新工科背景下名人案例在材料制备新技术课程教学中的作用

姬帅 张靖熙 刘忠军

摘  要 为了提高材料制备新技术课程教学质量，让学生将更多注意力留在课堂上，将本领域的一些名人案例适当地引入课堂教学。实践证明：该方法可以使学生投入更多的课堂注意力，激发学习兴趣，树立学习自信，端正学习态度。同时，教师在备课过程中通过搜集相关资料，可以拓宽知识面，提高教学水平，提升教学质量。

关键词 材料制备新技术；名人案例；教学改革；实验教学

中图分类号：G642.3    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）14-0083-03

Abstract In order to improve the teaching quality of the course of new technology of materials preparation and let students pay more attention to the lecture， some famous cases in this field were intro-duced into the classroom teaching appropriately. Practice shows that this method makes students pay more attention to the course， stimu-lates students interest in learning， sets up students confidence in learning， and corrects students learning attitude. Meanwhile， teachers could develop the level of their knowledge， improve their teaching level and let the quality of teaching by collecting relevant materials in the course preparation be enhanced.

Key words new technology of materials preparation; celebrity cases; teaching reform; experimental teaching

0  引言

材料制备新技术课程知识体系复杂，各章节介绍的工艺差异明显，从快速凝固技术、喷射成形技术、机械合金化技术、半固态金属加工技术到准晶材料制备技术、非晶材料制备技术、纳米晶材料制备技术，从高温自蔓延合成技术到激光快速成形技术等[1-2]，内容包罗万象。此外，该课程所介绍的内容如某工艺制备材料的微观结构形貌与学生在日常生活中和其他学科中积累的经验相差相对较远，使得学生难以理解、难以掌握该课程中抽象的概念，导致该课程给学生留下的印象是概念较多、工艺设备复杂、学习有一定的难度。

怎样有效进行该课程的理论课教学？如何在课堂上牢牢把握学生的注意力、激发学生学习兴趣？这些问题对新工科背景下的教学工作提出更高的要求。依据最新的教学大纲，要将专业知识讲授到位，不能为了降低难度而删除难点，要讲授生动以激发学生的学习兴趣。为了提升教学质量，拥有相关学科的各大高校进行大量教学改革，例如：采用动画演示的方式让学生加深认识某工艺内部设备在实际应用中的作用；增加实验课程的學时，让学生更多地参与进来。这些改革在一定程度上可以提高该课程的教学质量。

尽管教学改革的手段衍生了一些新的方式，适当性改良了课堂教学效果，但通过问卷调查发现：该课程对大部分学生来说依旧困难，导致学生自学的积极性不高。这在课堂教学和实验教学中体现得十分明显，学生存在较大程度的困惑，难以将该课程建立在自己的专业知识结构基础之上，更多是被动地接受知识，通过机械式的记忆方式来掌握，难以消化、理解该课程的理论知识，更难以去思考孕育这些理论知识的过程。新工科背景下，在该课程的教学过程中一定程度上引入学科发展过程中的名人事迹作为案例，不仅可以让学生了解该学科理论知识形成的历程，熟悉相关科研的过程，而且可以激发学生对该学科学习的兴趣，同时可以帮助学生找到人生标杆，树立掌握该学科的自信，进而点燃学生投身材料科学研究的热情。

1  吸引学生在课堂中的注意力

在西安石油大学材料科学与工程学院的课程设置中，材料制备新技术这门课程主要针对金属材料工程、材料物理、材料成型及控制工程等专业开设。该课程的教学主要分成两部分，依据2019版教学大纲，由32学时的课堂教学与8学时的实验教学组成。课堂教学是实验教学的前提和基础，要增强该课程的整体教学效果，应将更多精力放在提高课堂教学质量环节。根据专业工程认证要求，在课堂教学环节，核心环节由教师对专业知识的讲授转变成学生通过上课掌握或接受专业知识。学生在课堂上学习效果能否良好，主要取决于两个方面：一是学生在课堂上是否集中注意力，是否认真地跟着授课教师的思路前进；二是授课教师是否可以增强专业知识的趣味性，把枯燥的、抽象的专业知识点形象化、具体化，便于学生消化和吸收。

