基于化学基础知识背景的金属材料工程专业物理化学课程教学研究

刘荣梅

安徽工程大学生物与化学工程学院,安徽芜湖,241000

基于化学基础知识背景的金属材料工程专业物理化学课程教学研究

刘荣梅

安徽工程大学生物与化学工程学院,安徽芜湖,241000

根据金属材料专业人才培养方案,从课程内容的安排、教学方法的运用以及考核方法的改进等方面,探讨物理化学课程教学改革,认为:在课程内容安排上,应选择与学生未来岗位需要和职业发展需要的知识,剔除理论性强而实际生产难以用到的内容,同时引入学科前沿知识;在教学方法的运用上,应采取多媒体教学与传统板书相结合的方法,充分发挥两种教学方法的优势,从而提高教学效果;在考核方法上 ,在传统考核方法的基础上,引入以章为单位的学习过程考核,提高平时成绩的比例,以促进学生平时学习。

物理化学;金属材料工程专业;教学研究

金属材料工程专业的培养目标是培养德智体美全面发展、诚信实干、基础扎实、实践能力强、综合素质高、具有创新精神,具备金属材料基础理论、铸造及热处理、表面工程等专业方向相关的工程技术知识,能在冶金、金属材料的制备、金属材料的铸造成型及热处理、材料结构研究与分析、材料表面处理等领域从事科学研究、技术与产品开发、工艺和设备设计、生产和经营管理等方面的应用型高级工程技术人才。物理化学是运用物理的原理和方法来研究化学变化的基本规律和理论,它所研究的是普遍适用于各个化学分支的理论问题,金属材料的制备、铸造成型及热处理、材料表面处理等都需要物理化学的基础理论知识为指导,因此,要实现该培养目标,学生必须掌握物理化学知识。但是,由于物理化学涉及到的知识面广,应用条件严格,使用灵活,且较难理解,尤其是金属材料专业学生只有高中化学知识背景,教师感到难教,学生感到难学,再加上课程内容较多而课时较少,更增加了教学难度。如何提高教学质量,是物理化学课程教学中必须面对和思考的问题。本文结合金属材料专业人才培养方案,从课程内容的安排、教学方法的运用、考核方法的改进等方面谈几点教学体会,供同行们参考。

1 课程内容的安排与选择

工科院校金属材料工程专业培养的学生来说,今后走上工作岗位要接触材料的合成、表面处理技术及应用等生产工艺,这就要求教师在选择课程内容方面尽量切合本专业学生的需要。目前,安徽工程大学金属材料工程专业选用的教材为葛华才等主编的《物理化学》(多媒体版)教材。该教材共 10章,涵盖了化学热力学(热力学第一定律、热力学第二定律、多组分系统热力学、化学平衡、相平衡、电化学、界面现象、胶体化学)、化学动力学及统计热力学三部分的内容[1]。对于金属材料工程专业的学生来讲,对理论知识的深度要求不高,所以化学动力学的反应速率理论、统计热力学等内容属于理论性很强的内容,可以略去不讲[2-3]。热力学第二定律研究的是变化的方向和限度的问题,主要涉及三个过程方向的判据,该部分中的麦克斯韦关系式等一些关系式的推导等应用性不强,也可以略去不讲。对于胶体化学内容一般只安排 2个学时,简单地讲述胶体的基本性质及制备等,至于涉及高分子溶液方面的理论知识也可以略去不讲。而对于在工程实践中应用到的一些知识,必须重点讲授。例如,热力学第一定律和热力学第二定律在工程实践中应用非常广泛,前者解决能量守恒及转化的问题,后者解决变化方向与限度问题,两者都是工科学生在未来的学习与工作中经常要用到的知识,所以要重点讲授,同时要求学生加强这部分内容的学习。另外,根据金属材料工程专业的特点,还要加强一些重要知识点的讲授。例如,金属材料工程专业的学生将来会接触到金属材料的铸造成型及热处理等知识,这就要求学生必须认识单组分、两组分等金属及合金的相图,并且能够绘制,因此教师应详细讲授这部分内容。在课时有限的情况下,对于其他组分的相图可以不讲。金属材料工程专业学生将来会接触大量与表面化学相关的知识,在讲解电化学及界面平衡时,可以结合生产生活实例来讲,为将来的专业课学习和应用打好基础。

