李　暉，田中青，張春艷

(重慶理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶　400054)

?

材料性能學(xué)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的改革與思考

李暉，田中青，張春艷

(重慶理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶400054)

材料性能學(xué)是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，需要不斷開(kāi)展教學(xué)改革、提高教學(xué)水平。本文圍繞提高教學(xué)質(zhì)量、激發(fā)學(xué)習(xí)積極性，闡述了獲得知識(shí)覆蓋面廣、結(jié)構(gòu)合理、重點(diǎn)突出的教學(xué)內(nèi)容體系的思路和方法；介紹了通過(guò)強(qiáng)化記憶、豐富教學(xué)案例、靈活運(yùn)用多種教學(xué)方式和先進(jìn)教學(xué)手段等進(jìn)行教學(xué)方法改革的措施，有效的改善教學(xué)效果。

材料性能學(xué)；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法

提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平是普通高等學(xué)校生存和發(fā)展的重要保證，不斷深入的開(kāi)展教學(xué)改革和課程建設(shè)則是實(shí)現(xiàn)的重要途徑[1]。其中以課程為核心的教學(xué)改革包括課程內(nèi)容體系的優(yōu)化、更新先進(jìn)的教學(xué)手段、采用靈活的教學(xué)方法以及建設(shè)師資隊(duì)伍等方面，力求提高教學(xué)水平和教學(xué)效果。教學(xué)方法改革方面，不同高校根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)在不同的課程當(dāng)中已經(jīng)開(kāi)展了很多有益的嘗試，取得了較好的效果，如發(fā)現(xiàn)式教學(xué)法[2]、參與式教學(xué)[3]、直觀教學(xué)法和興趣教學(xué)法等[4]，但是，“教與學(xué)”依然是困擾當(dāng)前教學(xué)、尤其課堂教學(xué)的重要難題。材料性能學(xué)課程是材料科學(xué)與工程專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，課程具有內(nèi)容廣泛、覆蓋的知識(shí)面多等特征，與生產(chǎn)實(shí)際有一定的結(jié)合，學(xué)生普遍反映課程的學(xué)習(xí)具有較大的難度。

教學(xué)方法改革是提高高校教學(xué)質(zhì)量的切入點(diǎn)，這就要求教學(xué)方法具有普適性與多樣性的雙重特征,[5]依然需要教學(xué)組織者投入相當(dāng)精力，根據(jù)其自身的具體情況、學(xué)生的能力等條件，探索適應(yīng)具體課程的教學(xué)方法。本文結(jié)合課程組多年從事材料性能學(xué)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，介紹材料性能學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的思考、應(yīng)用和經(jīng)驗(yàn)。

1　理論教學(xué)內(nèi)容的組織

材料性能學(xué)課程的內(nèi)容對(duì)于學(xué)生，具有“四多”的特征，即課程的覆蓋面廣、涉及的的相關(guān)學(xué)科多，課程的知識(shí)點(diǎn)多、內(nèi)容頭緒多，課程中的基礎(chǔ)知識(shí)和原理多，除此之外，與課程相關(guān)的實(shí)驗(yàn)方法多。盡管從教師的角度來(lái)看，課程的難度不如材料科學(xué)基礎(chǔ)這類課程，但是學(xué)生的反饋的結(jié)果卻是這門課程比材料科學(xué)基礎(chǔ)還難以掌握。學(xué)生感到難學(xué)的重要原因在于，課程與物理、化學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)等抽象的課程相比，其教學(xué)內(nèi)容與各種試驗(yàn)方法密切相關(guān)，而受條件所限，學(xué)生恰恰最缺乏豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因此對(duì)于各種材料的性能特征缺少直觀、感性的認(rèn)識(shí)和了解，形成了只能“死記硬背”的學(xué)習(xí)方法,學(xué)習(xí)效果較差，乃至產(chǎn)生對(duì)材料科學(xué)與工程專業(yè)的厭煩情緒。

清晰完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)是學(xué)生認(rèn)識(shí)、理解課程內(nèi)容的必要條件。為此，需要將課程內(nèi)容的“四多”通過(guò)合理的調(diào)整、優(yōu)化、簡(jiǎn)化、梳理、歸納，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。為此課程采取了以下措施。

