牛繼南, 張生輝, 王曉虹, 顧永琴, 馮培忠, 歐雪梅, 強穎懷

(中國礦業(yè)大學 材料科學與工程學院， 江蘇 徐州 221116)

名人典故在《材料科學基礎(chǔ)》課程精品化建設中的作用

牛繼南, 張生輝, 王曉虹, 顧永琴, 馮培忠, 歐雪梅, 強穎懷

(中國礦業(yè)大學 材料科學與工程學院， 江蘇 徐州 221116)

通過對《材料科學基礎(chǔ)》課程現(xiàn)狀的分析，提出在課程中引入相關(guān)材料科學典故，使學生體會到科學家的研究思路、科研歷程和生活軼事，進而提高學生對于專業(yè)課程的學習興趣和熱情。該舉措不但有利于學生創(chuàng)新思維的形成，還對提高課堂聽講質(zhì)量和實現(xiàn)課程精品化具有重要意義。

名人典故；材料科學基礎(chǔ)；課程改革；課程精品化

材料科學基礎(chǔ)課程是材料專業(yè)最重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是學生接觸的第一門專業(yè)課，在材料類本科專業(yè)的學科建設中占有重要的地位。其主要包括晶體學基礎(chǔ)、凝固、擴散、相圖、缺陷、塑形變形、回復再結(jié)晶等[1]，這些內(nèi)容涉及眾多不同方向的專業(yè)基礎(chǔ)知識，在學習中學生普遍反映該課程內(nèi)容枯燥、興趣不高，很多專業(yè)性概念僅僅通過課堂講解很難理解透徹。為此很多學校針對課堂內(nèi)容進行了各種形式的改革，如更改多媒體課件、增加師生互動和交流、加強實驗教學、改善課程考核方式等，在提高學生興趣等方法取得了一定成效。但應當注意到，由于《材料科學基礎(chǔ)》本身的抽象性，其分析和理解思路有別于其它課程，常見方法并不能適用于所有授課內(nèi)容，因此有必要在該課程的精品化建設中引進新的輔助和啟發(fā)手段。

《材料科學基礎(chǔ)》中抽象的概念和定理都是早期材料科學家通過長期的實驗觀察及理論探索逐漸形成的，而且這些知識的形成或多或少與這些材料學家的生平和成長歷程有關(guān)。如果在從事《材料科學基礎(chǔ)》教學過程中精心引入各知識點形成的背景和過程，則可在相當程度上激發(fā)學生學習興趣，引導學生思維，提高教學質(zhì)量水平，促進本課程早日實現(xiàn)精品化。

1 教學現(xiàn)狀

1.1 知識點多，易產(chǎn)生厭倦感

在授課過程中，學生普遍反映《材料科學基礎(chǔ)》知識點多且前后連貫性強，而且內(nèi)容復雜、抽象，在短短的一堂課中往往需要面對大量的嶄新的內(nèi)容。這些在課堂教學中連續(xù)出現(xiàn)復雜而抽象的內(nèi)容使得學生很難一直保持精力高度集中迅速消化掉所有問題；同時復雜的教學過程不僅使學生不容易聽明白，也使得他們不知如何提問。因此不可避免會引起學生思維停頓、聽課走神、心不在焉等現(xiàn)象，從而使得學習效率明顯下降。相當一部分同學認為該課程相當難學，并產(chǎn)生厭倦感，他們的這種心態(tài)又會反過來對課堂教學秩序產(chǎn)生不良影響。

1.2 理解不夠深入，不利于后續(xù)課程學習

在授課過程中，發(fā)現(xiàn)很多學生在課堂上似乎能夠聽懂相關(guān)內(nèi)容，但實際上并沒有真正理解，在碰到相應的習題時根本想不到從講過的內(nèi)容中下手。隨著課程的進行，很多學生對一些專業(yè)理論的理解僅僅停留于概念的名稱及相關(guān)公式的硬性記憶，而對概念本身的意義模糊不清。一部分學生的學習目的逐漸由剛開始的興致勃勃轉(zhuǎn)化為單純的應試學習。課程學習結(jié)束后，學生掌握的往往是一知半解的概念，以及對專業(yè)理論模糊又死板的記憶，這種現(xiàn)象非常不利于后續(xù)專業(yè)課程的繼續(xù)學習。

