趙志廣 瞿曉玲（韶關(guān)學(xué)院化學(xué)與土木工程學(xué)院，廣東韶關(guān)512005）

0 引言

材料工程基礎(chǔ)是材料科學(xué)領(lǐng)域的一門重要的基礎(chǔ)專業(yè)課程，旨在研究材料加工、生產(chǎn)、建造等過程中的動量理論，傳熱傳質(zhì)等。材料工程基礎(chǔ)是無機金屬材料工程專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，由于無機非金屬材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能千差萬別，易受原料、制備工藝等條件綜合影響。但是，由于該課程本質(zhì)上是高度理論性的，并且與生產(chǎn)和加工的實際過程密切相關(guān)，因此相對于該課程的內(nèi)容而言相對深奧、枯燥，這使學(xué)生難以理解和產(chǎn)生厭倦感。因此，本課程對于專業(yè)知識體系的系統(tǒng)構(gòu)建具有橋梁作用，也是學(xué)生建立材料學(xué)基本理論與應(yīng)用能力的重要基礎(chǔ)保障，該課程的教學(xué)質(zhì)量與效果直接影響學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)與創(chuàng)新應(yīng)用能力，對培養(yǎng)無機非金屬材料工程及相關(guān)專業(yè)學(xué)生的工程實踐能力具有無可代替的作用[1-2]。同時教學(xué)方式采用多元化，并對課堂進(jìn)行科學(xué)性、人性化的管理。

1 材料工程基礎(chǔ)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 課程教材設(shè)計迥異

目前各高校的材料學(xué)相關(guān)專業(yè)均設(shè)置材料工程基礎(chǔ)課程作為專業(yè)基礎(chǔ)或核心課程，但所用的教材卻千差萬別。例如：武漢理工大學(xué)出版的材料工程基礎(chǔ)以材料制備的“三傳一反”現(xiàn)象為主線，通過揭示動量、能量和質(zhì)量傳遞的本質(zhì)，介紹流體力學(xué)、傳熱學(xué)、傳質(zhì)學(xué)等基礎(chǔ)理論知識，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合物料干燥與燃料燃燒兩個應(yīng)用，串聯(lián)整個知識結(jié)構(gòu)。北京航空航天大學(xué)出版的材料工程基礎(chǔ)則廣泛介紹陶瓷、金屬以及有機高分子材料的成型過程中的原理、工藝以及技術(shù)，重點論述材料制備、材料加工、材料改性以及材料復(fù)合過程中的基本原理與工藝特點[3]。不同學(xué)校的材料工程基礎(chǔ)課程側(cè)重點不同，選用教材來源不同，教學(xué)內(nèi)容也有差別，導(dǎo)致老師和學(xué)生在閱讀相關(guān)資料的過程中無所適從。

1.2 課程教學(xué)內(nèi)容理論性強

針對本學(xué)院無機非金屬材料工程專業(yè)的發(fā)展特點，材料工程基礎(chǔ)課程主要涉及硅酸鹽材料，其制備過程中往往需要高溫煅燒，這其中動量、能量和質(zhì)量三種傳遞現(xiàn)象是其主要過程，學(xué)習(xí)這三種現(xiàn)象的本質(zhì)對于正確理解無機非金屬材料的制備原理具有重要意義。而這些現(xiàn)象一方面非常貼近工程實踐，另一方面在講解和學(xué)習(xí)過程中比較抽象，導(dǎo)致存在理論性強的特點。基本概念也繁多，理論知識龐雜，有些理論需要數(shù)學(xué)推導(dǎo)，對學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣下降，學(xué)習(xí)難度增大。

1.3 章節(jié)知識點關(guān)聯(lián)薄弱

材料的種類繁多，涉及的制備工藝千差萬別，導(dǎo)致課程內(nèi)容中知識點跨度非常大[4]。比如：第一章流體力學(xué)主要介紹流體流動過程中基本理論和規(guī)律，而第二章傳熱學(xué)主要介紹熱量傳遞的基本規(guī)律，二者之間雖然具有相似性，但是所遵循的具體理論與學(xué)習(xí)方法完全不同。這就導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中學(xué)習(xí)不連貫、知識點掌握不牢固。另外，內(nèi)容上的跨度大也會造成教學(xué)知識點繁多，且各知識點之間沒有明顯的關(guān)聯(lián)性，教學(xué)內(nèi)容綜合性很強，因此需重新梳理知識體系，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計方法。

2 關(guān)鍵問題分析

根據(jù)材料工程基礎(chǔ)各章節(jié)內(nèi)容的特點，教學(xué)內(nèi)容設(shè)計上擬將教材中的章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行模塊化整理、分類，主要包括動量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞三個模塊以及應(yīng)用模塊，如表1 所示。另外，材料工程基礎(chǔ)實驗及課程設(shè)計單獨設(shè)課，為實踐教學(xué)。