知識(shí)體系的整理和細(xì)化。盡管材料的性能很多，但是不外乎材料的力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能乃至一些特殊的性能和新材料的性能，因此課程內(nèi)容明確分解為以上幾個(gè)模塊，使學(xué)生對(duì)于整體的內(nèi)容有初步的認(rèn)識(shí)和了解。針對(duì)不同的知識(shí)模塊，根據(jù)不同行為的特點(diǎn)，進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化，如力學(xué)性能模塊又分解為靜載力學(xué)性能、沖擊性能、材料的失效(斷裂、疲勞、磨損)、溫度因素下(高溫、低溫)的力學(xué)性能，物理性能則細(xì)分為“熱、電、光、磁、壓電與鐵電”等知識(shí)模塊，基本上使學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容有了較為完整的了解。

合理安排重點(diǎn)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)普遍共性的知識(shí)和原理。如材料的力學(xué)性能當(dāng)中，從材料受載后的規(guī)律即變形→破壞為出發(fā)點(diǎn)，以靜拉伸力學(xué)性能的知識(shí)點(diǎn)為重點(diǎn)，類似于生物學(xué)中的“實(shí)驗(yàn)鼠”概念，強(qiáng)調(diào)“典型材料”+“典型性能”觀念，以低碳鋼靜拉伸試驗(yàn)現(xiàn)象，闡明金屬材料的彈性變形、屈服、塑性變形及應(yīng)變強(qiáng)化、縮頸的現(xiàn)象及其本質(zhì)，從中結(jié)合材料科學(xué)基礎(chǔ)等課程中內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生思考材料力學(xué)行為的共性原理。在掌握靜拉伸內(nèi)容的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)其他應(yīng)力狀態(tài)(壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)等)的相關(guān)內(nèi)容。

梳理清晰的知識(shí)主線，便于學(xué)生快速理解教學(xué)內(nèi)容的脈絡(luò)，形成良好的認(rèn)知習(xí)慣。通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的整理，對(duì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)形成“現(xiàn)象(案例)→特征→分類→機(jī)制→性能指標(biāo)→主要影響因素→應(yīng)用”教學(xué)主線，通過(guò)“典型材料”力學(xué)性能知識(shí)的講解引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)以上模式思考其他材料的教學(xué)主線和主要性能特征，如材料的熱學(xué)性能中，就熱容、熱膨脹、熱傳導(dǎo)的內(nèi)容按照這一方法進(jìn)行教學(xué)，普遍反映能很快的抓住知識(shí)點(diǎn)的重點(diǎn)。

豐富教學(xué)案例、簡(jiǎn)化理論推導(dǎo)。工科教學(xué)中采用生動(dòng)的案例和實(shí)例進(jìn)行教學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝于僅僅反復(fù)強(qiáng)調(diào)抽象的理論知識(shí)，因此在教學(xué)內(nèi)容組織中教師需要查閱、搜集與知識(shí)點(diǎn)密切相關(guān)的工程實(shí)例。結(jié)合案例中的現(xiàn)象切入教學(xué)內(nèi)容能夠很好的抓住“眼球”，活躍教學(xué)氣氛、提高學(xué)生的興趣；同時(shí)根據(jù)教學(xué)要求，將其中的一些理論、公式推導(dǎo)和介紹進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，從而更進(jìn)一步突出教學(xué)重點(diǎn)，如解理斷裂的內(nèi)容中，斷裂機(jī)制的柯垂?fàn)柕奈诲e(cuò)反應(yīng)理論和甄納-斯特羅的塞積理論需要具備較好的位錯(cuò)理論水平，因此我們對(duì)這一部分僅做定性的介紹，重點(diǎn)內(nèi)容在于宏、微觀斷口特征的觀察和分析，便于學(xué)生更好的掌握和理解。材料的物理性能內(nèi)容中，教材中的案例少、數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)多，在有限的教學(xué)時(shí)間中通過(guò)簡(jiǎn)化理論推導(dǎo)，充實(shí)應(yīng)用案例，刪繁就簡(jiǎn)突出重點(diǎn)，極大的提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

2　教學(xué)方法、方式的改進(jìn)

教學(xué)方法改革的宗旨是提高教學(xué)質(zhì)量,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情,使學(xué)生最大限度地獲得知識(shí)及能力培養(yǎng)[6]，好的教學(xué)方法能調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，反之則能使課堂教學(xué)的效果大大折扣，因此探索適應(yīng)課程教學(xué)的方式和方法是確保教學(xué)效果的重要手段。當(dāng)前，關(guān)于教學(xué)方法的研究和改革有大量的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，因此我們通過(guò)歸納、總結(jié)并結(jié)合我校課程教學(xué)的實(shí)際情況，提出“記得住、想得通”等措施以供參考。

