《功能材料》课程教学方法思考

佟运祥 王香 田兵 李莉

［摘要］传统材料产业结构升级与相关高技术的迅猛发展对《功能材料》课程的设置与教学提出了更高的要求。《功能材料》课程具有涵盖面广、内容多、知识更新快的特点，可以从课程的教学内容、教学手段与方式和考核方式方面进行探讨，目的在于提高教学质量与效果，培养具有宽广研究视野与扎实专业知识的创新型人才。

［关键词］功能材料教学方法教学质量

［中图分类号］G642［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2014）11-0151-02《功能材料》是我校材料科学与工程专业研究生专业学位课的重要组成部分，主要向学生系统讲授各类功能材料的成分与结构、合成与制备、材料性能及应用的基本理论、相互关系及影响规律等，并融汇当今各类功能材料先进的研究成果，使学生了解当今功能材料领域的发展趋势及动态，培养学生运用所学理论知识解决实际问题的能力。其教学内容覆盖面广，信息量大，涵盖纳米材料、非晶材料、形状记忆材料、压电材料、生物医学材料等，但是教学周期比较短。目前，高新技术的发展与经济产业升级的迫切需求对新型功能材料的研发提出了更高的要求。在此形势下，合理选择教学内容并优化教学方法，对于提高教学效果、培养具有扎实专业知识和宽广研究视野的人才具有十分重要的意义。

一、教学内容

根据功能材料的研究内容和我校材料科学与工程学科的特点，《功能材料》课程内容的选取上涵盖了金属类的功能材料以及陶瓷、聚合物等部分非金属类功能材料，突出材料制备-结构-性能-应用之间的关系，遵循强化基础、精选前沿、兼顾应用的原则准备教学内容。因此，《功能材料》课程的课堂教学内容主要包括：功能材料概论、纳米材料、非晶材料、形状记忆材料、复合材料、生物医用材料、 磁性材料、电性材料以及超导材料。在概论中主要介绍功能材料的发展历史以及最新的研究动态、课程内容等。对于每个材料体系，主要介绍相关的基本概念与原理、典型材料及其制备方法与性能、典型应用以及该材料的最新研究成果等。

二、教学方法与手段

（一）正确处理多媒体与板书的关系

多媒体教学是21世纪以来逐渐兴起的一种新颖的授课方式，具有生动形象、直观性、交互性、可重复性强、图文并茂等特点，尤其适合于理论性内容较多、信息量大的课程，可以有效地激发学生的兴趣，活跃课堂气氛，提高教学效果。然而，过度依赖多媒体教学也会造成一些问题，如幻灯片内容停留时间过短，学生缺乏思考时间；教师对照幻灯片照本宣科等，从而使课堂教学失去灵魂。板书作为一种传统的教学方式，具有灵活性、能够长时间向学生传递信息、有利于培养学生的思维能力等特点。正确处理多媒体与板书之间的关系，能够将课程内容更加有效地传递给学生。综合考虑以上情况，我们在实际教学中根据不同的教学内容采取了不同的授课方式。对于需要展示的内容，我们采取多媒体的方式。如《功能材料》课程中需要介绍大量材料的微观组织，如晶体材料中的位错、孪晶以及非晶复合材料的断口形貌等。另外，介绍马氏体相变、形状记忆效应以及压电效应、铁电性和超导特性等基本概念时，也可以利用多媒体将原来枯燥的文字描述转换为形象的动画，使学生更加直观深入地理解所学习的基本概念。

对于课程中所涉及的公式推导与基本原理等内容，我们则采取了板书的授课方式。通过板书，学生清晰地了解了整个设计计算过程，加深了学习印象。

（二）基础理论与最新进展相结合

对于《功能材料》课程而言，基础知识是基石，是进一步学习《功能材料》的基础和必要条件，是学习中一个最基本，也是最重要的部分。俗语说，万丈高楼，平地起。只有系统扎实地掌握好基础知识，学生才能够更好地发挥主观能动性，提高其思维能力和灵活运用功能材料的相关知识解决实际问题的能力。《功能材料》课程主要授课对象为材料科学与工程专业的研究生，其选修课程为材料科学基础。但是考虑到研究生来自于不同的院校，所学基础课程有所差异，基础理论掌握程度参差不齐，甚至存在跨专业考研的情况，所以有必要在专业课讲授过程中加强相关基础理论的内容。

