材料性能学教学内容与教学方法的改革与思考

李　晖，田中青，张春艳

(重庆理工大学材料科学与工程学院，重庆　400054)



材料性能学教学内容与教学方法的改革与思考

李晖，田中青，张春艳

(重庆理工大学材料科学与工程学院，重庆400054)

材料性能学是一门重要的专业基础课程，需要不断开展教学改革、提高教学水平。本文围绕提高教学质量、激发学习积极性，阐述了获得知识覆盖面广、结构合理、重点突出的教学内容体系的思路和方法；介绍了通过强化记忆、丰富教学案例、灵活运用多种教学方式和先进教学手段等进行教学方法改革的措施，有效的改善教学效果。

材料性能学；教学内容；教学方法

提高教学质量和教学水平是普通高等学校生存和发展的重要保证，不断深入的开展教学改革和课程建设则是实现的重要途径[1]。其中以课程为核心的教学改革包括课程内容体系的优化、更新先进的教学手段、采用灵活的教学方法以及建设师资队伍等方面，力求提高教学水平和教学效果。教学方法改革方面，不同高校根据自身的经验在不同的课程当中已经开展了很多有益的尝试，取得了较好的效果，如发现式教学法[2]、参与式教学[3]、直观教学法和兴趣教学法等[4]，但是，“教与学”依然是困扰当前教学、尤其课堂教学的重要难题。材料性能学课程是材料科学与工程专业的重要基础课程，课程具有内容广泛、覆盖的知识面多等特征，与生产实际有一定的结合，学生普遍反映课程的学习具有较大的难度。

教学方法改革是提高高校教学质量的切入点，这就要求教学方法具有普适性与多样性的双重特征,[5]依然需要教学组织者投入相当精力，根据其自身的具体情况、学生的能力等条件，探索适应具体课程的教学方法。本文结合课程组多年从事材料性能学的教学经验，介绍材料性能学的教学内容和教学方法的思考、应用和经验。

1　理论教学内容的组织

材料性能学课程的内容对于学生，具有“四多”的特征，即课程的覆盖面广、涉及的的相关学科多，课程的知识点多、内容头绪多，课程中的基础知识和原理多，除此之外，与课程相关的实验方法多。尽管从教师的角度来看，课程的难度不如材料科学基础这类课程，但是学生的反馈的结果却是这门课程比材料科学基础还难以掌握。学生感到难学的重要原因在于，课程与物理、化学、材料科学基础等抽象的课程相比，其教学内容与各种试验方法密切相关，而受条件所限，学生恰恰最缺乏丰富的实践经验，因此对于各种材料的性能特征缺少直观、感性的认识和了解，形成了只能“死记硬背”的学习方法,学习效果较差，乃至产生对材料科学与工程专业的厌烦情绪。

清晰完整的知识结构是学生认识、理解课程内容的必要条件。为此，需要将课程内容的“四多”通过合理的调整、优化、简化、梳理、归纳，优化教学内容。为此课程采取了以下措施。

知识体系的整理和细化。尽管材料的性能很多，但是不外乎材料的力学性能、物理性能、化学性能乃至一些特殊的性能和新材料的性能，因此课程内容明确分解为以上几个模块，使学生对于整体的内容有初步的认识和了解。针对不同的知识模块，根据不同行为的特点，进行进一步的细化，如力学性能模块又分解为静载力学性能、冲击性能、材料的失效(断裂、疲劳、磨损)、温度因素下(高温、低温)的力学性能，物理性能则细分为“热、电、光、磁、压电与铁电”等知识模块，基本上使学生对教学内容有了较为完整的了解。

合理安排重点内容，引导学生认识普遍共性的知识和原理。如材料的力学性能当中，从材料受载后的规律即变形→破坏为出发点，以静拉伸力学性能的知识点为重点，类似于生物学中的“实验鼠”概念，强调“典型材料”+“典型性能”观念，以低碳钢静拉伸试验现象，阐明金属材料的弹性变形、屈服、塑性变形及应变强化、缩颈的现象及其本质，从中结合材料科学基础等课程中内容，引导学生思考材料力学行为的共性原理。在掌握静拉伸内容的基础上，引导学生学习其他应力状态(压缩、弯曲、扭转等)的相关内容。