(1)“記得住”，強(qiáng)化基礎(chǔ)知識(shí)記憶，促進(jìn)知識(shí)理解和掌握。培根說(shuō)過(guò)“一切知識(shí)的獲得都是記憶,記憶是一切智力活動(dòng)的的基礎(chǔ)”[7]，課程知識(shí)點(diǎn)難是因?yàn)椴欢?，理解了就不難，材料性能學(xué)具有工科課程的普遍特征。即描述性的材料多、抽象的概念和理論多、知識(shí)點(diǎn)多，同時(shí)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)前后知識(shí)的聯(lián)系多，比如塑性變形的基礎(chǔ)知識(shí)不僅在第一章介紹，在后續(xù)的內(nèi)容也會(huì)不斷的用到，學(xué)生如果不能把前面的知識(shí)記住，則在后續(xù)的知識(shí)點(diǎn)中往往會(huì)出現(xiàn)“不知所云”的情況，因此需要在教學(xué)中強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)于相關(guān)內(nèi)容的強(qiáng)化記憶。我們?cè)诮虒W(xué)中明確把各個(gè)知識(shí)點(diǎn)中需要理解、掌握的內(nèi)容列舉出來(lái)，通過(guò)抽查督促學(xué)生記憶，為知識(shí)的理解、掌握打下良好的基礎(chǔ)。

(2)“想得通”，完全掌握大綱要求的知識(shí)和內(nèi)容。僅僅將基本的概念和原理記住還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要通過(guò)以上課程教學(xué)內(nèi)容的整理和優(yōu)化，形成教學(xué)主線，進(jìn)而采用啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)、類比法等多種手段，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)內(nèi)容的理解和認(rèn)識(shí)，如圍繞靜拉伸力學(xué)性能中低碳鋼拉伸中的彈性變形、塑性變形、斷裂過(guò)程，教學(xué)中類比于人的幼年、中年、老年的全壽命周期，學(xué)生感覺(jué)很生動(dòng)；在塑性變形的內(nèi)容，通過(guò)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)和破壞，引導(dǎo)學(xué)生思考強(qiáng)化材料的機(jī)制和手段；通過(guò)對(duì)比材料學(xué)和力學(xué)中對(duì)于斷裂現(xiàn)象的分析，引導(dǎo)學(xué)生思考兩種觀點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容中的體現(xiàn)，知識(shí)的結(jié)構(gòu)清楚，道理也很淺顯易懂。

(3) 精心準(zhǔn)備豐富的案例，提高學(xué)習(xí)興趣。抽象的理論需要直觀的現(xiàn)象支撐，才能變得有血有肉，具體生動(dòng)，課程組為此搜集整理了與教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)的教學(xué)案例。材料的低溫脆性中，列舉“泰坦尼克”案例和“比利時(shí)阿爾拜特橋梁事故”的案例，材料的疲勞中列舉了阿羅哈航空公司蒙皮斷裂的案例，將學(xué)生帶入到教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中，有關(guān)材料物理性能的功能材料的例子更是數(shù)不勝數(shù)，通過(guò)案例教學(xué)加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和解。

(4)采用多種方式，營(yíng)造生動(dòng)的課堂氛圍。在講授法教學(xué)的基礎(chǔ)上，教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過(guò)集體備課，集思廣益，對(duì)各知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行剖析，與精選的課程案例有機(jī)的結(jié)合成一體。鼓勵(lì)教師把自身豐富的科研和工程經(jīng)歷融入到課程當(dāng)中，形成個(gè)性化教學(xué)，啟發(fā)學(xué)生思維并形成良好的師生互動(dòng)，講課中既要傳達(dá)科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)和規(guī)范，同時(shí)不拘泥枯燥的課本，如在光學(xué)性能授課環(huán)節(jié)中，從事玻纖研究的教師將其與企業(yè)合作研究的產(chǎn)品帶到課堂，拉近了學(xué)生與課程的關(guān)系；在斷口分析中，我們將研究中的新型合金樣品的拉伸斷口實(shí)物和SEM觀察結(jié)果展示給學(xué)生，啟發(fā)學(xué)生思考教科書的內(nèi)容與實(shí)物之間產(chǎn)生差異的原因，很好調(diào)動(dòng)了課堂氣氛。

