无机材料物理化学课程教学实践与教学改革

[摘要]《无机材料物理化学》是材料学科无机非金属材料工程专业的主干课程,该课程从无机材料科学与工程中的基本共性规律出发,以材料科学的基本科学原理和方法来阐述无机材料组成、结构和性质关系的普遍规律,建设好本门课程对于学科建设和人才培养具有重要的意义。不断对《无机材料物理化学》课程进行教学改革以适应无机材料学科发展的新形式是培养更优秀的专业人才的必然趋势。本文在十余年教学实践经验的总结基础上,对《无机材料物理化学》课程教学实践与教学改革模式进行了探讨。

[关键词]无机材料物理化学;无机材料科学基础;教学实践;教学改革

[中图分类号]G642.0[文献标识码]A[文章编号]1005-4634(2010)05-0038-03

0引言

《无机材料物理化学》(无机材料科学基础)课程是四川大学无机非金属材料专业和生物医学工程专业(材料方向)本科生重要的专业基础理论课,也是研究生入学考试的考试科目,课程涉及了无机材料科学与工程领域中重要的基础理论知识,从材料共性的科学原理和方法来阐述无机材料组成、结构、性质和性能的关系,使学生掌握从静态、动态条件下解决无机材料制备和加工等工程领域的科学基础问题。并在强调无机材料科学基础的同时,使学生学会运用科学原理分析问题、解决问题的能力。课程对于构建无机材料类工程技术人员的知识体系,培养学生的思维及创新能力具有重要基础作用[1-3]。随着新时代课程体系的不断改革和调整,在课堂理论学时数减少、无机材料学科发展日新月异、知识信息量迅速增大的现实条件下结合自身特点进行教学改革探索,把课程建设好,对于学科的发展及专业人才的培养具有重要的意义[4]。

1课程教学实践和改革模式

20世纪90年代以前,在我国各大工科院校中《无机材料物理化学》(或称《无机材料科学基础》)课程前身一般为《硅酸盐物理化学》或《陶瓷材料物理化学》,其课程知识体系具有一定的局限性。自四川大学无机非金属材料科学与工程专业20世纪80年代末成立以来,瞄准学科发展趋势,将课程名称直接定位为《无机材料物理化学》至今,在教学计划中优化调整专业相关选修课程设置,强调了该课程在专业体系中的重要地位。随着无机材料科学的飞速发展,课程组始终以专业的培养计划和学科发展方向为指导,紧密围绕四川大学无机材料专业特色,充分利用自身优势条件,不断完善和发展《无机材料物理化学》知识体系,体现了四川大学专业培养目标,保证了课程的系统性和科学性。

1.1强化课堂理论教学

1)紧跟学科发展,保障课堂教学。在教学实践中,《无机材料物理化学》课程以无机材料的科学共性理论为基础,以实际无机材料科研和工程实践为导向,阐述无机材料的制备、组成、结构、性质和应用全过程的基本理论问题。课程按章节类型主要分为4个知识模块:无机材料结构及性质关系模块(包含晶体几何基础、晶体结构和结构缺陷)、无机材料表面界面模块(包含固体表面界面、浆体的胶体化学原理)、相转变模块(包括相变、熔体和玻璃体、相平衡)和高温动力学模块(包括扩散、固相反应和烧结)。在当今知识信息时代,针对无机材料科学领域迅速膨胀的知识信息量,将课程建设与学科发展相结合,不断更新最新版教材(近5年更新教材3次),通过自编课件讲义在教学中融入新材料领域最新的研究与成果,并将其不断融入课程各教学模块,不断优化完善课程教学内容,在有限的学时数中向学生传达尽可能多的知识。比如:在固体表面界面模块,以当今的热点主题——纳米科学与纳米材料、功能梯度复合材料来阐述材料表面界面的特性、拓展学生的视野;在熔体和玻璃体部分以非晶磁性合金(金属玻璃,Metal-glass)来展现学科发展新成果,阐明熔体向玻璃体转变的特征及影响因素,与课堂教学有机的结合为一体。

在教学实践中,借助课程组自身科研实例及工程科研实践来强化各知识模块的衔接与前后知识的连贯应用,如:在结构及性质模块部分的晶体结构及缺陷知识点在高温动力学部分扩散中的应用;同一模块的扩散知识点在固相反应、烧结章节的应用等。

从专业成立以来,课程组配备了精良的师资队伍,并不断在教学队伍中加入新兴力量,以经验丰富的老教师结合活力十足的青年骨干教师有力保障了课堂教学质量的稳定。目前课程组5位主讲教师中包括博士生导师2名(一位为教育部教学指导委员会委员)、教授1名、副研究员1名及讲师1名,课程组十分注重主讲教师的水平提升,2名教师先后出国进修、2名教师通过在职攻读获取博士学位、2名教师参加了教育部川大培训中心的双语教学培训。

2)教学方法多元化,进行素质教育[5,6]。重视现代教育技术在课堂中的应用,精心设计制作多媒体课件及教案,利用动画、视频、图片等多元化手段对学生进行全息式教学,适时穿插双语教学、专题讲座等形式,以增加课堂信息量,提高教学效率。比如:在晶体结构、晶体缺陷部分,广泛采用flash动画及视频将抽象的三维晶体结构以立体的、动态的形式展现出来,便于学生理解吸收;在公式推导环节,利用幻灯方式层层展示,讨论及研究环节结合传统板书推理、分析,帮助学生突破教学难点。