目前，更多的教学改革偏向于教师这个角色，如制作教学视频、动画视频、教学实物模型、编写适当的教材等，但是站在学生的角度，以学生为主导、充分发挥学生主观能动性方面的教学改革则不多见，特别是有效改善学生课堂注意力方面的改革少之又少。虽然以教师为切入点的教学改革形式可以在一定程度上吸引学生的听课兴趣，集中其在课堂上的注意力，但不一定能激发学生的学习兴趣，更不一定有助于学生对专业知识的理解与消化。

理想的课堂教学状况是学生的注意力随着时间的变化呈现出水平保持或者逐渐上升的趋势。在听课过程中，学生跟着教师的思路思考是需要持续用脑的，然而学生持续用脑，大脑在经历一个阶段的兴奋之后，注意力会呈现难以避免的下降趋势[3]。有研究表明：有效维持学生注意力的一个可行方式是减少学生两个邻近兴奋过程的间隔时间，即授课教师对学生在课堂上保持注意力或兴趣的时间长度有一个预判，然后在即将结束或结束后间隔不长，通过授课手段再次吸引学生的注意力。在课堂授课讲解枯燥专业知识的过程中适当穿插一些名人案例，可以有效地改变学生的听课节奏，点燃学生的另一个兴奋阶段。学生的注意力在一小节课堂中呈现出类似开口向下的二次函数形状，在学生注意力呈现下降趋势的阶段，教师适当地穿插一个相关的名人案例，可以在短时间内使学生的注意力再次出现波峰。同时，介绍名人案例可以明显地活跃课堂气氛，从实践中可以深刻感受到抬头看黑板的学生人数明显增多。介绍名人案例是以一个故事的方式来改变学生听课的节奏，更有利于学生接受相关信息。同时，学生通过生动案例的激励，可以迅速找到自己学习专业知识和后续深入研究的标杆，有利于在专业领域建立自己获取成就的信心。

学生在课堂上听课注意力不集中的原因很多，但其中有一个不可忽视且有待继续改善的因素是畏学厌学情绪。有些学生不注重课前预习，遇到听不懂的知识点就逐渐开始转移注意力，甚至对课堂没有领会的知识点，课后也不复习巩固，以至于影响后续的专业知识结构建立，最终表现得越来越不愿意听课。通过在授课过程中穿插相关领域的名人案例，可以很好地克服学生的畏学情绪。科学研究本身就是困难重重、曲线发展的，在科学研究中几乎不存在一帆风顺取得成功的可能，克服困难是科学发现和突破的直接形式。在这方面有了真实案例作为对照，能够帮助学生端正学习态度，明确学习目的。比如在讲授高温自蔓延合成技术章节时，以西安石油大学材料科学与工程学院金属材料工程系刘忠军老师在实验室研究金属基复合多孔材料为例，实验时为了获得一个更加经济高效、流程更短的烧结工艺，刘老师持续几月天天加班，最终在原有工艺基础上大幅度提高产品性能。

2  端正學生做实验的态度

实验教学部分是材料制备新技术课程教学的有机组成部分。通过实验课程教学，学生能更好地掌握所学到的理论知识，同时对该知识的实际应用产生充分理解。目前选修该课程的学生更多是在被动地完成相关实验内容，缺乏兴趣的投入与自主探索的激情。有些学生对实验课程不够重视，缺乏对实验课程意义的认识，并不认为实验课对于今后的科研训练有益[4]。在课堂教学过程中通过穿插相关的名人经历作为案例，可以让学生了解相关科研探索的过程和成果获得的历程，从而端正学生对待实验课程的态度。采取动手的方式让学生认识到所学专业知识，训练其今后从事科研活动的素养，让学生真正认识到实验课的目的与价值。