梳理清晰的知识主线，便于学生快速理解教学内容的脉络，形成良好的认知习惯。通过对教学内容的整理，对各个知识点形成“现象(案例)→特征→分类→机制→性能指标→主要影响因素→应用”教学主线，通过“典型材料”力学性能知识的讲解引导学生根据以上模式思考其他材料的教学主线和主要性能特征，如材料的热学性能中，就热容、热膨胀、热传导的内容按照这一方法进行教学，普遍反映能很快的抓住知识点的重点。

丰富教学案例、简化理论推导。工科教学中采用生动的案例和实例进行教学远远胜于仅仅反复强调抽象的理论知识，因此在教学内容组织中教师需要查阅、搜集与知识点密切相关的工程实例。结合案例中的现象切入教学内容能够很好的抓住“眼球”，活跃教学气氛、提高学生的兴趣；同时根据教学要求，将其中的一些理论、公式推导和介绍进行简化处理，从而更进一步突出教学重点，如解理断裂的内容中，断裂机制的柯垂尔的位错反应理论和甄纳-斯特罗的塞积理论需要具备较好的位错理论水平，因此我们对这一部分仅做定性的介绍，重点内容在于宏、微观断口特征的观察和分析，便于学生更好的掌握和理解。材料的物理性能内容中，教材中的案例少、数学模型的推导多，在有限的教学时间中通过简化理论推导，充实应用案例，删繁就简突出重点，极大的提高了学生的学习积极性。

2　教学方法、方式的改进

教学方法改革的宗旨是提高教学质量,激发学生学习热情,使学生最大限度地获得知识及能力培养[6]，好的教学方法能调动学习的主动性，反之则能使课堂教学的效果大大折扣，因此探索适应课程教学的方式和方法是确保教学效果的重要手段。当前，关于教学方法的研究和改革有大量的经验可以借鉴，因此我们通过归纳、总结并结合我校课程教学的实际情况，提出“记得住、想得通”等措施以供参考。

(1)“记得住”，强化基础知识记忆，促进知识理解和掌握。培根说过“一切知识的获得都是记忆,记忆是一切智力活动的的基础”[7]，课程知识点难是因为不懂，理解了就不难，材料性能学具有工科课程的普遍特征。即描述性的材料多、抽象的概念和理论多、知识点多，同时教学中发现前后知识的联系多，比如塑性变形的基础知识不仅在第一章介绍，在后续的内容也会不断的用到，学生如果不能把前面的知识记住，则在后续的知识点中往往会出现“不知所云”的情况，因此需要在教学中强调学生对于相关内容的强化记忆。我们在教学中明确把各个知识点中需要理解、掌握的内容列举出来，通过抽查督促学生记忆，为知识的理解、掌握打下良好的基础。

(2)“想得通”，完全掌握大纲要求的知识和内容。仅仅将基本的概念和原理记住还远远不够，还需要通过以上课程教学内容的整理和优化，形成教学主线，进而采用启发式教学、讨论式教学、类比法等多种手段，引导学生对内容的理解和认识，如围绕静拉伸力学性能中低碳钢拉伸中的弹性变形、塑性变形、断裂过程，教学中类比于人的幼年、中年、老年的全寿命周期，学生感觉很生动；在塑性变形的内容，通过位错的运动和破坏，引导学生思考强化材料的机制和手段；通过对比材料学和力学中对于断裂现象的分析，引导学生思考两种观点教学内容中的体现，知识的结构清楚，道理也很浅显易懂。

(3) 精心准备丰富的案例，提高学习兴趣。抽象的理论需要直观的现象支撑，才能变得有血有肉，具体生动，课程组为此搜集整理了与教学内容密切相关的教学案例。材料的低温脆性中，列举“泰坦尼克”案例和“比利时阿尔拜特桥梁事故”的案例，材料的疲劳中列举了阿罗哈航空公司蒙皮断裂的案例，将学生带入到教学内容当中，有关材料物理性能的功能材料的例子更是数不胜数，通过案例教学加深学生对知识的进一步认识和解。