在课堂教学中重点突出,逐层展开,进行启发式、质疑式教学,激发同学的参与意识,形成良好的师生互动。该课程的基础理论性较强,为避免照本宣科、“灌注式”教学,通过多元化手段,积极发挥学生的主体性;通过大量实例及疑问来启发学生的逆向思维和发散思维;遇到学习中的重点难点,通过互动,研讨等方式加深学生印象,在课堂中有效质疑、设疑,引导学生讨论问题直至解决问题,抓住理论学习中的重难点;注重培养学生自主学习和创新能力。课程以方式方法教育和专业综合素质教育代替单纯知识理论的“死记硬背式”教育,引导学生进行独立思考,培养学生形成适合自己的学习方法。在教学实践中,通过定期跟踪学生学习效果,并不断收集学生教学评估反馈意见,打破以教师为主导按部就班的讲课观念,及时根据学生学习水平和层次灵活改变教学速度和方式,逐渐形成了以学生为中心的教学模式。实践证明:以学生为中心,学生在课堂上变被动为主动,有意识的参与到课堂学习与教学中,具有了敢想敢说的勇气,遇到有疑问或争议的问题敢于及时与教师沟通、研讨,并能针对教师所设置的实例向全班表达自己的观点。

1.2强化例题、习题教学

针对工科专业课程对于习题、课后练习普遍不重视的问题,本课程每章课堂均精选典型例题为基本点进行讲解,以点带面,辅以课后习题,加强题库建设,设置专项习题课,并以模拟考试等方式及时检查学生知识掌握情况。

1.3强化配套实验教学

针对无机材料科学理论与实践结合紧密的特点,课程组通过自身科研力量及学校“523实验室工程”、“211项目计划”等经费支持,购置大量新型教学设备。并打破传统课程实验对课程的依附地位(导致学生重视程度不够),设置独立的实验课学分,如:配合固体表面界面章节的学习,开设粉体zeta电位检测实验、粉体粒度分析实验;配合相平衡研究,开设差热及热重分析实验;配合固相反应章节的学习,开设固相反应速率常数测定等。并在第二课堂中鼓励学生根据所学理论,合理设计实验项目进行综合性创新实验研究。

1.4科研实际融入教学

充分结合自身科研情况,将最新的科研情况及学科前沿融入教学实例中,鼓励学生课后加入各类科研训练小组,使学生对所学基本理论和规律有了更形象、深刻的了解,激发学生的学习兴趣。如:将相平衡章节中的三元系统相图理论应用于生物玻璃、水泥及电子陶瓷制备的工艺指导中;将固相反应、烧结章节的基本原理应用在新型电子功能陶瓷、透明陶瓷的制备中等。

1.5广泛开设“第二课堂”

在教学实践中,笔者利用课堂内外时间广泛开设“第二课堂”,加深学生对知识点的理解和认识,提高学生的学习兴趣。“第二课堂”包括:①企业课堂:将教学理论融入生产实际,由课程主讲教师带领学生走进企业、工厂,并将课堂教学内容进行延伸,使理论规律与工业化大生产相结合。如:工厂中进行无机材料制备工艺中的原料选择、粉体加工处理、煅烧等与课程中的相平衡、表面界面结构、固相反应、烧结等章节知识点均有着直接的联系,在实习指导教师及企业工程技术人员及时的精心讲解与现场答疑解惑下,学生均能在生产实际中理论联系实际,切实巩固和加强课堂教学效果;②科研学术讲座:课程组不定期邀请国内外专家学者走进课堂为学生做专题报道,与学生交流,几年来,英国皇家科学院院士Tanner教授、日本千叶大学鲁云教授、美国田纳西大学杨云志博士、英国伦敦大学范强教授等专家学者及本专业部分博士生等结合课程特点给学生进行专题讲座与交流,有效的提高了学生对专业的兴趣;③综合性创新实验:教师利用自身科研力量大力支持、鼓励学生根据无机材料基本科学原理设计综合性创新实验,近年来课程组指导的本科生利用综合性创新实验所获得的科研结果发表SCI/EI收录论文十余篇。

1.6利用现代化网络资源进行教学互动

不断完善更新课程网站,将课程资源及配套资料及时的在网站上供学生阅览,方便学生自主学习,并以网络互动的形式加强与学生的交流,利用现代化的信息技术为课程建设服务。

2结束语

当今材料科学发展日新月异,笔者始终把建设《无机材料物理化学》课程提高到“建设无机材料学科”的高度,保持课程在四川大学无机材料专业的重要地位,在教学实践中加大教学改革力度,不断提高教学水平,以紧跟学科的发展速度。笔者广泛及时听取学生的评教意见,学校及教师的评估检查意见,通过各级会议与国内兄弟院校同行进行广泛的经验交流,强调精品课程建设的团队作战精神,发挥老、中、青教师的群体优势,结合自身科研的强势力量引领《无机材料物理化学》课程快速、健康地发展,为培养无机材料类专业技术人才,促进学科其他课程的全面发展发挥辐射示范作用。

参考文献

[1]宋晓岚.无机材料科学基础[M].北京:化学工业出版社,2005.

[2]潘群雄.无机材料科学基础[M].北京:化学工业出版社,2006

[3]张志杰.材料物理化学[M].北京:化学工业出版社,2005.

[4]宋晓岚.《无机材料科学基础》课程建设与教学改革探讨[J].理工高教研究,2004,23(2):109-111.

[5]王艳荣.《无机材料科学基础》教学实践与改革探讨[J].高教论坛,2007,(2):128-129.

[6]吴粦华,童曼霞,黄田富.《材料化学导论》精品课程建设的实践与思考[J].龙岩学院学报,2007,25(2):13-14.