学生在掌握材料科学的基本原理的基础上，学会运用基础理论知识来解决实际(专业)问题，并为将来工作过程中，研究、创造新材料和新工艺打下良好的基础。
(二)构建知识框架，优化教学内容
1、理论教学。材料科学的核心内容是对结构的认识以及它对性能的影响。对此，需要了解材料在各种过程如加热过程、冷却过程、反应过程、界面过程、扩散过程、相变过程等的行为。因此，研究过程是理解结构的重要环节，结构是决定性能的核心，而外界条件则控制着结构的形成。
课程的理论教学部分应包括以下四个知识模块：①材料的微观结构，包括原子的排列方式，理想的完整结构、不完整结构(晶体缺陷)、固体中原子和分子的运动(扩散)、材料的变形和回复、再结晶。②材料组织结构的变化规律，包括单元系的相变、二元合金系的相变规律、三元合金系的相变规律。③实际材料的状态，包括晶体、非晶体、亚稳态。④材料的物理性能，包括材料的电、热、磁、光等性能。
《材料科学基础》作为专业基础课程，是材料学科的核心课程，是学生全面接触专业领域的课程，它具有概念多、知识面宽、应用基础理论广的特点，学生常常在学习的过程中遇到困难，例如，不能很好地将数学理论应用到材料科学的基础课程中。因此，他们普遍反映该课程难学。
为了解决这个问题，除了授课时要突出重点，讲清难点外，还要注重讲课的方式，要采用有效的教学方法，促进学生理解、记忆，并帮助他们学习，从而掌握有效的学习方法。此外，还要帮助学生总结规律，并重点掌握课程的精髓，进而懂得建立这些理论、概念的方法和思维方式，以及在实际过程中的应用等。
2、实践教学。材料学科是以实验为基础的学科，《材料科学基础》是典型的以基础理论和工程实践紧密结合为特征的课程。通过观察和实际操作，学生对课本知识的感性认识会进一步加强，反过来又会促进他们对课本知识的进一步理解，使他们实际动手的能力和进行科学研究的能力得到进一步加强。可见，实践教学无论是对学生基础理论的学习，还是工程实践能力的培养都具有举足轻重的作用。然而，多数教师还在采用重基础理论教学，轻实验教学的教学模式，即使开展了实验教学。也是对理论知识的简单再现，不仅枯燥、难懂，而且没有把它真正运用到实践中，从而难以实现教学效果的真正提高。
为解决这一问题，就必须在教学过程中对实验教学进行改革，进行综合性的实验设计，把实验分为三大类型：基本实验、综合性实验和设计研究型实验，加大实验成绩在综合成绩评定中的比例，以刺激学生重视实验，从而提高实验能力。
通过基本实验培养学生的基本实验技能。基本实验就是对理论知识的验证和再现，这类实验有详细的指导书，实验内容和实验步骤也非常具体，它有助于加强学生对理论知识的感性认识和深刻理解，能够巩固所学的知识。
为充分反映材料的组成与结构、合成与加工、性质与性能、使用条件这四要素间的相互关系及其制约规律，应从以下几方面来开设基本实验。每个实验8学时，每项实验的内容和要求如下：①材料的组成、表面结构与性质关系的分析实验，如通过粘土电动电位的测定，根据光学显微镜的观察结果，研究粘土的表面结构与粘土电动电位的关系，进而分析粘土的组成、结构和性能。②材料性能方面的测试，主要测试材料的力学性能。如应力一应变的关系、抗压强度、抗折强度、抗冲击性等，分析材料的组成、结构、力学性能等。③相平衡的实验研究，首先，采用静态法一淬冷法来研究材料的相变过程，并进行相平衡的研究；其次，对相同的材料进行差热分析，并测出物质的相变温度，进行相平衡的研究。然后再根据实验结果，对两种方法进行对比，分析其优缺点。④材料的制备实验，研究固相反应速率与反应时间、温度的关系，找出反应的动力学方程，获得反应活化能，并根据实验结果分析固相反应机理。
通过综合性实验培养学生的科研思维。综合性实验能激发学生的创新意识，培养他们的创新能力，使他们初步掌握科学研究的思维方式、一般步骤和解决问题的方法。为此，针对材料科学与工程专业的不同专业方向(如高分子材料的合成与制备、材料表面的保护、无机功能材料的烧结等)，分别开设了专业的综合实验模块，加大了综合性实验的开发力度，也将教师的部分科研内容转化成了实验内容。
通过创新实践项目强化学生的实践能力。设计性实验是对一般实验的一个飞跃，其作用是培养、锻炼学生的综合能力，引导他们的纵向和横向思维，并使创新思想得到发展。如把高分子材料的设计、合成制备、性能测试等几个分散的实验，通过资源整合和开放实验室，开设技能训练与艺术创作为一体的设计性、综合性实验，使学生参与专业创新实验的主动性和积极性大大提高，实验技能也显著提高，这对于完善实验室的建设、服务于行业等
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