1、無機材料物理化學課程教學實踐與教學改革摘要無機材料物理化學是材料學科無機非金屬材料工程專業的主干課程,該課程從無機材料科學與工程中的基本共性規律出發,以材料科學的基本科學原理和方法來闡述無機材料組成、結構和性質關系的普遍規律,建設好本門課程對于學科建設和人才培養具有重要的意義。不斷對無機材料物理化學課程進行教學改革以適應無機材料學科發展的新形式是培養更優秀的專業人才的必然趨勢。本文在十余年教學實踐經驗的總結基礎上,對無機材料物理化學課程教學實踐與教學改革模式進行了探討。關鍵詞無機材料物理化學;無機材料科學基礎;教學實踐;教學改革中圖分類號G642.0文獻標識碼A文章編號1005-4634(20

2、10)05-0038-030引言無機材料物理化學(無機材料科學基礎)課程是四川大學無機非金屬材料專業和生物醫學工程專業(材料方向)本科生重要的專業基礎理論課,也是研究生入學考試的考試科目,課程涉及了無機材料科學與工程領域中重要的基礎理論知識,從材料共性的科學原理和方法來闡述無機材料組成、結構、性質和性能的關系,使學生掌握從靜態、動態條件下解決無機材料制備和加工等工程領域的科學基礎問題。并在強調無機材料科學基礎的同時,使學生學會運用科學原理分析問題、解決問題的能力。課程對于構建無機材料類工程技術人員的知識體系,培養學生的思維及創新能力具有重要基礎作用1-3。隨著新時代課程體系的不斷改革和調整,在

3、課堂理論學時數減少、無機材料學科發展日新月異、知識信息量迅速增大的現實條件下結合自身特點進行教學改革探索,把課程建設好,對于學科的發展及專業人才的培養具有重要的意義4。1課程教學實踐和改革模式20世紀90年代以前,在我國各大工科院校中無機材料物理化學(或稱無機材料科學基礎)課程前身一般為硅酸鹽物理化學或陶瓷材料物理化學,其課程知識體系具有一定的局限性。自四川大學無機非金屬材料科學與工程專業20世紀80年代末成立以來,瞄準學科發展趨勢,將課程名稱直接定位為無機材料物理化學至今,在教學計劃中優化調整專業相關選修課程設置,強調了該課程在專業體系中的重要地位。隨著無機材料科學的飛速發展,課程組始終以專

4、業的培養計劃和學科發展方向為指導,緊密圍繞四川大學無機材料專業特色,充分利用自身優勢條件,不斷完善和發展無機材料物理化學知識體系,體現了四川大學專業培養目標,保證了課程的系統性和科學性。1.1強化課堂理論教學1)緊跟學科發展,保障課堂教學。在教學實踐中,無機材料物理化學課程以無機材料的科學共性理論為基礎,以實際無機材料科研和工程實踐為導向,闡述無機材料的制備、組成、結構、性質和應用全過程的基本理論問題。課程按章節類型主要分為4個知識模塊:無機材料結構及性質關系模塊(包含晶體幾何基礎、晶體結構和結構缺陷)、無機材料表面界面模塊(包含固體表面界面、漿體的膠體化學原理)、相轉變模塊(包括相變、熔體和

5、玻璃體、相平衡)和高溫動力學模塊(包括擴散、固相反應和燒結)。在當今知識信息時代,針對無機材料科學領域迅速膨脹的知識信息量,將課程建設與學科發展相結合,不斷更新最新版教材(近5年更新教材3次),通過自編課件講義在教學中融入新材料領域最新的研究與成果,并將其不斷融入課程各教學模塊,不斷優化完善課程教學內容,在有限的學時數中向學生傳達盡可能多的知識。比如:在固體表面界面模塊,以當今的熱點主題納米科學與納米材料、功能梯度復合材料來闡述材料表面界面的特性、拓展學生的視野;在熔體和玻璃體部分以非晶磁性合金(金屬玻璃,Metal-glass)來展現學科發展新成果,闡明熔體向玻璃體轉變的特征及影響因素,與課

6、堂教學有機的結合為一體。在教學實踐中,借助課程組自身科研實例及工程科研實踐來強化各知識模塊的銜接與前后知識的連貫應用,如:在結構及性質模塊部分的晶體結構及缺陷知識點在高溫動力學部分擴散中的應用;同一模塊的擴散知識點在固相反應、燒結章節的應用等。從專業成立以來,課程組配備了精良的師資隊伍,并不斷在教學隊伍中加入新興力量,以經驗豐富的老教師結合活力十足的青年骨干教師有力保障了課堂教學質量的穩定。目前課程組5位主講教師中包括博士生導師2名(一位為教育部教學指導委員會委員)、教授1名、副研究員1名及講師1名,課程組十分注重主講教師的水平提升,2名教師先后出國進修、2名教師通過在職攻讀獲取博士學位、2名

7、教師參加了教育部川大培訓中心的雙語教學培訓。2)教學方法多元化,進行素質教育5,6。重視現代教育技術在課堂中的應用,精心設計制作多媒體課件及教案,利用動畫、視頻、圖片等多元化手段對學生進行全息式教學,適時穿插雙語教學、專題講座等形式,以增加課堂信息量,提高教學效率。比如:在晶體結構、晶體缺陷部分,廣泛采用flash動畫及視頻將抽象的三維晶體結構以立體的、動態的形式展現出來,便于學生理解吸收;在公式推導環節,利用幻燈方式層層展示,討論及研究環節結合傳統板書推理、分析,幫助學生突破教學難點。在課堂教學中重點突出,逐層展開,進行啟發式、質疑式教學,激發同學的參與意識,形成良好的師生互動。該課程的基礎

