黃本生

摘 要：材料既是高新技術(shù)的重要組成部分，又是高新技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，也是提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)能級、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。在21世紀(jì)，材料科學(xué)研究已被提升到了空前的高度。隨著材料科學(xué)的發(fā)展和時代的需求，對材料領(lǐng)域人才的創(chuàng)新意識以及創(chuàng)新思維提出了更高的要求?！恫牧峡茖W(xué)基礎(chǔ)》是材料人才所必修的基礎(chǔ)性教材，是九層之臺的壘土工程，極具重要性。筆者以授課教師身份，對《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)過程中學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)與延伸進(jìn)行思考，從教材的內(nèi)容改革、教學(xué)方式創(chuàng)新、實驗輔助、考試改革四個角度進(jìn)行論述，以期對提升學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力有所幫助。

關(guān)鍵詞：材料科學(xué)基礎(chǔ) 創(chuàng)新意識 創(chuàng)新能力 改革

中圖分類號：TB30 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）01（a）-0223-02

材料科學(xué)是自然科學(xué)的一個分支，它側(cè)重于材料本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)、分析和了解，并通過模型和理論的建立使人們能更加便捷地了解材料知識。其本質(zhì)是結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，因此《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的核心教學(xué)內(nèi)容是材料結(jié)構(gòu)的類型以及變化對材料性能的影響規(guī)律[1]。材料的結(jié)構(gòu)是理解和控制性能的核心，其最小的結(jié)構(gòu)單元是原子，同時電子圍繞著原子核的排列情況對材料的電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)都有重要影響，且電子的排列會直接影響原子的鍵合，使材料表現(xiàn)出金屬、非金屬和高分子的性能。材料的性能是由材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，材料的結(jié)構(gòu)表明材料的組元及其排列和運動方式，材料的組元是指構(gòu)成材料的組織，如原子、分子和離子等。材料的排列方式取決于組元間的結(jié)合類型，如金屬鍵、離子鍵、共價鍵以及分子鍵等。《材料科學(xué)基礎(chǔ)》這本書涉及內(nèi)容廣泛，包括：原子結(jié)構(gòu)與結(jié)合鍵、晶體結(jié)構(gòu)缺陷、晶態(tài)固體中的擴散、相平衡與相圖、材料的凝固、晶體界面、固態(tài)相變、材料的變形與再結(jié)晶、材料的強韌化等章節(jié)，這些內(nèi)容看似分離實則緊密聯(lián)系[2-3]。

通過數(shù)十年的教學(xué)工作，筆者發(fā)現(xiàn)在《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教材過程中存在諸多問題。通過學(xué)生的反饋意見發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對前后章節(jié)的知識點并沒有聯(lián)系意識，例如，材料凝固過程、固態(tài)相變過程中伴隨著形核，但大多數(shù)學(xué)生并沒有注重兩者形核過程中的差異，而只單獨記住了二者的概念及公式；大多數(shù)學(xué)生更加強調(diào)對專有名詞的記背，而不是對專有名詞背后所蘊含的機理進(jìn)行追究，例如：對于柯肯達(dá)爾效應(yīng)的理解，大多數(shù)學(xué)生只會記得擴散偶中兩種原子以不同速度擴散時，標(biāo)記發(fā)生移動的現(xiàn)象，但是學(xué)生基本不會去細(xì)想為什么兩組元的擴散速率不同，為什么原子間的擴散系數(shù)存在差異，這就需要和原子結(jié)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)系；學(xué)生將理論知識與應(yīng)用實例不能結(jié)合起來，例如，大多數(shù)學(xué)生都知道原子的擴散行為受激活狀態(tài)的影響，也知道原子向缺陷處進(jìn)行遷移，但是在實際的焊接過程中，學(xué)生一般不會聯(lián)系到焊接界面處脆性組織的生成一般也是因為這種類型的擴散造成的。這些教學(xué)過程中的問題，將會嚴(yán)重制約學(xué)生創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，而創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的欠缺，無疑會在學(xué)生未來的工作以及科研中被放大，不利于學(xué)生的長期成長。因此，在《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的過程中，這些問題必須得到重視，將從以下幾個方面做起。