材料制备新技术是一门偏向于介绍材料制备新工艺、新设备的课程。在实验教学中，针对某种工艺所需要的设备，学生在明确需求的前提下，可以在实验室对相关设备零部件进行重组，甚至可以提出制备新设备的方案，使预期实验结果的获得取得更好的效果。比如给学生介绍北京科技大学谢建新院士课题组的刘新华研究员从事先进金属材料控制凝固与控制成形基础研究中的案例，他在实验室摆了一张折叠床，晚上守在设备旁，一连几天均是如此，最终在该课题中取得理想的成绩。

3  激发学生对材料制备新技术的兴趣

作为材料科学的有机组成部分，材料制备新技术建立在材料科学基础之上，然而材料科学的发展历程建立在近现代数学、物理等学科基础上，所以材料科学发展至今仅有百年历史，相比其他自然基础学科，可谓新兴起的学科。因此，在材料学科领域做出贡献的名人距离现在不是很遥远，有些知名的学者仍然健在，甚至国际上某些知名课题组的成员与我国高校的代课教师之间保持着联系，有的还是某些协会的同事。那么，在授课过程中穿插某些名人案例，可以拉近学生与知名学者或伟大科学家之间的心灵距离，让学生感受到自己所学专业知识的发现者或者创造者并没有想象中那么神奇，他们也是通过一番不懈努力之后才有所收获的。这样有助于学生树立信心，只要自己投入忘我的精神、刻苦钻研，就一定能够在学科上有所建树。

在讲解金属材料快速成形技术中材料内部微观结构变化的时候，可以给学生介绍我国著名冶金材料专家柯俊院士。在材料科学基础中有一个专业名词——柯垂尔气团，柯垂尔是英国伯明翰大学的著名教授，柯俊院士在伯明翰大学读博期间，他的导师汉森就是柯垂尔课题组中的成员。这样介绍可以使学生更多地联系起材料学科基础课中的知识点，进而减少距离感，同时感受学术大咖的成果及贡献。

柯俊院士在1948—2016年近70年的时间内一直从事合金中相变的研究，在回国前首次发现并提出贝氏体切变机制，在钢的过热性能及合金钢的贝氏体相变中取得突破性成果，成为这一现象的世界主流学说。柯俊院士在1956年初主持筹建北京科技大学材料物理专业及材料物理化学专业；在1958—1964年积极为国家节约战略金属物资，从事国内急需的新材料制备工艺及质量研究（如节约镍钴的电热丝电热材料、电表用硬磁材料、稀土元素在钢中的应用），接近当时世界先进水平；1977年以来，就微量元素对合金钢的组织和性能影响及作用机理展开研究，20世纪80年代指导对含微量钒碳的铁镍合金作出进一步研究，发现另一类相变的蝶状马氏体形成机制，采用电子显微镜首次观察到铁镍碳合金中蝶状马氏体，用原子探针观察到原子簇的形成及其与蝶状马氏体的关系，这些研究成果极大丰富了马氏体相变理论；20世纪50年代首次观察到钢中马氏体形成时基体的形变和对原子簇马氏体长大的阻碍作用；20世纪80年代系统研究铁镍钒碳钢中原子簇因导致蝶状马氏体形成，发展马氏体相变动力学，并指导开展微量硼元素在钢中作用机制的研究；同时领导并亲自参与中国冶金史的研究，阐明中国生铁技术的发明与发展对人类文明的作用，取得突破性进展；20世纪90年代推动全国工程教育改革并在北京科技大学建立“大材料”试点班，在全国产生广泛影响。

通过介绍这样的事迹，加深学生对学术名人的尊敬之情，使得学生对科学家产生亲切感，在后续学习这些科学家创立的学科理论时就没那么枯燥，可以加深学生对所学内容的画面感，从而激发学生学习的兴趣。

