劉榮梅

安徽工程大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院,安徽蕪湖,241000

基于化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)背景的金屬材料工程專業(yè)物理化學(xué)課程教學(xué)研究

劉榮梅

安徽工程大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院,安徽蕪湖,241000

根據(jù)金屬材料專業(yè)人才培養(yǎng)方案,從課程內(nèi)容的安排、教學(xué)方法的運(yùn)用以及考核方法的改進(jìn)等方面,探討物理化學(xué)課程教學(xué)改革,認(rèn)為:在課程內(nèi)容安排上,應(yīng)選擇與學(xué)生未來(lái)崗位需要和職業(yè)發(fā)展需要的知識(shí),剔除理論性強(qiáng)而實(shí)際生產(chǎn)難以用到的內(nèi)容,同時(shí)引入學(xué)科前沿知識(shí);在教學(xué)方法的運(yùn)用上,應(yīng)采取多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)板書相結(jié)合的方法,充分發(fā)揮兩種教學(xué)方法的優(yōu)勢(shì),從而提高教學(xué)效果;在考核方法上 ,在傳統(tǒng)考核方法的基礎(chǔ)上,引入以章為單位的學(xué)習(xí)過(guò)程考核,提高平時(shí)成績(jī)的比例,以促進(jìn)學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)。

物理化學(xué);金屬材料工程專業(yè);教學(xué)研究

金屬材料工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展、誠(chéng)信實(shí)干、基礎(chǔ)扎實(shí)、實(shí)踐能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高、具有創(chuàng)新精神,具備金屬材料基礎(chǔ)理論、鑄造及熱處理、表面工程等專業(yè)方向相關(guān)的工程技術(shù)知識(shí),能在冶金、金屬材料的制備、金屬材料的鑄造成型及熱處理、材料結(jié)構(gòu)研究與分析、材料表面處理等領(lǐng)域從事科學(xué)研究、技術(shù)與產(chǎn)品開發(fā)、工藝和設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)管理等方面的應(yīng)用型高級(jí)工程技術(shù)人才。物理化學(xué)是運(yùn)用物理的原理和方法來(lái)研究化學(xué)變化的基本規(guī)律和理論,它所研究的是普遍適用于各個(gè)化學(xué)分支的理論問(wèn)題,金屬材料的制備、鑄造成型及熱處理、材料表面處理等都需要物理化學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)為指導(dǎo),因此,要實(shí)現(xiàn)該培養(yǎng)目標(biāo),學(xué)生必須掌握物理化學(xué)知識(shí)。但是,由于物理化學(xué)涉及到的知識(shí)面廣,應(yīng)用條件嚴(yán)格,使用靈活,且較難理解,尤其是金屬材料專業(yè)學(xué)生只有高中化學(xué)知識(shí)背景,教師感到難教,學(xué)生感到難學(xué),再加上課程內(nèi)容較多而課時(shí)較少,更增加了教學(xué)難度。如何提高教學(xué)質(zhì)量,是物理化學(xué)課程教學(xué)中必須面對(duì)和思考的問(wèn)題。本文結(jié)合金屬材料專業(yè)人才培養(yǎng)方案,從課程內(nèi)容的安排、教學(xué)方法的運(yùn)用、考核方法的改進(jìn)等方面談幾點(diǎn)教學(xué)體會(huì),供同行們參考。

