“无机材料物理性能”课程改革研究
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摘要：“无机材料物理性能”是无机非金属材料工程专业的核心课程，课程重在培养学生对材料物理性能问题的分析、解决能力和实验技能，为研发先进功能材料打下坚实的基础。文章针对实际教学过程中暴露的理论性太强、教学内容枯燥、实践教学环节相对薄弱等问题，分析了其出现的原因，指出进行教学改革的必要性，同时提出了改进教学内容和教学方法等方面的建议。
关键词：无机材料物理性能；教学改革；理论教学；实验教学
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）28-0074-02
无机材料指由无机物单独或混合其他物质制成的材料，主要包括陶瓷材料、人工晶体、功能玻璃等。无机材料在现代工业生产和科学研究中具有广泛应用，从微观结构角度设计策略是开发新材料的重要途径。为了培养学生具备设计满足工业需要的新型无机材料的能力，需要学生深入了解无机材料的组成、结构以及各项物理性能。“无机材料物理性能”课程主要讲述无机材料的力学性能、热学性能、光学性能、导电性能、介电性能、磁学性能等基础知识和作用原理[1]，通过学习本课程可使学生了解无机材料物理性能的表征、测试方法与设备，熟悉目前新型无机材料的发展趋势、物理性能和应用。但是，目前“无机材料物理性能”课程的教学以理论教学为主，实践教学环节比较欠缺[2]，即使理论联系实际，也往往限于举例介绍的层面上。此外，由于理论内容与实际脱节，导致刚工作的毕业生无从下手。
为了锻炼本科生科研能力的实践环节，提高学生的学习兴趣，真正掌握课程内容并能学以致用，本文通过提炼五年来对该课程的教学心得，探讨了“无机材料物理性能”的教学改革方法。
一、“无机材料物理性能”课程教学改革的内容和具体措施
（一）教改内容
为了提高学生的学习兴趣，提升课程的学习效果，“无机材料物理性能”课程教学改革应从以下两方面入手。
第一，教学内容是课程的核心，凝练、饱满、合理的教学内容对激发学生的学习兴趣、帮助学生理解课程的知识体系和掌握相关知识技能至关重要。因此首先应对教学内容进行改革，具体有如下三点重要内容：（1）提炼传统教学内容，重点讲授精品内容，如“无机材料物理性能”的力学和断裂性能、导电和介电性能等。（2）增加密切联系实际的内容，尤其是基于不同物理性能的材料应用内容，如特种陶瓷材料在航空航天和生物医学领域的应用、无机发光材料在半导体照明和显示领域的应用、介电和压电陶瓷在精密仪器和控制领域的应用等，培养学生对无机材料物理性能的学习兴趣。而在教学过程中，要适当增加案例教学，使其与理论教学内容相辅相成，深入浅出，以此来巩固理论知识，提高学生的实践创新能力[3]。（3）在理论教学和实践教学中加入无机材料合成和应用的相关内容，有利于学生在掌握材料物理性能的同时，熟悉材料的制备工艺和实际应用，从而为从事相关工作打好基础。
第二，良好、恰当的教学方法是向学生传授知识的有效手段，也是教学改革的重点。为此，要有效利用多媒体和实验室，开发内容丰富、实用的课堂演示和实践教学内容：（1）对于理论教学中提到的各种材料性能，有目的地设置课堂演示，引导学生思考、理解并深入课程内容。在授课过程中，减少公式推导，设计、增加图片、动画和视频展示有趣的物理现象；增加课程教学互动，通过提问、课堂讨论、翻转课堂等形式，鼓励学生提出自己的见解和想法；寻找与无机材料物理性能相关的实际问题或最新的科研文章供学生理解和探讨，促进学生对相关内容的学习和理解。（2）加大实践课程的比例，更多地让学生亲自动手实践。设计不同的实验环境，让学生在实践中发现问题，并找到解决方法。结合实际的科研项目，设计一些有针对性的实验，将课堂讲授的理论内容紧密地联系实际应用。（3）对于与科技发展密切、不断更新的教学内容，如新型特种功能陶瓷材料、石墨烯等碳纳米材料、新型无机发光材料等，在讲授理论内容时给学生介绍最新的研究进展和热点问题，传递国内外最新研究进展与教学内容的关系，激发学习兴趣，培养学生的创新能力。
