新形势下“材料物理”课程中多元化教学模式的实践与思考

焦艳清

摘 要：针对目前部分大学生学习态度散漫、学习目标模糊、学习动力不足等学习问题，根据“材料物理”课程的性质和特点，结合授课教师多年来学习和教育工作经验，笔者尝试了在教学中构建多元化的教学模式，采用以课题驱动、学研结合为主的教学方法，适当地引入与理论知识相关的科学名人典故、生活实例以及前沿的科研成果，开展翻转课堂教学模式，以激发学生的学习兴趣，引领学生自主合作探究学习，促进学生创新性思维的形成。

关键词：材料化学专业 材料物理 教学模式 科学研究

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）03（a）-0181-02

材料化学专业是材料科学与现代化学等多门学科相互交叉、渗透发展形成的具有强大活力的新兴交叉学科，是运用材料化学的基本理论和方法研究材料的制备、组成、结构、性质及应用的学科。在国民经济发展和科学前沿领域中都起着不可替代的重要作用。材料物理是材料化学专业一门重要的专业基础课，是学生在修完“大学物理”、“无机化学”、“有机化学”、“物理化学”、“材料化学”、“材料合成化学”等有关课程后，开设的一门起承前启后作用的专业基础课，具有很强的理论性和实践性[1]。目的主要是让材料化学专业的学生了解利用物理学的方法处理材料科学中问题。学会从物理学的一些基本概念、基本原理、基本定律出发，说明材料的微观结构、组织形貌、原子电子运动状态及它们与材料性能和成分之间的关系。该课程要求理解材料的力学、热学、电学、磁学、光学、声学以及材料的功能转换等内容。通过该课程的学习能深刻理解材料的各种性能及主要影响因素，并能在材料研究中建立相应的物理模型，阐述材料结构、性能和它们在各种外界条件下发生的变化及其变化规律。该课程的教学效果对学生在“金工实习”、“生产实习”、“毕业论文设计”等后续相关专业课程的学习具有较深远的影响。该课程最大的特点是涉及的知识面广、信息量大、应用性强，涉及的理论知识比较抽象，因此给教师的教学和学生的学习都带来了一定的挑战。而新形势下，培养高质量的创新型人才是当前我国高等教育最为重要的历史责任。然而，传统教学中的“填鸭式”等问题，不利于学生创新性思维的开发。因此，教学方法的改革迫在眉睫。

教学过程是通过教师的教与学生的学相互有效地互动配合实现的，因此教学方法在教学活动中起到关键的作用。在《材料物理》的教学过程中，关注学生能力的培养，摒弃传统“填鸭式”灌输的教学方法，采用多元化立体的教学模式，调动学习积极性，启发学生自主思考，以问题为导向开展学习活动，培养学生的自主学习能力、创新意思和科学思维方式。

1 优化多媒体辅助教学，激发学生的学习兴趣

材料物理课程具有学科知识面宽、概念抽象、公式复杂、理论性强并且难于理解等特点，而传统的板书式教学手段由于其单调、枯燥、抽象等缺点，导致学生出现厌学甚至弃学等消极情绪，大大地降低了教學效果。而多媒体辅助教学是集图、文、像、色、声为一体的现代教育技术，可使抽象复杂难以理解的理论知识，以直观生动地形式表现出来，增强了课堂教学的趣味性，激发了学生的学习热枕，使得学生自主地学习知识，提高了教学效果。针对较为抽象易混淆的概念，可以采用动画模拟的方式帮助学生构建知识框架，加深理解。比如，晶体塑性形变的两种基本形式是滑移和孪晶，很难用学生的既往知识经验来理解和区分，因此，采用动画模拟演示和同步解说功能的微视频讲解，直观地体现出两者的差别，充分调动学生的空间想象力，营造体验式教学情境，瓦解传统教学的时空障碍，帮助学生加深理解，在脑海中留下画面。例如，吸声材料中关于焦点这部分知识时，导入北京天坛公园的回音壁和三音石等图片和视频，一方面加深学生对基础理论知识的理解，另一方面可以对学生进行人文教育，了解中国古人的聪明才智，并关注非物质文化遗产的保护等社会热点问题。值得注意的是，多媒体教学并不是时时处处都适合的教学手段，针对一些公式的推导，例题以及课后习题的讲解过程，需要结合传统教学模式，循序渐进的分析讲解，给予学生充足的时间去思考、理解和解决相关问题。

2 引入课题式教学方法，调动学生的学习主动性

“材料物理”课程知识内容较为抽象，内容繁杂，以教师为主的教学模式开展教学，较难调动学生学习的积极性，常常达不到理想的教学效果，而作为一门理论与实际应用结合较紧密的专业基础课，利用课堂上学习的理论知识解决实际应用问题，不但可以激发学生的学习动力，还可以锻炼学生应用知识处理问题的思维方式和自主探究能力。课题式教学方法属于构建性的教学，是一种崭新的启发式教学模式。课题式教学方法是指在学生具备一定知识储备后，在导师的指导下，选择和确定专题进行科学研究，在这个过程中，学生主动地搜集文献、获取知识、分析问题、解决问题。这种教学方法可以迎合当今社会对高素质、全方面、具有创造力的应用型人才的培养要求。课题式教学注重问题导向，有助于提高学生思维水平，获取实用方法。