1 課程內(nèi)容的安排與選擇

工科院校金屬材料工程專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生來(lái)說(shuō),今后走上工作崗位要接觸材料的合成、表面處理技術(shù)及應(yīng)用等生產(chǎn)工藝,這就要求教師在選擇課程內(nèi)容方面盡量切合本專業(yè)學(xué)生的需要。目前,安徽工程大學(xué)金屬材料工程專業(yè)選用的教材為葛華才等主編的《物理化學(xué)》(多媒體版)教材。該教材共 10章,涵蓋了化學(xué)熱力學(xué)(熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、多組分系統(tǒng)熱力學(xué)、化學(xué)平衡、相平衡、電化學(xué)、界面現(xiàn)象、膠體化學(xué))、化學(xué)動(dòng)力學(xué)及統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)三部分的內(nèi)容[1]。對(duì)于金屬材料工程專業(yè)的學(xué)生來(lái)講,對(duì)理論知識(shí)的深度要求不高,所以化學(xué)動(dòng)力學(xué)的反應(yīng)速率理論、統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)等內(nèi)容屬于理論性很強(qiáng)的內(nèi)容,可以略去不講[2-3]。熱力學(xué)第二定律研究的是變化的方向和限度的問(wèn)題,主要涉及三個(gè)過(guò)程方向的判據(jù),該部分中的麥克斯韋關(guān)系式等一些關(guān)系式的推導(dǎo)等應(yīng)用性不強(qiáng),也可以略去不講。對(duì)于膠體化學(xué)內(nèi)容一般只安排 2個(gè)學(xué)時(shí),簡(jiǎn)單地講述膠體的基本性質(zhì)及制備等,至于涉及高分子溶液方面的理論知識(shí)也可以略去不講。而對(duì)于在工程實(shí)踐中應(yīng)用到的一些知識(shí),必須重點(diǎn)講授。例如,熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律在工程實(shí)踐中應(yīng)用非常廣泛,前者解決能量守恒及轉(zhuǎn)化的問(wèn)題,后者解決變化方向與限度問(wèn)題,兩者都是工科學(xué)生在未來(lái)的學(xué)習(xí)與工作中經(jīng)常要用到的知識(shí),所以要重點(diǎn)講授,同時(shí)要求學(xué)生加強(qiáng)這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)。另外,根據(jù)金屬材料工程專業(yè)的特點(diǎn),還要加強(qiáng)一些重要知識(shí)點(diǎn)的講授。例如,金屬材料工程專業(yè)的學(xué)生將來(lái)會(huì)接觸到金屬材料的鑄造成型及熱處理等知識(shí),這就要求學(xué)生必須認(rèn)識(shí)單組分、兩組分等金屬及合金的相圖,并且能夠繪制,因此教師應(yīng)詳細(xì)講授這部分內(nèi)容。在課時(shí)有限的情況下,對(duì)于其他組分的相圖可以不講。金屬材料工程專業(yè)學(xué)生將來(lái)會(huì)接觸大量與表面化學(xué)相關(guān)的知識(shí),在講解電化學(xué)及界面平衡時(shí),可以結(jié)合生產(chǎn)生活實(shí)例來(lái)講,為將來(lái)的專業(yè)課學(xué)習(xí)和應(yīng)用打好基礎(chǔ)。

課程內(nèi)容選擇上,還需要將物理化學(xué)與前沿科學(xué)知識(shí)相結(jié)合,開闊學(xué)生的視野,讓學(xué)生加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。前沿的新材料(或稱先進(jìn)材料)是指那些新近發(fā)展或正在發(fā)展之中的具有比傳統(tǒng)材料的性能更為優(yōu)異的一類材料。新材料是指新近發(fā)展的或正在研發(fā)的、性能超群的一些材料,具有比傳統(tǒng)材料更為優(yōu)異的性能。新材料技術(shù)則是按照人的意志,通過(guò)物理研究、材料設(shè)計(jì)、材料加工、試驗(yàn)評(píng)價(jià)等一系列研究過(guò)程,創(chuàng)造出能滿足各種需要的新型材料的技術(shù)。新材料包含特種金屬功能材料,如高純金屬及靶材、稀貴金屬、儲(chǔ)能材料、新型半導(dǎo)體材料、新一代非晶材料、精細(xì)合金等;高端金屬結(jié)構(gòu)材料,如高溫合金及耐蝕合金、耐蝕鋼、特種不銹鋼、工模具鋼、軸承鋼、齒輪鋼,軌道交通用鋁合金、特種鎂合金及鈦合金等。尤其是把金屬及合金新材料納米化,金屬材料工程專業(yè)的學(xué)生將來(lái)會(huì)接觸到這些新材料的制備及表面處理等知識(shí),如納米金屬材料的制備——利用膠體化學(xué)中具有納米尺寸的油包水膠束作為納米反應(yīng)器,選擇不同的表面活性劑,從而合成了各種納米金屬及合金材料;利用物理化學(xué)中界面現(xiàn)象在界面上生長(zhǎng)納米金屬粒子等,尤其是現(xiàn)在研究比較熱門的高能面暴露的金屬及合金的納米晶的合成,以及納米金屬及合金在催化等領(lǐng)域的應(yīng)用,可以大大提高催化效率,可能會(huì)對(duì)現(xiàn)在廣泛存在的環(huán)境及能源問(wèn)題產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。這些方面知識(shí)的拓展,會(huì)大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新意識(shí),從而大大地提高教學(xué)效果。

