《无机材料物理性能》教学方法与实践模式初探

陈超　江向平　赵戈　涂娜　舒凯征　肖卓豪

摘 要：《无机材料物理性能》作为一门材料专业的基础课程，具有理论与逻辑性强、内容涵盖面广、概念抽象等特点，因而教学难度较大。本文以激发学生学习兴趣与调动学习自主性为出发点，从教学方式多样化、实践模式多元化、完善考核机制等教学环节着手，探索提升教学质量与教学效果的有效途径，为社会培养“厚基础、宽口径、实践能力强”的综合性素质人才。

关键词：无机材料物理性能；教学方法；实践模式；考核机制；人才培养

一、引言

《无机材料物理性能》是景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院针对材料物理专业本科生开设的一门专业基础课，所选用的教材是由关振铎、张中太、焦金生编著，清华大学出版社出版的《无机材料物理性能》第2版，课程的主要内容是无机材料（包括陶瓷、玻璃、单晶、耐火材料等）的各种物理性能。研究的性能包括无机材料的受力变形与力学性能、脆性断裂与强度，以及热学、光学、电导、介电、压电和磁学等性能，这些均是无机材料应用在各个领域所应具备的物理性能[1]。另外，课程中还安排了较多的实验内容，如验证性能参数、掌握基本检验与测试技术等。对于刚步入专业课程的学生而言，学习这门理论深、概念抽象、逻辑性强、内容面广的课程，容易产生学习兴趣不浓、积极性不高等负面情绪[2]。为提高课程教学质量与教学效率，充分调动学生的主动性与学习兴趣，探索新型的课程教学方式与实践模式势在必行。

二、教学方法多样化

针对《无机材料物理性能》的课程特点，以激发学生的学习兴趣、提升学生的学习自主性为出发点，倡导教师尝试教学方式的研究与改革，不断更新课程知识内容、改进教学手段，积极开展启发演示型、互动式课堂、网络式微课等教学模式的探索，为学生建立良好的自主学习条件和氛围。

（一）启发演示型教学

《无机材料物理性能》课程知识体系覆盖面广、逻辑性强、相关概念及公式推导繁多，课程主要阐述无机材料物理性能的基本理论以及材料组成、制备工艺与微观结构等对性能的影响规律。仅采用传统的“黑板+粉笔”的教学手段很可能会因为内容的枯燥和抽象而无法调动学生的学习兴趣[3]，将不利于提高学生对课程知识的理解、掌握及其运用。相比于板书等传统教学方式，多媒体教学可利用逼真的动画演示直观的将微观或抽象情景呈现，从而能极大的激发学生学习的自觉性和主动性[4]。但多媒体教学方式同样存在如授课连续性不强，前后知识点呼应难等缺点。如果将“黑板+粉笔”的教学手段与多媒体的应用相结合将能很好的弥补两者的不足，使学生的目光与注意力始终聚焦到授课内容上，从而有效提高教学效果。

例如在讲解无机材料的透光性时，可给学生演示光通过介质发生反射、吸收以及散射的动画，并结合一些典型的例子来讲解，如利用光的散射来解释灰霾天气或大雾天气的能见度不高，让学生能结合多媒体演示和现实例子来加深对相关知识的理解和掌握。另外，教师在利用幻灯片授课的同时，还需要将重要公式的计算推导或相关知识要点在黑板上一条条梳理出来，以帮助学生进一步加深对课程内容的理解。可以说，多媒体的引入为教师的授课提供了一个强而有力的工具，但在设计多媒体教程时，需要注意的是正确处理多媒体教学、板书与语言表达之间的关系，使三者有机结合从而达到提高教学效率和教学质量的目的。

（二）互动式课堂教学

课堂教学是教与学的统一，必须使学生的学习方式和教师的教学方式在教学过程中达到最佳结合，但仅凭授课教师的单向教学过程将很难实现这一目标，还必须以学生为主要对象，充分调动学生学习的积极性，通过多样的课堂教学方式使学生自觉参与到学的过程中，从而保证教师和学生的主动性和积极性都能得到充分的体现[5，6]。