课程内容选择上,还需要将物理化学与前沿科学知识相结合,开阔学生的视野,让学生加深对知识点的理解。前沿的新材料(或称先进材料)是指那些新近发展或正在发展之中的具有比传统材料的性能更为优异的一类材料。新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料,具有比传统材料更为优异的性能。新材料技术则是按照人的意志,通过物理研究、材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程,创造出能满足各种需要的新型材料的技术。新材料包含特种金属功能材料,如高纯金属及靶材、稀贵金属、储能材料、新型半导体材料、新一代非晶材料、精细合金等;高端金属结构材料,如高温合金及耐蚀合金、耐蚀钢、特种不锈钢、工模具钢、轴承钢、齿轮钢,轨道交通用铝合金、特种镁合金及钛合金等。尤其是把金属及合金新材料纳米化,金属材料工程专业的学生将来会接触到这些新材料的制备及表面处理等知识,如纳米金属材料的制备——利用胶体化学中具有纳米尺寸的油包水胶束作为纳米反应器,选择不同的表面活性剂,从而合成了各种纳米金属及合金材料;利用物理化学中界面现象在界面上生长纳米金属粒子等,尤其是现在研究比较热门的高能面暴露的金属及合金的纳米晶的合成,以及纳米金属及合金在催化等领域的应用,可以大大提高催化效率,可能会对现在广泛存在的环境及能源问题产生深远的影响。这些方面知识的拓展,会大大提高学生的学习热情和创新意识,从而大大地提高教学效果。

2 多媒体与板书相结合的教学方法

多媒体教学是利用计算机将教学内容制作成幻灯片或者动画等投影于屏幕上的一种教学模式,它有机地结合文字、图片、声音、动画等多种媒体效果,使课件内容丰富多彩、生动活泼[4]。物理化学中的一些内容仅仅用板书或口头讲授很难讲清楚,如果采用多媒体的授课形式会大大提高教学效果。例如,在讲授可逆过程的概念、相图的绘制、离子在电场中的迁移、燃料电池等内容时,可以采用简单的动画进行演示,不仅可以充分调动学生的学习积极性,激发学生的学习兴趣,还可以让学生形象直观地学习并且掌握这部分知识。每章小结及课程总结可以用多媒体课件展示,以节约教学时间。虽然多媒体授课具有许多的优点,但也不能完全依赖多媒体教学。笔者认为,物理化学课程中涉及到的一些公式及公式的推导过程,仍然需要利用传统的板书教学,一步一步推导,这样学生容易跟着老师的思维去理解,记忆也深刻,尤其对于金属材料工程专业只有高中化学背景的学生来说,更要慢慢地让学生进入物理化学的情景中。因此,在教学过程中,将多媒体教学和传统的板书教学相结合,发挥两种教学方法的优点,从而提高课堂教学效果。

3 平时考核机制的引入

金属材料工程专业物理化学教学课时一般只有60学时,学时少、任务重,再加上物理化学理论性强,学生要学习和掌握的内容又非常多,这就要求学生平时要勤奋学习,逐章逐节地掌握教师讲授的每一个知识点。为检验学生平时的学习效果,教师可以章为单位进行平时小测验,同时将小测验成绩纳入课程总成绩评定中,并提高计算比例,改变传统的期末考试成绩(80%)加平时成绩(20%)的考核方法,促进学生平时学习,进而提高教学效果。

[1]葛华才,袁高清,彭程.物理化学 [M].北京:高等教育出版社,2008

[2]王艳玲.工科物理化学教学中的几点体会 [J].科技信息,2010(18):789

[3]方文军,雷群芳,王国乎,等.工科物理化学教学改革与实践 [J].化工高等教育,2005(2):33-35

[4]徐云兰,钟登杰,李军.浅谈物理化学教学中的体会 [J].广东化工,2012,39(234):166

G620.0

A

1673-2006(2013)10-0096-02

10.3969/j.issn.1673-2006.2013.10.029

2013-08-30

安徽省质量工程项目“应用化学省级专业综合改革试点”(2012zy043);安徽省质量工程项目“应用化学省级特色专业”(20100717);安徽工程大学质量工程项目“应用化学专业校级人才培养模式创新实验区”。

刘荣梅(1979-),女 ,河南安阳人,博士 ,讲师,主要从事功能纳米材料的控制合成及性能研究。

(责任编辑:刘小阳)