1 教材內(nèi)容改革

教材內(nèi)容必須要與時俱進(jìn)，材料方面的研究成果更新速度很快，如果不緊跟潮流，會加重學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的枯燥感，因此在教材中要引入一些當(dāng)前先進(jìn)的材料技術(shù)以及實例，讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)該教材把所學(xué)的基礎(chǔ)知識和最新的實驗結(jié)果聯(lián)系起來，這樣既鞏固了學(xué)生的理論基礎(chǔ)，又開闊了學(xué)生的視野[4]。比如，在鐵-碳相圖部分，可以增加部分石墨烯的性能特點及當(dāng)前研究成果；在晶態(tài)固體材料中的界面部分，可以增加一點關(guān)于晶界工程的介紹，通過延伸性知識的介紹，對提高學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力很有幫助。關(guān)于教材原有內(nèi)容，一定要做到精簡，通過學(xué)生的反饋信息發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生反饋《材料科學(xué)基礎(chǔ)》這本書的理論知識太多且過于抽象化，內(nèi)容雜糅且難懂，這就需要做到內(nèi)容的精簡化，比如：三元共晶相圖部分，知識過于抽象，里面有很多學(xué)生難以理解的專有名詞（等溫截面、變溫截面、投影圖等）；又比如在界面能與顯微組織形貌章節(jié)中，出現(xiàn)了很多關(guān)于結(jié)論的推導(dǎo)公式，推導(dǎo)難度較大。

對于本科階段的學(xué)生來說，在固定的課時內(nèi)，想把這些內(nèi)容講清將透，難度很大，不僅會將學(xué)生講的一頭霧水，還會打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，所以筆者建議將這些內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)刪減。

2 教學(xué)方式創(chuàng)新

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，電子化教學(xué)模式在各大學(xué)中得到了普及，利用多媒體教學(xué)工作，將所需講授的東西以圖片、動畫的形式傳遞給學(xué)生，可以將很抽象的東西具體化、模塊化，便于學(xué)生的理解[5]。但是，電子化教學(xué)模式也存在著很多的問題，比如：學(xué)生的跟進(jìn)程度很低，有很大一部分學(xué)生表示有時根本不知道老師講到了哪一章節(jié)，也找不到書上對應(yīng)的知識點，這個問題在《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)工作中表現(xiàn)的尤為突出。關(guān)于這個問題，可采用讓學(xué)生講課的形式才解決，比如：在完成對相平衡與相圖這章知識的授課后，隨機抽點一部分同學(xué)，讓其在下次課以PPT的形式對該章重要的知識點進(jìn)行匯報，并將匯報工作的優(yōu)差納入平時成績的考察范圍，通過這種方式會消除學(xué)生的學(xué)習(xí)惰性提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在相應(yīng)的課程授課完成后，將學(xué)生以小組的形式進(jìn)行劃分，劃分標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該遵從優(yōu)差生匹配的原則，即一個小組內(nèi)優(yōu)秀學(xué)生和較差同學(xué)都存在，讓每個小組的同學(xué)對一個知識點進(jìn)行討論，并將所討論的內(nèi)容進(jìn)行記錄，并以作業(yè)的形式進(jìn)行提交。當(dāng)然，在這個過程中，老師的作用是毋庸置疑的，老師必須充當(dāng)好學(xué)生的引導(dǎo)者與監(jiān)督者。

3 實驗輔助

實驗是材料科學(xué)發(fā)展的先行者，材料科學(xué)理論必須源于實驗，也必須得到實驗的印證。實驗可以提升學(xué)生的動手能力，對提升學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力有著質(zhì)的幫助，將實驗納入《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的教學(xué)工作中是必須的，對學(xué)生進(jìn)行篩選后進(jìn)行分組，隨后下達(dá)實驗的任務(wù)書，讓學(xué)生通過調(diào)研文獻(xiàn)，擴展對相關(guān)領(lǐng)域的了解，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。對于實驗內(nèi)容，授課教師應(yīng)遵循簡單、易于上手、具有帶動作用、有利于輔助教學(xué)內(nèi)容的原則，比如：讓學(xué)生從事金相的制備[6]，將會使學(xué)生對材料的結(jié)構(gòu)相關(guān)知識有進(jìn)一步了解。同時，參觀實驗室也是必有的步驟，通過對相關(guān)設(shè)備的測試機理、參數(shù)要求、技術(shù)指標(biāo)的了解，設(shè)備了解過程中，或多或少設(shè)計到材料領(lǐng)域的知識，例如，硬度試驗會涉及到洛氏硬度、布氏硬度、維氏硬度的相關(guān)知識點。開展本科生與研究生的座談會也是有必要的，通過討論、提問的方式，本科生的問題讓研究生進(jìn)行回答，以學(xué)生之間對話的形式使本科學(xué)生對《材料科學(xué)基礎(chǔ)》中的知識點有更加深入地理解，這種方式更加親切且操作難度較小，有利于進(jìn)行推廣。通過上訴幾種途徑，讓學(xué)生不僅僅局限于課本中的知識，當(dāng)學(xué)生的求知欲望以及有足夠的知識面后，教學(xué)工作將會變得更加輕松，同時無形之中學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力也得到了加強，對學(xué)生以后的學(xué)習(xí)與工作極具幫助性。

