【摘要】 文章从分析材料学专业材料科学基础教学中存在的问题,结合笔者对材料科学基础教学的经验,阐述了高等院校材料学专业材料科学基础改革的必要性,并对教学内容、教学方法等方面的改革进行了探讨。
【关键词】 材料学;材料科学基础;教学改革
材料是人类生存和发展的基础。纵观人类利用材料的历史,可以清楚地看到,每一种重要材料的发现和利用,都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平,给社会生产力和人类生活带来巨大的变化,把人类物质文明和精神文明向前推进一步。可以说没有半导体材料的开发和工业生产,便不可能有目前的计算机技术和现代信息技术革命;没有现代的高温高强度结构材料,便没有今天的宇航科技;没有低损耗的光导纤维,便不会出现光纤维的长距离传输,也无当前的光通信可言。高等院校深刻感受到材料对社会影响的方方面面,深刻认识到现代社会对材料学方面人才的需求。
我国各大高校纷纷设立了材料学院,并建立健全了材料学方面各类培养课程。材料科学基础是材料学专业学生必修的专业基础课。通过材料科学基础课程的学习, 可使学生掌握材料科学基础领域的基本理论知识和实验操作技能,以利于学生学习材料学专业的后续课程。[1-6]本论文通过分析材料学专业材料科学基础课程教学中存在的问题,阐明了材料学专业进行材料科学基础教学改革的必要性,并结合本人讲授材料科学基础过程中的体会,初步探讨了如何提高材料科学基础的教学效果,并对教学内容,教学方法等方面的改革进行了探讨。
1.材料学专业材料科学基础教学改革的必要性
随着现代社会对材料学人才的大量需求,材料学专业已逐步成为全国各大高校重要的组成部分,但由于专业的性质,材料学专业也是高校中最难学习的专业之一。要成为一个材料学专业合格的本科毕业生,既要具备化学方面的基础,又要物理方面的基础,还要掌握材料化学,材料物理等材料专业的知识。但由于学生大学学习的时间是有限的,这就造成材料学专业课程设置时,存在“课时紧,任务重” 的问题。以材料科学基础为例,材料学专业材料科学基础授课时间一般不少于120学时,而纵观全国各大高校材料学专业,材料科学基础通常为54学时,个别为72学时,且大多没有实验。这并不意味着材料学专业对材料科学基础的要求低,而是由于材料学专业课程多、学时紧等原因导致的无奈之举。材料科学基础学时少造成学生对材料科学基础的知识掌握肤浅,很难真正体会材料科学基础的本质,同时也影响了后续材料学专业课的学习。另外,不设材料科学基础实验,学生的动手能力得不到锻炼,在进行后续课程时没有任何基础,从而影响了其它材料学专业实验的顺利进行。总之,材料学专业材料科学基础教学存在的诸多弊端已严重地影响了材料学专业学生的正常学习,因此,材料学专业材料科学基础教学改革势在必行。
2.材料科学基础的课程内容和特点
材料科学基础是一门古老又新兴的课程,它是一门理论性强,内容丰富,掌握起来有相当难度的课程。同时,它也是一门重视实验,能够培养学生动手能力的课程。具体来讲,材料科学基础主要内容分为三大模块:第一模块为晶体结构和缺陷,包括各种晶体的空间结构、可能出现的各种缺陷及缺陷的表示法。本模块内容约占总学时的25%～35%;第二模块为原子及分子运动、材料的变形和再结晶,本模块内容约占总学时的45%～55%;第三模块为单元及多元相图,包括晶体的凝固和相图的关系、相图的分析等,本模块内容约占总学时的15%～25%。分析各模块的主要内容,可以提炼出材料科学基础主要包括晶体的结构及表示方法。[7-9]
3.材料学专业材料科学基础课程改革研究
3.1 教学内容改革
根据材料科学基础的主要内容和课程特点,结合材料学专业对材料科学基础的要求,我们对材料科学基础教学内容主要进行了如下改革:“精简内容,把握重点,强调相关。”材料科学基础经过上百年的发展,内容已经相当丰富,而且还在不断更新。如此庞大的内容仅仅通过短短的54学时或者72学时来顺利完成全部教学内容几乎是不可能的,因此,精简教学内容是材料科学基础教学必须进行的环节。针对材\料学专业的特点和材料学专业对材料科学基础的要求,并考虑到材料学专业材料科学基础没有实验的实际情况,我们对这三大模块进行了以下改革:首先,精简第三模块的内容,使其仅占总学时的5%,同时在第三模块中加入15%的实验内容,从而使学生掌握基本的实验操作;其次,把握第一模块的内容,第一模块为材料科学基础基础知识和基本理论,是材料科学基础学习的重点,这部分的学习可以使学生初步了解材料科学基础的本质,同时在第一模块增加材料科学基础的X衍射、透射电镜等基本的表征手段的学习,这部分内容达到总学时的40%;最后,强调第二模块中与材料学专业相关的材料科学基础内容, 占总学时的40%。第二模块的内容非常繁多,我们通过学习原子和分子的运动规律、材料的形变及再结晶规律,使学生能熟练掌握与材料学专业有关的材料科学基础知识,为后续材料学专业学习打下基础。