材料科学方面课程的一大特色是抽象晦涩、深奥难懂，特别是涉及材料内部微观的知识，学生难以依靠自己的经验进行知识联系，慢慢地，某些学生便容易出现厌学心理。但是按照杨振宁先生的观点，实际上任何一门科学都蕴藏着其独特之美，科学活动的过程也是一次审美的旅程。科学家通过对宇宙和谐有序格局的逐步深入理解而不断地进入自然的本质层次，从而实现自然界固有的结构与人的认识、人类心灵深处的渴望在本质上吻合，再次创造、发展和丰富科学之美。在授课过程中介绍材料学科相关的名人案例，在介绍相关案例时穿插一些有趣的事件，不仅可以吸引学生的注意力，而且可以帮助学生通过科学家的研究发现材料科学的美，进而激发学生对于该学科的兴趣。比如西安石油大学材料科学与工程学院的硕士研究生在毕业之际向导师表达感谢，采用腐蚀的方式在一块金属材料样品上雕刻出导师的卡通模样和签名。学生掌握好专业知识，可以在生活中创造一些具有特殊纪念意义的艺术品。

4  提高教师的教学水平

西安建筑科技大学冶金学院教授赵西成老师这样解释“学问”：对于学生而言不仅要学，而且要问。站在教师的角度而言，教学可以分成教与学两个有机组成部分，不能只是“低头拉车”，也需要“抬头看路”；教师除了教授学生学业之外，其自身知识的储备、教学能力的提高也十分必要。科研是为了更好地服务教学，授课教师可以通过自己的课题研究、参加相关学术会议、参与学科建设项目、聆听教学名师讲课等方式来更新自己的知识结构，拓宽知识面，以此提高教学水平，努力做到“学不可以已”。

教师在备课过程中搜集相关名人案例资料有助于积累人文底蕴，不仅可以积累相关知识，拓宽与学科相关的知识面，而且可以领略相关知识的发展历程，感受从事相关领域研究的学者积极向上的工作态度、刻苦钻研的精神、面对困难持久的毅力、攻取难关必胜的决心，从而为自己的职业生涯找到标杆，借用前輩大师的精神指引自己前行。在课堂中适时地介入相关的名人案例并取得良好的教学效果是有一定难度的，要求教师在搜集资料的同时，将社会背景、学科背景、人文背景、市场需求等各方面联系在一起，融会贯通，这就对教师的备课提出更高的要求。学生都喜欢人格魅力突出、讲课生动有趣的教师，教师语言诙谐幽默，授课内容生动有吸引力，有利于集中学生在课堂上的注意力，明显增强教学效果。所谓教学相长，教师与学生共同学习进步，是师生共同期望的快乐型、研究型教学模式。

5  结束语

在新工科背景下的材料制备新技术课程教学中适当引入一些相关的名人案例是一种有效提高课堂教学质量的方式，该方式对学生集中注意力有着明显的效果，可以激发学生对该学科的深入学习与研究。同时，名人的榜样力量也可以帮助学生树立掌握该课程知识的信心。在教学过程中引入名人案例，对其介绍的侧重点程度把握很重要，如果介绍的内容不够系统、过于浅显，只能暂时地吸引学生的注意力，难以激发学生对该学科的内在兴趣；如果介绍的内容过多，则会影响本课堂专业知识的讲解，教学效果南辕北辙。总之，在材料制备新技术课程教学中希望通过介绍相关的名人案例以提高课堂教学质量，就要求授课教师搜集大量的相关资料，通过筛选和组织并与讲授的内容进行有机结合，从而改善只介绍专业知识而导致课堂枯燥的教学状况。

参考文献

[1]许春香，张金山.材料制备新技术[M].北京：化学工艺出版社，2010.

[2]于文斌，程南璞，吴安如.材料制备技术[M].成都：西南师范大学出版社，2006.

[3]毛丰昕，肖泓羽，曹瀚，等.材料科学名人典故对“材料科学基础”课程学习的影响[J].中国冶金教育，2010（6）：82-84，87.

[4]孟利，杨平，陈冷，等.新形势下材料科学基础实验教学的实践与思考[J].中国冶金教育，2010（2）：45-47.