(4)采用多种方式，营造生动的课堂氛围。在讲授法教学的基础上，教学团队通过集体备课，集思广益，对各知识点进行剖析，与精选的课程案例有机的结合成一体。鼓励教师把自身丰富的科研和工程经历融入到课程当中，形成个性化教学，启发学生思维并形成良好的师生互动，讲课中既要传达科学的严谨和规范，同时不拘泥枯燥的课本，如在光学性能授课环节中，从事玻纤研究的教师将其与企业合作研究的产品带到课堂，拉近了学生与课程的关系；在断口分析中，我们将研究中的新型合金样品的拉伸断口实物和SEM观察结果展示给学生，启发学生思考教科书的内容与实物之间产生差异的原因，很好调动了课堂气氛。

(5)丰富多样的教学手段和精美的课件富有吸引力。采用多媒体教学已经成为当前的主流，具有信息量大、教学内容生动、形象、图文并茂等优点，但是这一教学手段也对教学组织提出了更高的要求。多媒体的课件中注意了以下问题，对待PPT等课件态度要端正而不是敷衍了事，要求课件设计上新颖、夺目，配色、文字、图片均需精心准备；其次课件所用的素材如照片、图片要表达准确、清晰整洁。此外，还必须能使课件“动起来”，课程在某些理论的表述中采用了大量的动画的形式，如金属的弹性变形、塑性变形、材料的热传导、热膨胀、压电与铁电性能以及耐蚀性能等通过动画演示，将枯燥、复杂的理论简单、直观化。相比于动画与静态图片，录像是更有力的教学手段，一方面注重搜集与课程内容相关的科教片素材，另一方面通过录制试验的方式，初步建立了视频资源库，极大的改善了课堂教学的效果。

3　结　语

针对材料性能学课程通过教学内容的优化和组织，形成了知识全面、结构合理、重点突出的教学内容体系；采用强化基础知识记忆、多种教学方式的综合应用、丰富的教学案例和高水平的先进教学手段，营造生动的课堂教学氛围，能有效的激发学习积极性和热情，促进教学质量的提高。此外，进一步优化师资力量，加强实践教学，采用多种多样的课外动手创新活动，能充分发挥学生的创新性和能动性，实现培养高素质专业人才的目标。

[1]王新春,肖继先,韩冰.高等教育也要重视教学方法[J].河北联合大学学报(社会科学版),2013,13(3):39-41.

[2]冯涛,王伟,恽为民.运用发现式教学方法在个人机器人上开展自动控制学科的创新教育[J].机器人技术与应用,2001(5):16-21.

[3]李臻.浅析参与式教学方法[J].科技信息,2007(9):159-160.

[4]刘金明,刘国平.“金属材料与热处理”课程体系构建及教学方法优化[J].中国电力教育,2013(14):115-116.

[5]蒋家琼,王辉,李娟.深化教学方法改革,提高高校教学质量：湖南省高等教育学会2009学术年会综述[J].大学教育科学,2010(2):39-41.

[6]喻利花.“材料近代分析方法”课程教学方法的思考[J].渤海大学学报(自然科学版),2008,29(3):27-29.

[7]殷志云.实用记忆在工科基础课教学中的运用[J].有色金属高教研究,1991(2):25-28.

Thinking and Reform of Teaching Content and Teaching Method of Material Properties

LIHui，TIANZhong-qing，ZHANGChun-yan

(Material Science and Engineering college. Chongqing University of Technology, Chongqing 400054,China)

Material Properties is one of the important basic professional courses of Material Science and Engineering, which needs to carry out teaching reform to improve teaching level. Focusing on improving the quality of teaching and stimulating learning enthusiasm, some idea and method were elaborated to construct the overall and proper knowledge structure with focal points content in this paper. In additional, some measures of teaching research and reform, such as memorizing method, case teaching, advanced teaching methods and manifold teaching method, and so on, were introduced, which made the level of teaching improved.

Materials Properties course; teaching content; teaching method

李晖(1972-)，男，副教授，主要从事金属材料及表面工程的研究与教学。

G642.0

B

1001-9677(2016)03-0181-03