1.3 教學手段的多樣化會極大提高學生興趣

教學過程中發(fā)現(xiàn)，每當任課老師提及一些相關(guān)社會事實、人物趣事，或展示一些圖片、視頻時，都會大幅度提高學生對課堂的興趣，課堂上死板的氣氛得到有效緩解，對該部分內(nèi)容的理解也更加深刻。但注意到，僅僅提高學生興趣是遠遠不夠的，更重要的是在激發(fā)學生興趣的同時，引導他們的思維，使他們在聽完故事后思緒不會"飄走"，而是繼續(xù)思考課堂上要講的下一個內(nèi)容。

2 引入名人典故的意義

對于在中學和大學初期的物理和化學課程，雖然大家對很久前學習的具體理論知識或相關(guān)公式早已模糊不清，但大部分人都對課堂中提及的相關(guān)領(lǐng)域的科學家印象深刻，并能輕松的說出相關(guān)科學定理或典故[2]，如數(shù)學中的牛頓、萊布尼茨、物理學中的伽利略、牛頓、麥克斯韋、愛因斯坦，化學中的拉瓦錫、門捷列夫等等。

材料科學的很多名人的相關(guān)典故在材料科學史上都占據(jù)著舉足輕重的地位，在課堂教學中適時介紹相關(guān)人物的科研典故是克服上述教學困境的有效途徑。對著名人物科研故事的講述不僅能夠引起大部分學生的興趣、深化學生的記憶，同時還能引導學生思維。課堂教學效果的優(yōu)劣就在于能否使更多的學生聽懂、理解課堂內(nèi)容。所以如果將一些科學家發(fā)明新概念、建立新定理的背景故事與課本內(nèi)容有機結(jié)合，便會進一步優(yōu)化課堂內(nèi)容，提高課堂效率，也有利于培養(yǎng)學生良好的創(chuàng)新能力[3]。歸納起來，引入名人典故的教學模式，可以很好的啟發(fā)學生步入專業(yè)領(lǐng)域，并在以下效果上為課程的精品化做出貢獻：

2.1 利于學生提高學習興趣、引導學習思維

與枯燥的照本宣科相比，引入生動的名人典故，甚至科學家的花邊趣聞，能快速抓住學生的注意力；如果能夠在講這些內(nèi)容的時候和課本知識點有機結(jié)合，將極大提高他們對所講基礎(chǔ)知識的興趣。進而通過課堂設計，引導學生思維，能夠產(chǎn)生為什么這么做、這么做的后果是什么的疑問，自然而然引導他們的思維到后面的習內(nèi)容上，這樣課堂效率將會事半功倍。

2.2 利于學生強化記憶和促進理解

在向?qū)W生引入名人典故的時候，很多相關(guān)的知識點可以在不知不覺中灌輸?shù)剿麄兊哪X海中，而且通過這些故事他們能明白這些知識是如何來，作用是什么，與干巴巴的傳統(tǒng)教學法相比，這種方法可使學生對知識點有更牢靠的記憶和更深刻的理解。

2.3 利于增強創(chuàng)新思維

在吸引學生興趣的同時，自然而言會激發(fā)出學生的好奇心，雖然某些結(jié)論可能在后面的內(nèi)容中講授，但肯定會有課堂上沒有講到的或敘述不詳細的，一些學生可能會對這部分內(nèi)容產(chǎn)生興趣，并繼續(xù)思考，這樣對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維極為有利，他們的思考反過來也可為材料科學基礎(chǔ)這門課程注入新鮮的活力。

3 名人典故與課程學習聯(lián)系應用實例

3.1 鮑林與鮑林規(guī)則

在《材料科學基礎(chǔ)》第一章"原子結(jié)構(gòu)"一節(jié)核外電子排布內(nèi)容的學習時，會講到"鮑林規(guī)則"，如果在此適當引入與鮑林的生平及提出該規(guī)則的背景，則可起到事半功倍的效果。

鮑林分別于1954年和1962年獲得諾貝爾化學獎和和平獎，被認為是20世紀最偉大的化學家。鮑林在多個科學領(lǐng)域都有濃厚的興趣，如量子力學、晶體學、礦物學、結(jié)構(gòu)化學、麻醉學、免疫學、醫(yī)學、進化論等，且都做出了突出的貢獻。他是歷史上第一位兩次獨享諾貝爾獎的科學家(居里夫人贏得了一次，另一次是和她的丈夫分享)。鮑林在1922年到加州理工讀研究生，在1925年畢業(yè)時共已經(jīng)發(fā)表了12篇論文。在1927年后一直在加州理工工作了12年，期間又發(fā)表了一系列論文，進而建立了全世界聲譽。他在1929年被評為助理教授，1931年評為正教授，1933年當選美國科學院院士。在此時期，鮑林吸引了許多優(yōu)秀的同事和學生，并提出了著名的鮑林規(guī)則。

