劉榮梅

安徽工程大學生物與化學工程學院,安徽蕪湖,241000

基于化學基礎知識背景的金屬材料工程專業(yè)物理化學課程教學研究

劉榮梅

安徽工程大學生物與化學工程學院,安徽蕪湖,241000

根據金屬材料專業(yè)人才培養(yǎng)方案,從課程內容的安排、教學方法的運用以及考核方法的改進等方面,探討物理化學課程教學改革,認為:在課程內容安排上,應選擇與學生未來崗位需要和職業(yè)發(fā)展需要的知識,剔除理論性強而實際生產難以用到的內容,同時引入學科前沿知識;在教學方法的運用上,應采取多媒體教學與傳統(tǒng)板書相結合的方法,充分發(fā)揮兩種教學方法的優(yōu)勢,從而提高教學效果;在考核方法上 ,在傳統(tǒng)考核方法的基礎上,引入以章為單位的學習過程考核,提高平時成績的比例,以促進學生平時學習。

物理化學;金屬材料工程專業(yè);教學研究

金屬材料工程專業(yè)的培養(yǎng)目標是培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展、誠信實干、基礎扎實、實踐能力強、綜合素質高、具有創(chuàng)新精神,具備金屬材料基礎理論、鑄造及熱處理、表面工程等專業(yè)方向相關的工程技術知識,能在冶金、金屬材料的制備、金屬材料的鑄造成型及熱處理、材料結構研究與分析、材料表面處理等領域從事科學研究、技術與產品開發(fā)、工藝和設備設計、生產和經營管理等方面的應用型高級工程技術人才。物理化學是運用物理的原理和方法來研究化學變化的基本規(guī)律和理論,它所研究的是普遍適用于各個化學分支的理論問題,金屬材料的制備、鑄造成型及熱處理、材料表面處理等都需要物理化學的基礎理論知識為指導,因此,要實現該培養(yǎng)目標,學生必須掌握物理化學知識。但是,由于物理化學涉及到的知識面廣,應用條件嚴格,使用靈活,且較難理解,尤其是金屬材料專業(yè)學生只有高中化學知識背景,教師感到難教,學生感到難學,再加上課程內容較多而課時較少,更增加了教學難度。如何提高教學質量,是物理化學課程教學中必須面對和思考的問題。本文結合金屬材料專業(yè)人才培養(yǎng)方案,從課程內容的安排、教學方法的運用、考核方法的改進等方面談幾點教學體會,供同行們參考。

1 課程內容的安排與選擇

工科院校金屬材料工程專業(yè)培養(yǎng)的學生來說,今后走上工作崗位要接觸材料的合成、表面處理技術及應用等生產工藝,這就要求教師在選擇課程內容方面盡量切合本專業(yè)學生的需要。目前,安徽工程大學金屬材料工程專業(yè)選用的教材為葛華才等主編的《物理化學》(多媒體版)教材。該教材共 10章,涵蓋了化學熱力學(熱力學第一定律、熱力學第二定律、多組分系統(tǒng)熱力學、化學平衡、相平衡、電化學、界面現象、膠體化學)、化學動力學及統(tǒng)計熱力學三部分的內容[1]。對于金屬材料工程專業(yè)的學生來講,對理論知識的深度要求不高,所以化學動力學的反應速率理論、統(tǒng)計熱力學等內容屬于理論性很強的內容,可以略去不講[2-3]。熱力學第二定律研究的是變化的方向和限度的問題,主要涉及三個過程方向的判據,該部分中的麥克斯韋關系式等一些關系式的推導等應用性不強,也可以略去不講。對于膠體化學內容一般只安排 2個學時,簡單地講述膠體的基本性質及制備等,至于涉及高分子溶液方面的理論知識也可以略去不講。而對于在工程實踐中應用到的一些知識,必須重點講授。例如,熱力學第一定律和熱力學第二定律在工程實踐中應用非常廣泛,前者解決能量守恒及轉化的問題,后者解決變化方向與限度問題,兩者都是工科學生在未來的學習與工作中經常要用到的知識,所以要重點講授,同時要求學生加強這部分內容的學習。另外,根據金屬材料工程專業(yè)的特點,還要加強一些重要知識點的講授。例如,金屬材料工程專業(yè)的學生將來會接觸到金屬材料的鑄造成型及熱處理等知識,這就要求學生必須認識單組分、兩組分等金屬及合金的相圖,并且能夠繪制,因此教師應詳細講授這部分內容。在課時有限的情況下,對于其他組分的相圖可以不講。金屬材料工程專業(yè)學生將來會接觸大量與表面化學相關的知識,在講解電化學及界面平衡時,可以結合生產生活實例來講,為將來的專業(yè)課學習和應用打好基礎。

