《材料物理性能》课程的教学改革

郑赣鸿　戴振翔　马永青

摘要：《材料物理性能》是材料与工程专业的一门核心专业课程。针对该课程教学中的内容多且抽象的特点，我们从教学内容、教学方法与手段、实践教学等方面进行了改革。探讨了本门课程教学过程中如何调动学生学习积极性、激发学生学习兴趣、优化教学内容和教学方法，将科研成果与教学实践相结合，提高整体教学效率的可行措施。

关键词：材料物理性能；教学方法；教学实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）29-0110-02

《材料物理性能》是材料科学与工程专业的一门主要的专业基础课程，是物理理论基础与材料性能相结合为主的一门课程，旨在利用物理学理论阐述材料的性能及规律，与《高等数学》《量子力学》《固体物理》《物理化学》《材料科学基础》等课程内容交叉较多。

一、《材料物理性能》课程的内容

《材料物理性能》阐述了材料的力学、热学、光学、电学、磁学等性能的原理、性能的测定以及控制和改善性能的措施等，并且明确了材料结构与性能的关系以及各性能之间的相互制约与变化规律。

我们选用的是北京航空航天大学出版社出版的田莳主编的《材料物理性能》。本书首先介绍固体中电子能量结构和状态的三个理论即经典自由电子学说、金属的费密-索末菲电子理论、晶体能带理论的基本知识，然后，依次介绍电、介电、光、热、磁以及弹性和内耗性能。

二、《材料物理性能》课程的特点

（一）知识点多且覆盖面广

如上所述，《材料物理性能》主要讲授了电、介电、光、热、磁、弹性和内耗的基本参数的物理意义及本质；材料物理性能参数与成分、结构的关系及影响因素；材料物理性能的测量方法及其在材料科学研究中的应用。学生需要先学习一些前期的课程，比如《高等数学》《量子力学》《固体物理》，才能够学好这门课程，理顺本课程的知识体系。

（二）公式推导与计算内容乏味

公式多是《材料物理性能》课程的第二个特点，特别是弹性和内耗部分的理论知识，推导过程非常繁琐，计算量也大，因此很多教材中经常是直接给出结论的。我们在授课过程中，也不可能一一讲解，或者是给学生一点一点推导，很多的时候是以课件等形式教学，这就导致学生理解困难。

（三）与实践经验结合不够密切

《材料物理性能》中的制备过程、工艺等知识内容都是以文字的形式叙述的，缺乏直观的感受，这样学生的学习兴趣就不会很高。

基于以上问题，我们教师必须提出针对性的改革，改变现有的课堂状态，改善课堂教学，加强与学生互动，积极应对学生的反馈，注重理论联系实际，提高课堂教学效果。

三、教学改革措施及效果

（一）教学手段的改革——多媒体授课与板书相结合

因为我们的《材料物理性能》包括导电、介电、光学、热学、磁学、弹性及内耗等性能，教学内容可以说是非常多的。并且，教学内容也十分抽象，有些学生很难理解。因此，我们一方面采用文字、图表或动画等多媒体技术，将原本枯燥和抽象的物理知识形象化，使得学生易于理解和掌握；另一方面，我们将工艺和产品采用视频和实物向学生展示，使枯燥无味的教学内容变得生动形象，从而提高学生学习的热情和兴趣。当然，对于有些必要的公式我们也会进行一定的板书推导。

（二）教学内容的改革——突出重点，知识的融会贯通

对于材料专业的学生来说，学会材料的应用要比公式的理论推导更为重要，所以我们在授课过程中会适当简化繁琐的数学推导，将物理性能的概念和物理模型以及物理性能表征参数的物理意义重点突出讲。此外，也适当补充了物理性能的测试方法、测试影响因素等内容，使学生能够将理论与应用结合起来。比如，同样的一种材料，研究其力学性能时我们要对其施加拉力；研究其光（电）学性能时，我们要对其施加光（电）激励使其呈现出光学性能。其实，这些不同的物理性能只不过是同一材料在不同激励下做出的不同反应而已。但是，我们知道物质是由原子和分子构成的，分子和原子的种类及结构不但决定了不同材料的性能，还决定了不同性能之间的关系。因此，在研究材料的过程中，改善材料的一种性能，必须考虑到是否影响到其他性能，其他性能是否超出了应用的最低要求。比如，我们上面提高的力、光和电的性能。

（三）教学与实践科研相结合

传统的材料物理性能实验教学多为演示性、验证性实验，学生实践能力培养方面的实验较少。然而，材料物理性能是一门理论和实践紧密结合的课程，因此，学生的科研能力和应用能力的培养也是非常重要的，可以帮助学生巩固和加深课堂所学的理论知识，掌握各种材料物理性能的测试方法和在材料科学研究中的应用。

为此，我们对该门课程的实验课进行了改革。一方面，在授课的时候可以结合自己的科研工作，比如在讲授材料的磁性能的时候，向同学介绍我们研究的磁性体系的性能、应用以及制备和测试方法。讲授电输运性质的时候，可以和目前的催化材料结合起来。我们也会在每次讲授结束以后，布置合适的作业让学生练习，巩固课上所学的知识，布置小论文，让学生查阅文献资料，锻炼学生查阅文献和撰写论文的能力。另一方面，我们打算提供一定的实验课程作为教学实践的一个补充。比如，在电阻测试的章节中，让学生自己动手做实验，测试各种情况下的电阻，并分析原因。在发光性能的研究中，让学生自己动手制备发光样品，然后测试各种烧结温度处理后的发光样品的强度，从而得出发光样品的发光强度和烧结温度之间的关系并分析原因。

四、结论

《材料物理性能》课程内容非常多而且很抽象，同时也是一门理论与应用相结合的课程，学生学习起来比较困难。我们通过在教學过程中丰富教学手段、优化教学内容、加强实践环节等措施，对本课程教学进行了改革。希望通过教学改革，使得学生在学习这门课程时的主动性得到明显提高，学习效果得到有效改善。当然，在今后的教学过程中我们还需要进一步加强对教学内容的钻研，不断探索课程教学评价机制，进一步提高本课程的教学质量。

参考文献：

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