4 考試改革

考試是衡量學(xué)生對該課程學(xué)習(xí)掌握情況最直接，也是最直觀的方式。目前，我校采用的是課堂成績占總成績30%，期末考試成績占總成績70%的形式進(jìn)行考核，考試內(nèi)容主要包括：名詞解釋、填空題、單項選擇題、論證題。從考試內(nèi)容的設(shè)置可看出，考試內(nèi)容還是主要強調(diào)于對《材料科學(xué)基礎(chǔ)》中基本概念的了解，這點不利于學(xué)生對知識進(jìn)行掌握與延伸，通過學(xué)生的反饋意見發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在對《材料科學(xué)基礎(chǔ)》考試進(jìn)行準(zhǔn)備中，一般都是對專有名詞進(jìn)行熟背，所以就會造成學(xué)生對專有名詞只了解概念，而對專有名詞所蘊含的機理問題并不清楚，在對試卷進(jìn)行審查過程中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生對概念的字面意思掌握較好，反應(yīng)在試卷上則為名詞解釋、填空題、單向選擇題的分?jǐn)?shù)較高，而在論述題部分出現(xiàn)很多答非所問的現(xiàn)象。因此，試卷的分?jǐn)?shù)設(shè)計需要得到優(yōu)化，比如，適當(dāng)減少名詞解釋、填空、單項選擇題的分值，對論述題適當(dāng)增加分值。同時，為了保證一定的考試合格率，論述題應(yīng)該分為幾個小問，主要涉及機理、過程方面的問題，如，刃型位錯與螺型位錯的區(qū)別；細(xì)晶強化的機理等。同時，為了考察學(xué)生在實驗工作中的掌握情況，在考試中應(yīng)該增加適當(dāng)?shù)念}目對學(xué)生進(jìn)行考察，比如，金相制備的過程主要包括哪些等問題。通過這些考試改革，想必學(xué)生關(guān)于《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的理解水平會更進(jìn)一步。

5 結(jié)語

本文從教材內(nèi)容改革、教學(xué)方式創(chuàng)新、實驗輔助、考試改革四個角度論述了《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)改革的思考。這幾點思考的出發(fā)點是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，以及提升學(xué)生對該書的學(xué)習(xí)積極性，為今后的學(xué)習(xí)和工作打好基礎(chǔ)。《材料科學(xué)基礎(chǔ)》是材料人才的必修課程，筆者的幾點思考不僅局限于對教材內(nèi)容的學(xué)習(xí)與掌握，還強調(diào)對學(xué)生的學(xué)習(xí)方式及學(xué)習(xí)態(tài)度進(jìn)行優(yōu)化。希望材料專業(yè)的學(xué)生將筆者的幾點思考帶入實際的學(xué)習(xí)生活中去，為成為優(yōu)秀的材料人而努力。

參考文獻(xiàn)

[1] 王伶俐，張蓓，李濤.材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革與創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].焦作大學(xué)學(xué)報，2016，30（3）：103-104.

[2] 解念鎖.材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革與實踐[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2006，23（5）：119-120.

[3] 徐恒鈞.材料科學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，2013.

[4] 寧向梅，李謙.材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革與實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2009，23（14）：70-72.

[5] 賈淑果，寧向梅，田保紅，等.材料科學(xué)基礎(chǔ)多媒體教學(xué)探討[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2010（5）：87-89.

[6] 酈劍，吳濤，謝軼倫.金相樣品制備及其對顯微組織評判的影響[J].金屬熱處理，2006，31（10）：10-14.