通過鮑林事跡的講述，可以迅速集中學生的注意力，然后引入鮑林五條原則，還可以在這時搭配形象的PPT圖形進行講授，以加深學生印象。此外，為了引導學生思路，可進一步對這部分內(nèi)容進行引申，如現(xiàn)在知道了離子晶體的結(jié)合規(guī)則，那么自然界中有哪些常見的離子晶體結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)是否真的都滿足鮑林規(guī)則？又有那些科學家在發(fā)現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)方面做出了貢獻？

3.2 科肯達爾和科肯達爾效應

科肯達爾效應是《材料科學基礎(chǔ)》中"擴散"一章的重要內(nèi)容，為考試?？贾R點。科肯達爾效應在1947年被科肯達爾首次發(fā)現(xiàn)，它有悖于人們已知的常識。通過提出背景的講解，可進一步激發(fā)學生的創(chuàng)新思維和學習能動性。

科肯達爾效應的發(fā)現(xiàn)主要源于科肯達爾在讀研期間一個的好奇心。他在研究銅與鋅的擴散規(guī)律時，對已有的許多固體中擴散的實驗研究持懷疑態(tài)度，因此他堅持以自己的方法完成實驗。這個發(fā)現(xiàn)-使他對材料學界產(chǎn)生了長遠的影響，不僅證明了當時流行的原子直接換位的擴散機制是錯誤的，還證明了當時不被人承認的空位機制的正確性。1946年和他的學生將論文投給了AIME學報，在強烈的反對聲中出版社將出版日期推遲了6個月之久。有意思的是，后來證實科肯達爾效應的，正是反對科肯達爾的一位科學家的學生。

科肯達爾效應至今仍對自然科學有著深刻的影響，如現(xiàn)在被用于詮釋納米空心球的制備技術(shù)。從他的事跡中可見，在科學研究過程中，保持自己獨立的想法，不輕易迷信權(quán)威，才能夠在相應領(lǐng)域中有所突破。這樣的講述方式，不僅增加了學生的興趣，還給他們留下了思考空間，科肯達爾效應是如何用來解釋空心球形成機理的？還有其它的解釋嗎？跟這個解釋相比其它解釋的優(yōu)缺點是什么？等等，這些思考可使學生的創(chuàng)新能力得到極大鍛煉，尤其對于那些愿意思考、善于思考的同學。

3.3 吉布斯和吉布斯相律

吉布斯相律是《材料科學基礎(chǔ)》中二元相圖一章的重要內(nèi)容，而且內(nèi)容極其枯燥無味，那么如果在學生注意力不集中的時候，向他們解釋這段內(nèi)容為什么會這么枯燥，并順便引出吉布斯的生平，可能會極大引起他們的興趣。

吉布斯1863年獲得耶魯大學工程學博士學位，隨后擔任該校拉丁文和自然哲學助教。1866年-1869年赴歐洲留學，但回國后很長一段時間因為沒有發(fā)表論文而沒有任何薪水。直到1873年，34歲的吉布斯才發(fā)表了他的第一篇重要論文，即采用圖解法研究流體的熱力學，并在其后的論文中首次提出了三維相圖。1876年，吉布斯在康奈狄格科學院院報上發(fā)表了題為《論非均相物質(zhì)之平衡》的經(jīng)典之作的第一部分，1878年他完成了第二部分，就此他奠定了化學熱力學的基礎(chǔ)。這一長達三百頁的論文被認為是化學史上最重要的論文之一，相律就在此提出。由于吉布斯本人的純數(shù)學推導寫作風格和刊物發(fā)行量太小等緣故，這篇文章并沒有在美國大陸受到重視，但卻在歐洲受到同行的極度重視，1901年他獲得了當時科學界的最高榮譽-Copley獎。吉布斯似乎從不在乎別人的承認，他的論文很難看懂，也很少引用例子說明他的論證，以至于后來的科學家常常抱怨，如果當年吉布斯多說點，今日的熱力學也許就不會這么難讀了。吉布斯終身未婚，始終和妹妹及妹夫居住在耶魯大學附近的一間小屋子里，過著平靜的生活。吉布斯從來不炫耀自己的工作，他的心靈寧靜而恬淡，從不煩躁和惱怒，是篤志于事業(yè)而不乞求同時代人承認的罕見偉人[4]。