与单纯的教师授课相比，采用学生讲授、课堂讨论的方式将更有利于学生对知识的理解与掌握。留有部分课堂时间用于学生讲授，在每章内容讲解过程中，设计一个“小课题”，要求学生结合本章节的相关概念和基本理论，以各章节知识点为主线查阅文献资料。从选择/设计材料、材料制备工艺以及改善材料性能途径等方面来讲解，并鼓励学生与学生、学生与老师之间的互动交流，以达到充分调动学生的积极性和营造良好学习氛围的目的。例如，关于无机材料的热传导内容，以“如何设计一个保温水杯”为题目，让学生通过查阅文献资料来挖掘知识在我们生活中的应用，并以幻灯片或纸质报告等形式在课堂上进行讲解，通过比较学生不同的设计思路，可以很容易得出保温效果的好坏关键在于调控材料的热导率，再通过分析影响热导率的不同因素来对相关知识点进行深入讲解，相信在此种授课方式下学生对课程内容的学习将产生更浓厚的兴趣，从而更好的实现对知识的吸收与消化。

（三）网络式微课教学

微课是一种新型微型网络教学方式[7]，不同于课堂教学，它具有不受空间、时间的局限性，学生可以在课后根据自身的需求来选择相应章节或知识点进行复习和巩固。仅仅依靠短短几十个学时的上课时间，学生很难完全掌握《无机材料物理性能》课程的全部内容，而通过网络微课的形式可以让学生以自学的方式有针对性的学习课程中的难点和重点，从而加深对知识点的理解和掌握，以期达到巩固课堂教学的效果。

无机材料物理性能微课是将这门课程各章节的知识点通过网络表现出来。为了能更好的体现出“无机材料物理性能微课”的特别之处，需要精心设计微课的题材和内容，注意与课堂教学内容的区别与联系。之所以选择“微视频”作为无机材料物理性能微课的重要载体，是因为视频（如多媒体动画或其他媒体资源）具有生动、直观、形象等特点，它能够将学生的注意力迅速转移到课程学习中，结合形象的教学视频将课堂教学的知识点逐一回顾并加深。在讲解一些理论上非常抽象的知识点时例如本征电导和非本征电导时，采用这些微视频手段将更容易帮助学生消化与理解，达到事半功倍的效果。

三、实践模式多元化

实践教学对于培养学生的实践动手能力、创新能力以及团队协作能力具有至关重要的作用，故其在大学本科教学体系的重视度愈来愈显著。一直以来，高等院校所开设的基础课程仍然是以理论课程为主，而实践教学所占的比重相对较小，这一现象对材料专业的学生尤为明显，较弱的实践动手能力将直接影响其在未来工作岗位上的表现[4]。而《无机材料物理性能》课程中存在大量的基本概念与理论公式推导，并从理论上阐述材料物理性能的影响因素，如果学生仅靠课堂上单纯的理论学习，势必会让学生觉得枯燥乏味，无法进一步激发学生运用课程理论知识的兴趣。因此，依托于各类实验、科研项目、创新训练平台增设实践教学环节，对于学生更深入地了解物理性能的机理和增强学生运用知识解决问题的能力是十分必要的。

（一）基于专业综合实验的实践教学

与传统实验教学实验内容中多验证性实验相比，无机材料专业综合性实验是通过让学生完成从材料制备到检测分析的整个过程，使学生更好的熟悉和掌握基础知识，在了解专业研究对象与研究方法的同时加深对专业理论知识理解，达到实践与理论相结合的目的。

