基于材料科学基础的教学优化

潘海成

摘 要： 材料科学基础是材料领域的基础理论课程。为了深入阐述材料科学的基本现象、基本概念、变化规律和处理方法，从明确课程学习目的、选择针对性教学内容、优化教学方法和理论联系实际等方面进行教学改革和优化，整体上提高教学质量和专业素养，培养出基础理论扎实、实践能力强、创新能力高的应用型技术人才。

关键词： 材料科学基础 教学优化 教学质量 实践能力培养

材料科学基础作为材料科学与工程专业中一门基础性的理论课程[1]，系统而全面地阐述了材料的基本理论，包括材料的微观结构与缺陷、材料的凝固与塑性变形、材料的组织与状态等方面[2]。考虑到应用型技术人才的培养目标，结合其他非金属材料和复合材料等系统理论，阐述材料的共性与个性。在此全面深厚的专业公共知识的基础上，着重说明金属材料的基本理论，诸如与其相关的基本现象、概念、规律和基本方法。通过明确课程学习的目的、选择针对性的教学内容、改革和优化教学方法及理论联系生产实际等多个方面，对材料科学基础课程进行改革与优化，提高教学质量，充分发挥理论基础课的指导性作用。

1.明确课程学习目的

材料科学基础课程教学为材料加工成型、材料测试等后续课程提供专业理论基础。明确本课程学习目的，打下扎实的专业理论基础，将对本课程及其他相关专业课程的学习效果产生积极的促进作用。

教学效率直接影响课程教学效果。在强调课程重要性的基础上，还应该增强课程教学的生动性与丰富性，提高学生深入学习研究的主动性与积极性，促进学生专业素养与认知情趣的有益结合，从而发挥学习热情与主观能动性，提高课程教学效率。

2.选择针对性的教学内容

材料科学基础通过研究材料成分、结构、组织与性能之间的内在联系和相互变化的规律，为材料科学与工程领域提供相应的理论基础与生产实际指导，因此，本课程教学围绕材料四要素这条主线展开。面对材料领域的广泛应用和繁杂的概念理论，有针对性地选择教材和教学内容显得尤为重要。根据专业特点教学分清主次，教学内容有所侧重。例如专业是金属材料科学方向，教学中应该着重介绍金属学部分，比较深入地介绍金属材料的晶体结构[3]、凝固结晶、塑性变形等方面的知识。通过查阅资料并结合本专业人才培养目标，精心选择教材，满足了本专业应用型技术人才的培养需要。

科技发展与材料理论更新相辅相成，在基础理论框架中，应加强学科前沿知识[4]的引入。新材料的研究、新工艺的发展等教学内容的引入，不但能保持理论的科学性，而且能极大地丰富教学内容。例如纳米材料、3D打印技术等前沿科技的发展与应用，可以让学生逐步了解专业领域的最新进展，更能激发学生求知探索的兴趣，寓学于乐，提高教学质量和专业素养。

3.优化教学方法

材料科学基础课程内容繁多，理论性强，学习内容包括基本概念的记忆、基础理论的理解、基本工艺方法及其应用等各个方面，教学工作有一定的难度。通过优化教学方法，建立逐层递进的专业知识体系，由浅入深、形象生动地叙述概念理论，培养学生积极探索和实践应用的能力，取得令人满意的教学效果。

3.1构筑逐层递进的知识体系

课程教学内容围绕材料、结构、组织与性能之间的相互关系及变化规律这条主线展开。在教学过程中构筑以材料成分归属（金属或非金属）为起点的基本框架，介绍其由来、特点、性能等背景知识，将学生带入到专业领域的视野中。有意识地结合实物（如手机或笔记本外壳等）引导学生注意和思考诸如产品是什么材料的、有什么特性等问题，慢慢培养专业思维和素养。