吉布斯的事跡給學生帶來的更多的是對待人生和事業(yè)的態(tài)度，可能會對一部分人帶來相當?shù)恼鸷澈蜕钊氲乃伎迹热缯f如何對待自己的生活和事業(yè)？這個故事到這里我們已經(jīng)完美的抓住了學生的興趣，后面我們就可以引入相律的具體內(nèi)容，如“我們下面就用這樣一個人生態(tài)度來看看吉布斯創(chuàng)造的這個相律”，在話語中不失時機的鼓勵他們認真專注的對待相律，相信學生會在余尤未盡的感覺中，有深入探究"看看這個怪人提出來的相律是什么樣一個東西"的沖動， 從而提高課堂效率，實現(xiàn)良好的課堂效果。

此外，通過引入名人事跡和重大發(fā)現(xiàn)的研究軌跡，可以詳細了解科學家研究材料專業(yè)知識的科學方法，比書本上單純的公式更加生動和有趣。其中相關(guān)概念和知識的形成過程為學生理解相關(guān)原理、研究材料性質(zhì)提供了很好的思路。材料科學家在科研上的精神和優(yōu)秀品質(zhì)也給予學生生活、學習上某種啟示，特別是他們對科學的那種嚴謹?shù)膽B(tài)度，尤其值得學生們學習[5]。目前針對《材料科學基礎(chǔ)》我們已經(jīng)收集到一百多個有關(guān)的材料科學家資料， 作為課程精品化的重要組成部分；另一方面，通過了解這些科學家的歷史，可能會對一些學生以后的科學生涯產(chǎn)生顯著的影響。

4 總結(jié)

針對學生們在《材料科學基礎(chǔ)》課堂學習中大量遇到的理解上的困難、思維停滯、興趣低落等現(xiàn)象，可以在課程的學習過程中合理的融入與課堂內(nèi)容相關(guān)的材料科學名人歷史和科研典故，讓學生體會到科學家的研究思路、科研歷程和生活軼事，由此可以提高學生對于專業(yè)課程的興趣和學習熱情、更好地融入專業(yè)領(lǐng)域、加深對專業(yè)知識的理解，同時也有利于促進學生創(chuàng)新思維的形成，是實現(xiàn)課程精品化的一個重要舉措。

[1] 余永寧. 材料科學基礎(chǔ)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006.

[2] 毛豐昕, 肖泓羽,曹 瀚, 等. 材料科學名人典故對“材料科學基礎(chǔ)”課程學習的影響[J]. 中國冶金教育, 2010(6):82-85.

[3] 賀哲豐, 楊 平. 名人典故在材料科學基礎(chǔ)教學中的作用[J].中國冶金教育, 2011(5):38-41.

[4] 楊 平.材料科學名人典故與經(jīng)典文獻[M].北京：高等教育出版社，2012.

[5] 寧向梅,李 謙. 材料科學基礎(chǔ)課程教學改革與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備, 2009,23(14):70-72.

(本文文獻格式：牛繼南, 張生輝, 王曉虹, 等.名人典故在《材料科學基礎(chǔ)》課程精品化建設中的作用[J].山東化工，2016，45(08)：131-133.)

The Role of Celebrity Allusions in Constructing Exquisite Course of Fundamentals of Materials Science

Niu Jinan, Zhang Shenghui, Wang Xiaohong, Gu Yongqin, Feng Peizhong, Ou Xuemei, QiangYinghuai

(School of Materials Science and Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116,China)

Through analysis of the developing status of Fundamentals of Materials Science course, it is proposed that the corresponding celebrity stories should be induced in the course, which can make students better understand scientists' research ideas, research processes and anecdotes of life, and further improve students' learning interest and enthusiasm in professional courses. This measure is not only beneficial to the formation of students' creative thinking, but also significant for improving quality of course attendance and achieving exquisiteness of the course.

celebrity stories; fundamentals of materials science; course reform; course exquisiteness

2016-03-07

2014年中國礦業(yè)大學青年教師教改項目(2014QN42)

通訊作者：牛繼南(1981—)，河南滎陽人，中國礦業(yè)大學材料科學與工程學院，副教授，主要從事無機多孔材料合成。

G642. 0

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1008-021X(2016)08-0131-03