2 多媒體與板書相結(jié)合的教學(xué)方法

多媒體教學(xué)是利用計(jì)算機(jī)將教學(xué)內(nèi)容制作成幻燈片或者動(dòng)畫等投影于屏幕上的一種教學(xué)模式,它有機(jī)地結(jié)合文字、圖片、聲音、動(dòng)畫等多種媒體效果,使課件內(nèi)容豐富多彩、生動(dòng)活潑[4]。物理化學(xué)中的一些內(nèi)容僅僅用板書或口頭講授很難講清楚,如果采用多媒體的授課形式會(huì)大大提高教學(xué)效果。例如,在講授可逆過(guò)程的概念、相圖的繪制、離子在電場(chǎng)中的遷移、燃料電池等內(nèi)容時(shí),可以采用簡(jiǎn)單的動(dòng)畫進(jìn)行演示,不僅可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,還可以讓學(xué)生形象直觀地學(xué)習(xí)并且掌握這部分知識(shí)。每章小結(jié)及課程總結(jié)可以用多媒體課件展示,以節(jié)約教學(xué)時(shí)間。雖然多媒體授課具有許多的優(yōu)點(diǎn),但也不能完全依賴多媒體教學(xué)。筆者認(rèn)為,物理化學(xué)課程中涉及到的一些公式及公式的推導(dǎo)過(guò)程,仍然需要利用傳統(tǒng)的板書教學(xué),一步一步推導(dǎo),這樣學(xué)生容易跟著老師的思維去理解,記憶也深刻,尤其對(duì)于金屬材料工程專業(yè)只有高中化學(xué)背景的學(xué)生來(lái)說(shuō),更要慢慢地讓學(xué)生進(jìn)入物理化學(xué)的情景中。因此,在教學(xué)過(guò)程中,將多媒體教學(xué)和傳統(tǒng)的板書教學(xué)相結(jié)合,發(fā)揮兩種教學(xué)方法的優(yōu)點(diǎn),從而提高課堂教學(xué)效果。

3 平時(shí)考核機(jī)制的引入

金屬材料工程專業(yè)物理化學(xué)教學(xué)課時(shí)一般只有60學(xué)時(shí),學(xué)時(shí)少、任務(wù)重,再加上物理化學(xué)理論性強(qiáng),學(xué)生要學(xué)習(xí)和掌握的內(nèi)容又非常多,這就要求學(xué)生平時(shí)要勤奮學(xué)習(xí),逐章逐節(jié)地掌握教師講授的每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。為檢驗(yàn)學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)效果,教師可以章為單位進(jìn)行平時(shí)小測(cè)驗(yàn),同時(shí)將小測(cè)驗(yàn)成績(jī)納入課程總成績(jī)?cè)u(píng)定中,并提高計(jì)算比例,改變傳統(tǒng)的期末考試成績(jī)(80%)加平時(shí)成績(jī)(20%)的考核方法,促進(jìn)學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí),進(jìn)而提高教學(xué)效果。

[1]葛華才,袁高清,彭程.物理化學(xué) [M].北京:高等教育出版社,2008

[2]王艷玲.工科物理化學(xué)教學(xué)中的幾點(diǎn)體會(huì) [J].科技信息,2010(18):789

[3]方文軍,雷群芳,王國(guó)乎,等.工科物理化學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐 [J].化工高等教育,2005(2):33-35

[4]徐云蘭,鐘登杰,李軍.淺談物理化學(xué)教學(xué)中的體會(huì) [J].廣東化工,2012,39(234):166

G620.0

A

1673-2006(2013)10-0096-02

10.3969/j.issn.1673-2006.2013.10.029

2013-08-30

安徽省質(zhì)量工程項(xiàng)目“應(yīng)用化學(xué)省級(jí)專業(yè)綜合改革試點(diǎn)”(2012zy043);安徽省質(zhì)量工程項(xiàng)目“應(yīng)用化學(xué)省級(jí)特色專業(yè)”(20100717);安徽工程大學(xué)質(zhì)量工程項(xiàng)目“應(yīng)用化學(xué)專業(yè)校級(jí)人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)”。

劉榮梅(1979-),女 ,河南安陽(yáng)人,博士 ,講師,主要從事功能納米材料的控制合成及性能研究。

(責(zé)任編輯:劉小陽(yáng))