不同种类（或者种类相同但成分不同）的材料具有不同的结构，还能形成不同的组织，使得材料性能大不相同。讨论材料的特性需要逐层递进地研究和分析从理论条件下材料的晶体结构到实际条件下材料的结构和组织变化，再结合生产加工条件，一步步研究其性能的变化规律。在这个知识架构中，既要培养学生逐层理解剖析的能力，又要强调各层知识的关联性，使其思考问题较为全面而又深刻。

3.2生动地叙述概念理论

作为一门专业基础课，繁杂抽象的概念理论成为教学工作中的一个难点。因此，在教学过程中要避免平铺直叙，多用图文结合、多媒体演示、视频录像等手段，形象而生动地讲解基本概念理论，强化教学效果。

在教学内容中，晶体结构部分知识抽象，可以通过书写板书写下概念加深学生的记忆，绘制模型示意图帮助学生理解结构，采用多媒体动画演示形象展示晶体结构及缺陷，让学生深刻记忆和理解这些内容。在合金相图中的曲线和组织变化中的金相组织照片都能帮助学生建立微观结构的立体描述[5]，并形象地理解材料结构和组织状态的改变，总结性能的变化规律。

形象生动的教学方法使学生克服学习障碍，激发学习兴趣，引导学生主动发现问题，积极思考，让教与学都变成一件有意义的事。

4.理论联系实际

材料科学基础课程教学内容很大一部分来自生产实际的规律总结及试验现象整理和数据分析，实践性强。抽象的理论教学离不开实际，可以从实物产品的材料、外观和特性入手，结合生产工艺过程的图片或视频录像，让学生慢慢熟悉各类加工工艺、热处理工艺和表面处理工艺，引导学生将基本理论知识理解运用到生产实践中。在总结生产规律的基础上进行试验分析（如研究状态、温度等现象变化，强度、硬度等变化曲线，以及金相试验观察到的组织转变照片等），从宏观到微观充分反映材料四要素的基础理论及内在联系。在教学过程中可以设立开放式课堂，分组讨论试验现象，让学生测量性能数据并绘制表格曲线，要求学生认真完成金相试样制备并进行金相组织观察和记录。结合理论基础进行分析和总结，完成试验报告。强调实验教学的重要性，将其作为成绩考核的重要方面，强化教学效果。

科技在不断进步，新材料、新工艺不断涌现，生产设备和工艺不断改进更新，科学发展需要理论指导实践和应用创新发展。教学过程中联系实际，插入先进制造设备的图片和先进生产工艺的视频录像，多与学生探讨前沿科学的热点问题。比如可以让学生分组完成拟定题目的资料搜集整理并按组作报告完成工作介绍，还可以在此基础上设计研究性课题或实践创新项目，要求学生自由查阅资料和设计方案，整理分析后完成设计，纳入成绩评定或者奖励考核。这样不仅可以调动学生了解专业动向的积极性，学习更加认真，还可以开阔学生的视野，提高学生的应用和创新能力。

5.结语

材料科学基础课程内容丰富，专业性强，需要耐心记忆和理解材料的基本概念理论，认真分析总结材料的组织转变与性能变化规律。材料科学理论不断丰富，应用不断深入，需要积极关注前沿科技，不断补充和完善基础理论知识。因此，材料科学基础课程改革是一项长期而艰巨的工程，必须不断改革优化，与时俱进，勇于实践，在理论和实践教学效果上不断获得突破。只有这样才能达到培养理论基础扎实、实践能力强和创新能力高的应用型技术人才的培养目的。

参考文献：

[1]胡庚祥，蔡珣，戎咏华.材料科学基础，第2版[M].上海：上海交通大学出版社，2000：8-10.

[2]石德珂.材料科学基础，第2版[M].北京：机械工业出版社，2007：7-10.

[3]崔忠圻，覃耀春.金属学与热处理，第2版[M].北京：机械工业出版社，2007：4-13.

[4]孙青竹，王海波.材料科学基础课程教学改革与实践[J].中国冶金教育，2012，05：21-23.

[5]王晴，冉坤，贾竟航，等.材料科学基础课程教学改革的探索与实践[J].沈阳建筑大学学报（社会科学版），2012，02：214-217.