《材料科学基础》课程教学如何提高教学效果

黄润　吴青璇

【摘 要】《材料科学基础》是材料科学与工程一级学科的基础课，是材料类专业学生的必修核心课程。提高该课程教学质量对学生设计和开发新材料及运用材料学基本原理分析材料加工、制备过程的影响因素有着十分重要的作用，笔者结合自己一年来带课的心得和体会，对提高该课程的教学效果提出了自己的一些想法。

【关键词】材料科学基础；核心课程；教学质量；教学效果

材料是社会文明和科技进步的物质基础和先导，材料科学和能源科学、信息科学一起被列为现代科学技术的三大支柱，其发展水平更是成为一个国家综合国力的主要目标之一[1]。为了培养更多材料领域的人才，国内自20世纪70年代开始，在不同高校设置材料科学与工程一级学科并相应的开设了一系列材料相关的专业课程，而在这些课程中《材料科学基础》的地位可以谓之为重中之重，它立足于阐明材料制备、组成、组织结构与性能之间关系的基本规律，训练学生材料设计、材料性能和产品质量控制、材料开发与检测的基本能力，在公共基础课和专业课程之间起着纽带的作用，对构建材料科学与工程学科人才整体能力结构、知识结构及素质结构具有奠基性的作用[2-3]。

具体到笔者所在的安徽理工大学材料科学与工程学院无机非金属材料工程专业，《材料科学基础》在学生大二学年下学期开放，是学生最先学习的一门专业课程，它既是学生学习后续各门专业课程的保障，也是学生以后从事材料相关生产和科学研究所必备的理论基础，因而保证该门课程的教学质量意义非常重大。然而，就笔者备、授课的经历来看，该课程具有术语概念多、涉及知识面广及抽象枯燥等特点，学生在学习过程中不易抓住重点，且学习难度大，学生不易产生足够的学习兴趣，针对上述问题，结合本院的具体情况，笔者提出提高该课程教学效果的几点想法。

1 重视基础，注重术语解读

针对无机非金属材料工程专业的特点，笔者目前所使用的教材为武汉理工大学出版社出版，由张联盟、黄学辉、宋晓岚主编的《材料科学基础》。该教材能较全面的覆盖一级学科的基本内容，既阐述了金属、无机非金属、高分子等典型材料结构上的共性，又突出了无机非金属材料的个性；既描述了熱力学平衡状态下的问题，又兼顾了非平衡条件下的材料结构的形成过程；既以材料制备、加工过程中的科学原理及共性规律为主，又兼顾了材料服役中的环境行为效应，做到了将科学与工程融为一体。但在教学时，笔者发现学生在自己研读教材时会感觉到生涩难懂，究其原因是由于很多涉及到材料类的专业术语教材没有详细的介绍，而这些专业术语是学习材料科学的基础，一旦一知半解、含混不清就会影响到对相关整个知识点的掌握，而一个个小知识点的理解不清最终导致学生对整门课程的掌握不到位，失去对课程的学习兴趣。例如在学习第二章的晶体结构时，学生对晶面及晶界的概念理解不清，为此笔者做了很生动的动画来解释，单晶材料是由一个晶粒生长而成的，因而它只具有一圈大大的晶界，同时它的（hkl）晶面是唯一的平行族；而多晶材料是由多个晶粒生长而成的，因而它的晶界包括各个小晶粒一圈圈的界，同时每一个晶粒由于生长取向不同具有自己的（hkl）晶面，因而多晶材料的（hkl）晶面是多个相互交叉的平面。结合笔者的绘图，学生很快对这些基本概念有了很深的理解和认识，因而在学习后续的结晶学指数、晶向与晶面关系等结晶学基本内容时非常顺利，收到了不错的教学效果。

2 突出重点，注重理论体系融会贯通

《材料科学基础》这门课程内容繁多，在本院有限的72个学时里对每个章节均仔细讲解，做到面面俱到是一项不可能完成的任务。因而，需要对知识点进行梳理，在有限的时间里突出重点，同时将知识点串联起来，让整个理论体系融为一体，这样学生在学习完课程后也会倍感轻松，受益匪浅。例如在学习晶体结构时，考虑到金属结构模型主要为等径球体堆积模型，而无机非金属材料的晶体结构主要为不等径球体堆积模型，两者的知识点是相通的。因而在讲述时，笔者着重以金属结构模型为例进行动画展示，从立体结构的各个方向讲述，如何堆垛，并结合制作的球棍模型让学生充分理解最密排堆积及配位数这些基础概念，学生对金属堆垛有了全面、深刻的认识后，自己主动对教材上关于无机化合物的晶体结构进行理解，在提问时发现学生对AX、AX2、A2X3的空间结构均有着较正确的认识，抓住了重点，很多知识的传授就变得容易了很多。另外，理论体系的融会贯通对该课程的学习也大有裨益，在学习鲍林规则时，笔者要求学生认真掌握鲍林第二及第四规则，运用第二规则去判定离子化合物的可靠性，运用第四规则去检验硅酸盐晶体岛群结构的稳定性，加深了学生对硅酸盐晶体结构的认识，促进了学生对硅酸盐晶体具有的结晶、解离及介电性能差异的理解。

3 拓宽专业，加强前沿成果介绍

由于我院无机非金属材料工程专业的学生毕业后不仅是进入各种传统建材（包括玻璃、水泥、陶瓷、耐火材料）企业工作，近几年的签约情况看相当部分的学生最终会从事纳米、新材料开发等领域的工作。拓宽专业，在教学中适度的把目前社会上较前沿和热点的知识引入课堂教学，并对传统材料科学基础教学内容进行适当的知识延伸和拓展，这不仅让学生强烈地感受到科学发展的脉搏和动力，有效的拓宽学生的知识结构，开阔学生的视野，而且也给课堂教学增添了活力[4]。例如在讲授共价键晶体结合时，笔者通过查阅最新发表的相关文献，介绍了目前碳纳米管和石墨烯的一些最新研究进展，结果学生在课堂上自发的展开了针对石墨烯结构与性能的讨论，表现出对新材料探索的强烈欲望。事实表明，在教学中加强前沿成果的介绍能够激发学生的学习兴趣，大大提高《材料科学基础》课程的教学效果。

【参考文献】

[1]代凯.大学本科材料科学基础课程教改初探[J].牡丹江师范学院学报（自然科学版），2011（1）：66-68.

[2]潘建梅，唐丽永，乔冠军.材料科学基础课程教学改革的探索与实践[J].广州化工，2016，44（3）：148-149.

[3]刘冠辰，耿树东，陈连发，王巍，于晓波，王辰，张钰.初探材料化学专业材料科学基础课程的教学改革[J].吉林化工学院学报，2015，32（10）：42-44.

[4]张春艳.“材料科学基础”课程建设探索与实践[J].山东化工，2015，44（23）：104-105.

[责任编辑：田吉捷]