在综合性实验过程中，学生运用课程中学到的基础知识去设计指导实验，并结合理论知识进行实验结果的分析与总结，构成实验与理论学习相互促进的良性循环。例如以《无机材料物理性能》课程中无机材料的介电性能章节为对象，设计“钛酸钡功能陶瓷的制备及其电性能表征”综合性实验，学生采用不同的成型方法和烧结制度来制备不同致密度的钛酸钡陶瓷，并通过对所制备钛酸钡陶瓷的介电性能测定，加深对相关知识概念如介电常数、介电损耗的理解与掌握；通过对钛酸钡陶瓷进行结构表征（如扫描电镜、x射线衍射）来分析比较不同显微结构对陶瓷介电性能的影响，思考并掌握调控陶瓷物理性能的方法途径，达到培养学生实践动手与研究分析问题的综合能力。

（二）基于科研创新的实践教学

教学与科研是一个具有内在联系不可分割的统一体，它们之间是相互促进，彼此依赖的关系。大多数《无机材料物理性能》课程的授课教师均是各类科技项目的负责人或主要参与成员，如果能将教师的科研工作很好的融入到教学中，势必会形成两者相互促进的良性循环[2]。一方面，从事科研工作有助于教师及时将最前沿的学术成果不断充实到教学课堂中，确保知识结构的更新和教材内容的补充。另一方面，教师可吸收来自相关科研领域中最新、最丰富的科学知识，有利于其开阔教学思路，教学更易做到深入浅出，有助于学生对知识的理解，激发学生的学习兴趣， 进而更好地引导学生进行课程学习。

依托学院各专业的科研项目，结合无机材料课程中的理论知识，组织部分学有余力的学生在课程开始之前或学习过程中加入各科研团队。在教师或团队成员的指导下开展相关课题的科学研究，通过参与材料的制备以及了解材料的实际应用，让本专业学生发自内心的感觉到学有所得、学有所用，从而极大的激发学生学习专业知识的渴望。不仅如此，参加科学研究还能使学生逐步养成科学研究所必备的严谨求实、勇于探索的科学态度，掌握基本的科学研究方法。如“稀土掺杂钛酸铋钠基无铅压电陶瓷的上转换发光及其压电耦合研究”科研项目，其中涉及到《无机材料物理性能》中的电学与光学部分的课程内容。学生可以通过参与科研项目更好的理解并掌握基础理论以及思考如何运用相关知识，在激发学生创新意识的同时不断提高他们的实际动手能力和分析解决问题的能力。

四、完善课程考核机制

如何评估教师的教学质量与学生的学习水平，课程考核环节具有至关重要的作用。它应最大限度的反映学生的知识水平、动手能力和职业综合素质，并且在教师、学生和教学模式三者之间起到积极的反馈与促进作用。目前，《无机材料物理性能》的考核方式仍以单一的理论考试为主，不利于学生综合素质的评价。考虑到教学方式的多样化，考核也应采用与之相对应的考核评价办法。对于课程考核可以采取“理论+实践”的方式，将“单一死板”的考核方式变为“多样灵活”，从而更加全面的评估学生对课程知识的掌握与运用水平，反映实际的教学水平和教学成果。

（一）理论考核

对于课程理论部分考核，考核方式可采用“期末考试+平时成绩”的成绩评定方式。其中，期末考试主要内容为理论知识，着重考查学生对基本概念与基础理论的理解与掌握；平时成绩评定主要包括上课出勤率、课堂提问回答情况、课堂报告情况、课后作业完成情况等方面。

（二）实践考核

实践考核着重考查学生的实践能力及科研创新能力，实践成绩由综合性实验报告、科研论文、口头答辩三部分构成，其中实验报告主要评价学生在实验过程中的操作规范程度以及对材料物理性能测试结果的理解程度，科研论文主要以考查学生从设计实验方案→实施方案→结果分析→结论整个过程所表现出来的创新精神与动手能力，而口头答辩则是学生综合素质的体现。因此，通过理论考试和实践考核相结合的方式，不仅能完善无机材料物理性能课程的反（下转第131页）