課程內容選擇上,還需要將物理化學與前沿科學知識相結合,開闊學生的視野,讓學生加深對知識點的理解。前沿的新材料(或稱先進材料)是指那些新近發(fā)展或正在發(fā)展之中的具有比傳統(tǒng)材料的性能更為優(yōu)異的一類材料。新材料是指新近發(fā)展的或正在研發(fā)的、性能超群的一些材料,具有比傳統(tǒng)材料更為優(yōu)異的性能。新材料技術則是按照人的意志,通過物理研究、材料設計、材料加工、試驗評價等一系列研究過程,創(chuàng)造出能滿足各種需要的新型材料的技術。新材料包含特種金屬功能材料,如高純金屬及靶材、稀貴金屬、儲能材料、新型半導體材料、新一代非晶材料、精細合金等;高端金屬結構材料,如高溫合金及耐蝕合金、耐蝕鋼、特種不銹鋼、工模具鋼、軸承鋼、齒輪鋼,軌道交通用鋁合金、特種鎂合金及鈦合金等。尤其是把金屬及合金新材料納米化,金屬材料工程專業(yè)的學生將來會接觸到這些新材料的制備及表面處理等知識,如納米金屬材料的制備——利用膠體化學中具有納米尺寸的油包水膠束作為納米反應器,選擇不同的表面活性劑,從而合成了各種納米金屬及合金材料;利用物理化學中界面現象在界面上生長納米金屬粒子等,尤其是現在研究比較熱門的高能面暴露的金屬及合金的納米晶的合成,以及納米金屬及合金在催化等領域的應用,可以大大提高催化效率,可能會對現在廣泛存在的環(huán)境及能源問題產生深遠的影響。這些方面知識的拓展,會大大提高學生的學習熱情和創(chuàng)新意識,從而大大地提高教學效果。

2 多媒體與板書相結合的教學方法

多媒體教學是利用計算機將教學內容制作成幻燈片或者動畫等投影于屏幕上的一種教學模式,它有機地結合文字、圖片、聲音、動畫等多種媒體效果,使課件內容豐富多彩、生動活潑[4]。物理化學中的一些內容僅僅用板書或口頭講授很難講清楚,如果采用多媒體的授課形式會大大提高教學效果。例如,在講授可逆過程的概念、相圖的繪制、離子在電場中的遷移、燃料電池等內容時,可以采用簡單的動畫進行演示,不僅可以充分調動學生的學習積極性,激發(fā)學生的學習興趣,還可以讓學生形象直觀地學習并且掌握這部分知識。每章小結及課程總結可以用多媒體課件展示,以節(jié)約教學時間。雖然多媒體授課具有許多的優(yōu)點,但也不能完全依賴多媒體教學。筆者認為,物理化學課程中涉及到的一些公式及公式的推導過程,仍然需要利用傳統(tǒng)的板書教學,一步一步推導,這樣學生容易跟著老師的思維去理解,記憶也深刻,尤其對于金屬材料工程專業(yè)只有高中化學背景的學生來說,更要慢慢地讓學生進入物理化學的情景中。因此,在教學過程中,將多媒體教學和傳統(tǒng)的板書教學相結合,發(fā)揮兩種教學方法的優(yōu)點,從而提高課堂教學效果。

3 平時考核機制的引入

金屬材料工程專業(yè)物理化學教學課時一般只有60學時,學時少、任務重,再加上物理化學理論性強,學生要學習和掌握的內容又非常多,這就要求學生平時要勤奮學習,逐章逐節(jié)地掌握教師講授的每一個知識點。為檢驗學生平時的學習效果,教師可以章為單位進行平時小測驗,同時將小測驗成績納入課程總成績評定中,并提高計算比例,改變傳統(tǒng)的期末考試成績(80%)加平時成績(20%)的考核方法,促進學生平時學習,進而提高教學效果。

[1]葛華才,袁高清,彭程.物理化學 [M].北京:高等教育出版社,2008

[2]王艷玲.工科物理化學教學中的幾點體會 [J].科技信息,2010(18):789

[3]方文軍,雷群芳,王國乎,等.工科物理化學教學改革與實踐 [J].化工高等教育,2005(2):33-35

[4]徐云蘭,鐘登杰,李軍.淺談物理化學教學中的體會 [J].廣東化工,2012,39(234):166

G620.0

A

1673-2006(2013)10-0096-02

10.3969/j.issn.1673-2006.2013.10.029

2013-08-30

安徽省質量工程項目“應用化學省級專業(yè)綜合改革試點”(2012zy043);安徽省質量工程項目“應用化學省級特色專業(yè)”(20100717);安徽工程大學質量工程項目“應用化學專業(yè)校級人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實驗區(qū)”。

劉榮梅(1979-),女 ,河南安陽人,博士 ,講師,主要從事功能納米材料的控制合成及性能研究。

(責任編輯:劉小陽)