(5)豐富多樣的教學(xué)手段和精美的課件富有吸引力。采用多媒體教學(xué)已經(jīng)成為當(dāng)前的主流，具有信息量大、教學(xué)內(nèi)容生動(dòng)、形象、圖文并茂等優(yōu)點(diǎn)，但是這一教學(xué)手段也對(duì)教學(xué)組織提出了更高的要求。多媒體的課件中注意了以下問(wèn)題，對(duì)待PPT等課件態(tài)度要端正而不是敷衍了事，要求課件設(shè)計(jì)上新穎、奪目，配色、文字、圖片均需精心準(zhǔn)備；其次課件所用的素材如照片、圖片要表達(dá)準(zhǔn)確、清晰整潔。此外，還必須能使課件“動(dòng)起來(lái)”，課程在某些理論的表述中采用了大量的動(dòng)畫的形式，如金屬的彈性變形、塑性變形、材料的熱傳導(dǎo)、熱膨脹、壓電與鐵電性能以及耐蝕性能等通過(guò)動(dòng)畫演示，將枯燥、復(fù)雜的理論簡(jiǎn)單、直觀化。相比于動(dòng)畫與靜態(tài)圖片，錄像是更有力的教學(xué)手段，一方面注重搜集與課程內(nèi)容相關(guān)的科教片素材，另一方面通過(guò)錄制試驗(yàn)的方式，初步建立了視頻資源庫(kù)，極大的改善了課堂教學(xué)的效果。

3　結(jié)　語(yǔ)

針對(duì)材料性能學(xué)課程通過(guò)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化和組織，形成了知識(shí)全面、結(jié)構(gòu)合理、重點(diǎn)突出的教學(xué)內(nèi)容體系；采用強(qiáng)化基礎(chǔ)知識(shí)記憶、多種教學(xué)方式的綜合應(yīng)用、豐富的教學(xué)案例和高水平的先進(jìn)教學(xué)手段，營(yíng)造生動(dòng)的課堂教學(xué)氛圍，能有效的激發(fā)學(xué)習(xí)積極性和熱情，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高。此外，進(jìn)一步優(yōu)化師資力量，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，采用多種多樣的課外動(dòng)手創(chuàng)新活動(dòng)，能充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新性和能動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)高素質(zhì)專業(yè)人才的目標(biāo)。

[1]王新春,肖繼先,韓冰.高等教育也要重視教學(xué)方法[J].河北聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2013,13(3):39-41.

[2]馮濤,王偉,惲為民.運(yùn)用發(fā)現(xiàn)式教學(xué)方法在個(gè)人機(jī)器人上開(kāi)展自動(dòng)控制學(xué)科的創(chuàng)新教育[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2001(5):16-21.

[3]李臻.淺析參與式教學(xué)方法[J].科技信息,2007(9):159-160.

[4]劉金明,劉國(guó)平.“金屬材料與熱處理”課程體系構(gòu)建及教學(xué)方法優(yōu)化[J].中國(guó)電力教育,2013(14):115-116.

[5]蔣家瓊,王輝,李娟.深化教學(xué)方法改革,提高高校教學(xué)質(zhì)量：湖南省高等教育學(xué)會(huì)2009學(xué)術(shù)年會(huì)綜述[J].大學(xué)教育科學(xué),2010(2):39-41.

[6]喻利花.“材料近代分析方法”課程教學(xué)方法的思考[J].渤海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,29(3):27-29.

[7]殷志云.實(shí)用記憶在工科基礎(chǔ)課教學(xué)中的運(yùn)用[J].有色金屬高教研究,1991(2):25-28.

Thinking and Reform of Teaching Content and Teaching Method of Material Properties

LIHui，TIANZhong-qing，ZHANGChun-yan

(Material Science and Engineering college. Chongqing University of Technology, Chongqing 400054,China)

Material Properties is one of the important basic professional courses of Material Science and Engineering, which needs to carry out teaching reform to improve teaching level. Focusing on improving the quality of teaching and stimulating learning enthusiasm, some idea and method were elaborated to construct the overall and proper knowledge structure with focal points content in this paper. In additional, some measures of teaching research and reform, such as memorizing method, case teaching, advanced teaching methods and manifold teaching method, and so on, were introduced, which made the level of teaching improved.

Materials Properties course; teaching content; teaching method

李暉(1972-)，男，副教授，主要從事金屬材料及表面工程的研究與教學(xué)。

G642.0

B

1001-9677(2016)03-0181-03