因此，在传统教学模式的基础上，采用探究性的课题式教学模式，以课题为载体、问题为导向、学生为主体、教师为引导，注重学研结合和思维训练，有助于学生开展体验式的学习模式，在自主思考、小组合作的过程中，学习知识，培养思维方式，发展与人协作的精神，锻炼科学研究的素养，最终在知识与技能、情感与价值观等方面得到全面的培养锻炼。结合材料物理的内容特点，课题可以分为材料的力学、材料的热学、材料的电学、材料的磁性、材料的光学、材料的声学六大类，设置课题，如集成电路用基片材料、LED发光显示材料的发展、高温超导材料的应用、单分子磁体的研究现状、光纤通讯材料的发展、航天航空复合材料的选取、生物材料、储能材料的研究现状、太阳能电池的发展等。由学生自由选择合作学习小组，学习小组内部确定个人分工，开展对该领域的研究背景与研究意思、当前难以突破的技术瓶颈以及研究热点的文献调研。在此过程中，学生通过个人搜集材料、小组讨论的方式，一方面锻炼了学生获取知识、提取和选择有关知识的能力，另一方面小组内部的协调讨论，有助于培养学生的团队意识。最终可以选择通过撰写专题文献调研报告、小组讨论与答辩、开展相关专题的大学生创新性实验等方式，引导学生自主地参加学习活动，让学生能够体验到思考问题，独立解决问题的快感和成就感，体会科学研究的过程和思维方式。另一方面，还可以引导学生参加科研项目，整体提升学生创新能力和动手能力。在课题式教学活动的过程中，可以潜移默化地培养学生的批判性、创造性思维、团体意识以及科学探索精神，完成传统教学达不到的教学效果。

3 开展学生讲授，集中讨论的模拟教学模式，全方位培养学生的综合素质

传统的教学模式中，主要是老师在讲台上讲，学生相对比较被动地听，由于课程内容比较深奥和抽象，很多学生在课堂上较难跟上老师的思路和节奏，因而出现精力不集中、頭脑僵化、困倦等问题，由此恶性循环，最终丧失学习的兴趣和动力，导致教学效果降低。古人云：师者，传道授业解惑也。授人以鱼不如授人以渔。而教师除了完成传道受业的责任外，还要激发出学生的学习潜能，要教会学生处理问题解决问题的策略和能力。因此，开发以学生为主体的教学模式，为学生提供更多的自主学习的时间和空间，改变学生被动的学习方式，从而达到事半功倍的效果。针对有些能引起学生兴趣的内容，采取模拟教学模式，由学生讲授、课堂讨论的方式实现对知识的接受与消化吸收，在此过程中，一方面学生会积极主动地去预习、搜集材料、分析知识内容的逻辑性与连贯性，在过程中，学生需要去了解知识的来龙去脉，可以引导学生去搜集一些材料科学名人的科研事迹，去学习前辈们发现问题解决问题的科学思维，为学生们提供一些生活中的应用实例，让学生在学习知识内容的同时，加深对基本概念的理解，体会知识的重要性和实用性。另一方面，在进行角色互换的同时，可以锻炼学生的表达能力，组织语言的能力，去理解学习的过程，了解教师备课、授课的整个过程，感受教师在其中的努力，培养学生体恤和尊重他人的品质，达到情感与价值观的教育目的。比如，可以让学生去了解中国科技大学谢毅院士关于热释电材料方面的工作，介绍中科院长春应用化学研究所张洪杰院士在高性能稀土发光材料的研究工作，北京大学高松院士在高密度磁存储材料等方面的研究等，这样不但拉近了学生与科研世界的距离，让学生们了解当前科研的前沿方向和课题，去理解所学知识的必要性，增强学习的动力和兴趣。

4 结语

随着时代的变迁和科技的进步，新形势下社会对大学生的要求也发生了改变，因此要求作为教师也要不断地去学习和摸索适合现阶段学生的教学模式。不摒弃传统教学方法，也要不断地思考与改革，去融合新的教育理念，运用和构建多元化的教学模式，激发学生自主学习的潜能，训练学生的逻辑思维能力，增强学生的综合素质，培养学生的创新精神和实践精神。总之，教学是要以人为本，坚持学生为主体，尝试多元化的教学模式，调动学生的学习兴趣和积极性，使学生学会思考问题的方式，成为一个不仅具有扎实理论基础知识、并且具有独立思考和处理问题能力的创新型人才。

参考文献

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[2] 鄢波，马洪锋.材料物理课程教学方法的思考与探究[J].中国科教创新导刊，2013（16）：74-77.

[3] 田春贵.奠定基础知识走近学科前沿——黑龙江大学材料合成化学课程的思考与探索[J].科技创新导报，2014 （18）：221.

[4] 耿桂宏，马金福，房国丽.《材料物理与性能学》课程内容模块化构建与教学实践[J].科技信息，2012（25）：22-23.