（二）教学改革中要解决的关键问题
“无机材料物理性能”课程教学改革的最终目的是探求一套新颖、实用的课程教学方法，完善并精练教学内容，以课堂内容激发学生的求知欲，以实验教学锻炼学生的实践能力，使学生在新教学模式下掌握基本概念、物理本质、影响因素及其在材料分析中的应用，掌握提高无机材料物理性能的主要方法和手段，同时对无机材料物理性能的测试原理、方法及相关仪器设备有所了解，培养学生分析和解决问题的能力和实验技能，为研发先进功能材料打下坚实基础。因此，教改过程中需要着重解决两个关键问题：（1）旧的教学模式中有一部分教学内容陈旧，改革后的课程应与时俱进，增加新颖、实用的分析技术，使课堂所学密切联系实际，激发学生兴趣。（2）旧的教学过程中有些内容理论推导过多，没有突出物理意义，这导致学生对课程核心思想理解不深入。针对此情况，应开发相关演示和学生实验，使学生在实践中加深对知识的理解。
（三）教学改革的具體措施
现代教学理念强调要尊重学生的主体地位，教学过程中要注重激发学生的兴趣和激情，同时结合学生的个性和特长，让学生在学习中成为积极参与者，而不再是被动的接受者[4]。故在教学改革过程中应采取教师讲授与翻转课堂相结合、理论教学与实践教学相促进的教学方式，多观察学生的课堂反应，总结教学效果，查找教学问题。为此，教改采取的具体措施有：（1）为培养学生的学习兴趣，优化、凝练、提升教学内容，尤其注重增加密切联系实际的内容。如追踪国内外无机材料的发展动态，将新型微纳材料、光电材料、智能材料、能源与环境材料等内容补充进来，并与传统的授课内容有机结合。（2）根据课程需求，适当地设置课堂演示和实验环节，增大实践课程的比例，或者模拟工业环境，让学生切实参与进来，以此激发他们自主学习和实践的欲望。设计开发“新型非稀土发光材料的合成与光谱特性”、“透明半导体薄膜的霍尔效应和应用”等具有前沿性和实用性的实验项目，及时安排实验课，以巩固对课堂内容的理解。逐步开设一些创新性实验，结合课程内容设计大学生创新性实验计划项目，鼓励学生多多参与，提高学生的专业素质和实践能力。此外，可结合教师的科研课题设计实践内容，针对项目要求开展实验设计和分析，培养学生的科研能力。
二、教学改革后新教学模式的特色
改革后新的“无机材料物理性能”课程教学模式具有以下特色：
第一，突出了前沿性和应用性。教学内容中增大了与生产实际密切联系的内容比例，突出理论和应用的有机结合，注重实验项目的创新性和实用性，培养学生解决实际问题的能力，使学生由学习型向能力型转化。在教学内容上，力求使学生掌握影响无机材料物理性能的关键因素和提高材料物理性能的方法和手段，能根据不同无机材料对其物理性能进行优化设计和提高。培养学生综合运用所学的物理性能理论、方法和技术手段分析和解决实际工程问题的能力，并能够根据实际要求进行无机材料的生产和设计。
第二，扩大了学生的受益面。“无机材料物理性能”不仅是无机非金属材料工程专业学生的专业课，还可作为其他专业的选修课。选修课更应注重知识的普及和视野的拓展，而新教学模式下的前沿技术可使更多专业受益。
第三，教学资源更加丰富。为配合课堂讲授和实验演示，完善了相关的电子教案、课程案例等，信息量更大，实用性更强，可使学生更深入地理解和掌握所学知识，真正提高实践能力。
三、结束语
随着材料科学的发展进步和社会要求的提高，“无机材料物理性能”课程体系与教学内容改革要适应社会发展，与时俱进。改革任务长期而艰巨，我们必须不断地探索与实践，使课程改革取得最佳效果。
参考文献：
[1]关振铎，张中太，焦金生.无机材料物理性能[M].北京：清华大学出版社，2011.
[2]李晶.《无机材料物理性能》课程教学模式的改革[J].广东化工，2018，45（3）：221，203.
[3]崔虹燕.案例教学与课题实践有效结合的教学改革新模式[J].科技信息，2009，（31）：211，218.
[4]冀俊忠.落实科学发展观，深化“人工智能”课程的教学改革[J].计算机教育，2009，（24）：105-107.
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