在注重基础理论的同时，要及时地将学术界的最新研究成果和教师自身的研究经历充实到课堂教学中，将国家和社会的需求与课程有机结合起来，提高学生投身课程学习的兴趣和动力。例如，利用大塑性变形工艺制备纳米晶金属材料是近年来功能材料领域发展的热点之一，大塑性变形工艺主要包括高压扭转、等径角加压、累积叠轧等方法，由于材料在变形过程中承受了非常大的塑性变形，因此晶粒尺寸得到急剧细化，同时引入了大角度晶界等独特的晶体缺陷，此类材料具有优异的性能，在高性能航空发动机、核反应堆与航天器等国家重大科技需求方面具有良好的应用前景。

另外，在讲授形状记忆材料时，将形状记忆合金复合材料的最新进展融入课堂教学中，说明形状记忆效应等功能特性可以通过传统的物理冶金等方法改善，还可以利用材料复合的概念，详细介绍中国石油大学（北京）崔立山老师课题组2013年在Science上发表的文章。崔立山老师课题组在多年研究形状记忆合金复合材料的基础上，利用传统的冷拔工艺，获得了纳米Nb线强化的TiNi基形状记忆合金，该合金具有优异的弹性应变、较低的弹性模量和良好的生物相容性。

最后，需要强调的是，《功能材料》课程的内容多、范围广，授课时间短，任课教师不可能准确地把握住所涉及的所有研究方向的最新动态。为解决这个问题，我们将从事不同材料体系研究的教师请入课堂，利用其多年的研究积累，为学生讲解、分析该材料的发展趋势，获得了良好的教学效果。

（三）主题探讨式教学

主题探讨式教学是交互式教学的一种，与传统的教师在讲台上讲、学生在台下听的方法相比较，具有诸多的优势。因此，在《功能材料》教学中，我们将这种方法引入了课堂。考虑学生的研究方向存在一定差异，在授课前，充分了解每个学生的具体研究方向，并对其进行分组。尽可能每个组的研究方向均涵盖在教学内容中。在每个章节结束后，教师总结教学内容，归纳出若干个主题，然后每个课程小组自由选择一个主题进行准备，包括检索分析相关文献与准备讲稿。之后，由课程小组选派一名成员，对准备的讲稿进行讲解，并回答教师和其他组同学的提问，最后由教师进行点评，指出讲解过程中需要注意的问题。与传统的教学模式相比较，主题探讨式教学一方面能够及时地检查学生对所学知识的掌握程度，另一方面可以锻炼学生检索文献、总结文献和表达的能力，充分调动学生的积极性、创造性和学习兴趣。当然，这种方法也有一定的局限性，如学生提问的深度和广度均不可控，往往会影响教学进度。针对这一问题，我们要求学生在课余时间对讲稿进行充分练习，把握好时间，同时对提问和讨论环节规定时间。另外，主题探讨式教学安排的学时不宜过多，以不影响课程的整体教学为标准。

（四）课程考核方式

课程考核是检验学生对所学内容掌握程度的必要手段之一。考虑到《功能材料》课程的教学目的，我们在考核内容设置上侧重两个方面，即基础知识的考核与活学活用、运用所学知识解决实际问题的能力。在多年的教学实践中，我们建立了对基础知识考核的题库，并不断地充实完善。题型也灵活多样，包括选择题、填空题、简答题和论述题。针对知识运用的能力，将科研活动中所需要的实际问题提炼出来作为考核内容。例如，NiMnGa等哈斯勒型合金是1996年美国麻省理工学院的科学家发展的一类磁性形状记忆合金，有望克服传统形状记忆合金驱动频率低的问题，因此备受关注。但是多晶合金脆性大，严重阻碍了其实际应用。研究人员为此提出了多种手段来克服，其中之一是利用球磨等方法制备出NiMnGa合金颗粒，然后选择适当的树脂作为基体，利用复合材料的制备方法获得颗粒增强的复合材料。我们将这一内容添加到考核内容中，要求学生针对NiMnGa多晶合金脆性大的问题，利用材料复合的基本理论提出改善合金脆性的方法。上述两个方面在分值上的比例维持在7：3左右，实践表明，考核效果良好。成绩达到优秀的同学在之后的学位论文工作中也均取得了不错的成绩，在毕业前均能发表多篇高水平的学术论文。

三、结束语

当今高新技术的迅猛发展与传统材料产业的结构升级对《功能材料》课程教学提出了新的要求，在此背景下，根据课程特点，通过精选教学内容并将最新的研究进展融入课堂教学，优化教学方法，建立完善的课程考核内容，可以有效地提高教学质量。

［参考文献］

［1］贡长生.新型功能材料［M］.北京：化学工业大学出版社,2001.

［2］瓦利耶夫,亚力克山卓夫著.林柏年译［M］.北京:科学出版社,2006.

［4］刘珍芳.交互式教学研究评述［J］.远程教育杂志，2009（17）：49.

［责任编辑：钟岚］