8、理論性較強,為避免照本宣科、“灌注式”教學,通過多元化手段,積極發揮學生的主體性;通過大量實例及疑問來啟發學生的逆向思維和發散思維;遇到學習中的重點難點,通過互動,研討等方式加深學生印象,在課堂中有效質疑、設疑,引導學生討論問題直至解決問題,抓住理論學習中的重難點;注重培養學生自主學習和創新能力。課程以方式方法教育和專業綜合素質教育代替單純知識理論的“死記硬背式”教育,引導學生進行獨立思考,培養學生形成適合自己的學習方法。在教學實踐中,通過定期跟蹤學生學習效果,并不斷收集學生教學評估反饋意見,打破以教師為主導按部就班的講課觀念,及時根據學生學習水平和層次靈活改變教學速度和方式,逐漸形成了以學生

9、為中心的教學模式。實踐證明:以學生為中心,學生在課堂上變被動為主動,有意識的參與到課堂學習與教學中,具有了敢想敢說的勇氣,遇到有疑問或爭議的問題敢于及時與教師溝通、研討,并能針對教師所設置的實例向全班表達自己的觀點。1.2強化例題、習題教學針對工科專業課程對于習題、課后練習普遍不重視的問題,本課程每章課堂均精選典型例題為基本點進行講解,以點帶面,輔以課后習題,加強題庫建設,設置專項習題課,并以模擬考試等方式及時檢查學生知識掌握情況。1.3強化配套實驗教學針對無機材料科學理論與實踐結合緊密的特點,課程組通過自身科研力量及學校“523實驗室工程”、“211項目計劃”等經費支持,購置大量新型教學設備

10、。并打破傳統課程實驗對課程的依附地位(導致學生重視程度不夠),設置獨立的實驗課學分,如:配合固體表面界面章節的學習,開設粉體zeta電位檢測實驗、粉體粒度分析實驗;配合相平衡研究,開設差熱及熱重分析實驗;配合固相反應章節的學習,開設固相反應速率常數測定等。并在第二課堂中鼓勵學生根據所學理論,合理設計實驗項目進行綜合性創新實驗研究。1.4科研實際融入教學充分結合自身科研情況,將最新的科研情況及學科前沿融入教學實例中,鼓勵學生課后加入各類科研訓練小組,使學生對所學基本理論和規律有了更形象、深刻的了解,激發學生的學習興趣。如:將相平衡章節中的三元系統相圖理論應用于生物玻璃、水泥及電子陶瓷制備的工藝指

11、導中;將固相反應、燒結章節的基本原理應用在新型電子功能陶瓷、透明陶瓷的制備中等。1.5廣泛開設“第二課堂”在教學實踐中,筆者利用課堂內外時間廣泛開設“第二課堂”,加深學生對知識點的理解和認識,提高學生的學習興趣。“第二課堂”包括:企業課堂:將教學理論融入生產實際,由課程主講教師帶領學生走進企業、工廠,并將課堂教學內容進行延伸,使理論規律與工業化大生產相結合。如:工廠中進行無機材料制備工藝中的原料選擇、粉體加工處理、煅燒等與課程中的相平衡、表面界面結構、固相反應、燒結等章節知識點均有著直接的聯系,在實習指導教師及企業工程技術人員及時的精心講解與現場答疑解惑下,學生均能在生產實際中理論聯系實際,切

12、實鞏固和加強課堂教學效果;科研學術講座:課程組不定期邀請國內外專家學者走進課堂為學生做專題報道,與學生交流,幾年來,英國皇家科學院院士Tanner教授、日本千葉大學魯云教授、美國田納西大學楊云志博士、英國倫敦大學范強教授等專家學者及本專業部分博士生等結合課程特點給學生進行專題講座與交流,有效的提高了學生對專業的興趣;綜合性創新實驗:教師利用自身科研力量大力支持、鼓勵學生根據無機材料基本科學原理設計綜合性創新實驗,近年來課程組指導的本科生利用綜合性創新實驗所獲得的科研結果發表SCI/EI收錄論文十余篇。1.6利用現代化網絡資源進行教學互動不斷完善更新課程網站,將課程資源及配套資料及時的在網站上供

13、學生閱覽,方便學生自主學習,并以網絡互動的形式加強與學生的交流,利用現代化的信息技術為課程建設服務。2結束語當今材料科學發展日新月異,筆者始終把建設無機材料物理化學課程提高到“建設無機材料學科”的高度,保持課程在四川大學無機材料專業的重要地位,在教學實踐中加大教學改革力度,不斷提高教學水平,以緊跟學科的發展速度。筆者廣泛及時聽取學生的評教意見,學校及教師的評估檢查意見,通過各級會議與國內兄弟院校同行進行廣泛的經驗交流,強調精品課程建設的團隊作戰精神,發揮老、中、青教師的群體優勢,結合自身科研的強勢力量引領無機材料物理化學課程快速、健康地發展,為培養無機材料類專業技術人才,促進學科其他課程的全面發展發揮輻射示范作用。參考文獻1宋曉嵐.無機材料科學基礎M.北京:化學工業出版社,2005.2潘群雄.無機材料科學基礎M.北京:化學工業出版社,20063張志杰.材料物理化學M.北京:化學工業出版社,2005.4宋曉嵐.無機材料科學基礎課程建設與教學改革探討J.理工高教研究,200