3 基于思維導(dǎo)圖與工程實例選擇性滲透的材料工程基礎(chǔ)課程優(yōu)化設(shè)計及教學(xué)改革探索

在前期的探索基礎(chǔ)上，筆者對材料工程基礎(chǔ)課程中的眾多知識點進(jìn)行有機關(guān)聯(lián)，在繼續(xù)沿用模塊化課程設(shè)計的基礎(chǔ)上，選取典型工程實例為主線，將不同的教學(xué)模塊進(jìn)行整體串聯(lián)，有助于提高課程內(nèi)部知識體系的邏輯性和關(guān)聯(lián)性[5]。具體來說，項目實施過程主要是同一模塊內(nèi)部采取思維導(dǎo)圖方法對各個知識點進(jìn)行有機整合和關(guān)聯(lián)，不同模塊之間通過工程實例進(jìn)行整體串聯(lián)。

3.1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、凝練教學(xué)重點

根據(jù)本學(xué)院專業(yè)設(shè)置特點，結(jié)合本地就業(yè)特點與學(xué)生興趣，我們針對水泥、陶瓷、耐火材料等傳統(tǒng)硅酸鹽材料以及新型材料的制備工藝特征，我們的教學(xué)內(nèi)容主要介紹硅酸鹽材料生產(chǎn)與應(yīng)用過程中常見的流體（煙氣、空氣以及液體）流動問題、高效傳熱與換熱問題、燃燒理論與燃燒器等，從而形成切合實際的教學(xué)體系。

3.2 優(yōu)化教學(xué)設(shè)計、強化教學(xué)效果

通過分析同一模塊以及模塊之間知識點之間的關(guān)聯(lián)性，構(gòu)建課程內(nèi)部的關(guān)聯(lián)模型，借助思維導(dǎo)圖的理念和工具，直觀地將知識點之間的關(guān)系圖呈現(xiàn)給學(xué)生。此外，無機非金屬材料制備全過程中往往涉及流體力學(xué)基礎(chǔ)、傳熱和傳質(zhì)、燃料及燃燒等所有知識，因此，選取代表性的工程實例，結(jié)合課程背景及應(yīng)用的講解，可以以具體的工程實例為主線，將不同模塊之間有機地串聯(lián)起來。

表1 材料工程基礎(chǔ)課程主要內(nèi)容

3.3 改進(jìn)教學(xué)方法

材料工程基礎(chǔ)是典型的應(yīng)用型綜合性較強的學(xué)科，理論性較強，采用傳統(tǒng)的講授法（LBL）能充分發(fā)揮教師對學(xué)生進(jìn)度的掌控，利于學(xué)生系統(tǒng)性的全面學(xué)習(xí)[6-7]。對于實踐綜合應(yīng)用型章節(jié)，如燃料燃燒、物料干燥等，采用PBL 法進(jìn)行教學(xué)，教師以應(yīng)用背景為引導(dǎo)，5-6 個學(xué)生為一組，通過預(yù)先查資料，并及時交流討論，然后制成PPT 或相關(guān)材料，由一名學(xué)生講解同時回答提問。在各組學(xué)生講解結(jié)束后，教師根據(jù)情況對各個知識點和講解重難點進(jìn)行點評和總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和應(yīng)用能力。

3.4 豐富教學(xué)手段

教學(xué)手段的改革目的就是要提高課程教學(xué)內(nèi)容的形象性、生動性和通俗易懂性，提高教與學(xué)的效率，提高教學(xué)質(zhì)量。采用現(xiàn)代教育技術(shù)，形成課程結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)，集視聽、教案、習(xí)題、知識于一體。創(chuàng)造性地利用數(shù)值模擬（MATLAB、ANSYS）的方法，對流體力學(xué)、傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行全方位立體呈現(xiàn)，增強學(xué)生的視覺感，提高教學(xué)質(zhì)量[8]。最終，設(shè)計和完善與課程配套的教案、習(xí)題、課件和視頻文件等多種教學(xué)資料。

4 結(jié)語

目前，材料工程基礎(chǔ)的相關(guān)教材及教學(xué)過程均將不同知識內(nèi)容劃分為模塊，造成知識點之間以及不同知識模塊之間的關(guān)聯(lián)性降低。我們以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣為根本目標(biāo)來優(yōu)化材料工程基礎(chǔ)課程知識體系。以實用性較高的思維導(dǎo)圖模式，并結(jié)合典型工程案例，對課程知識內(nèi)容進(jìn)行整合、優(yōu)化，結(jié)合先進(jìn)的教學(xué)法，實現(xiàn)教師為主體和學(xué)生為主體的兩種教學(xué)模式相結(jié)合，打通理論課和實驗課鴻溝，實現(xiàn)理實一體化教學(xué)，為學(xué)生個性發(fā)展與素質(zhì)和能力培養(yǎng)創(chuàng)設(shè)條件與環(huán)境。