張弛 何鑫

【摘要】在課程實(shí)踐中通過將思維導(dǎo)圖引入《材料科學(xué)基礎(chǔ)》理論基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)中，以固體結(jié)構(gòu)中的合金相結(jié)構(gòu)章節(jié)學(xué)習(xí)為例，利用思維導(dǎo)圖構(gòu)建概念的邏輯線，可有效幫助學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的辨析和理解，并能利用概念對(duì)材料的性能進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】材料科學(xué)基礎(chǔ)? 思維導(dǎo)圖? 概念學(xué)習(xí)

【基金項(xiàng)目】廣東省本科高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革研究項(xiàng)目（2018A064752）;廣東省半導(dǎo)體綠色光源協(xié)同育人平臺(tái)[粵教高函（2016）31號(hào)]。

【中圖分類號(hào)】G642.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2020）04-0221-01

一、《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程特點(diǎn)

《材料科學(xué)基礎(chǔ)》是材料科學(xué)與工程專業(yè)的理論基礎(chǔ)課程，為學(xué)生將來從事材料科學(xué)基礎(chǔ)研究以及開發(fā)新材料、新工藝提供必備的基本知識(shí)。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能理解并掌握材料科學(xué)基礎(chǔ)的基本概念和基本原理，并且能夠運(yùn)用其判別材料的結(jié)構(gòu)和性能;將數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、工程基礎(chǔ)知識(shí)和材料科學(xué)相關(guān)專業(yè)知識(shí)有機(jī)結(jié)合起來，分析材料與器件中的組織結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、加工工藝和性能優(yōu)化等復(fù)雜工程問題，并獲得有效結(jié)論;能利用材料科學(xué)基本原理，對(duì)材料成分、結(jié)構(gòu)、性能之間的關(guān)系進(jìn)行合理的分析和解釋。為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程、從事材料科學(xué)研究和工程技術(shù)工作打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

作為一門基礎(chǔ)理論課程，《材料科學(xué)基礎(chǔ)》具有概念多、內(nèi)容延展性大等特點(diǎn)，對(duì)學(xué)生掌握知識(shí)的系統(tǒng)性與邏輯性要求較高。在學(xué)習(xí)過程中容易存在概念混亂，邏輯線難以理清的問題。基本概念是后續(xù)分析材料性能及理解材料成分、結(jié)構(gòu)、性能之間關(guān)系的重要基礎(chǔ)。因此，有必要利用輔助學(xué)習(xí)工具來幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中準(zhǔn)確掌握基本概念。

二、思維導(dǎo)圖的介紹

思維導(dǎo)圖（Mind Mapping）是英國著名心理學(xué)家托尼巴贊在20世紀(jì)60年代提出的一種新的思維模式，他對(duì)思維導(dǎo)圖的定義是：圖解的形式和網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)，加上關(guān)鍵詞及關(guān)鍵圖像，存儲(chǔ)，組織和優(yōu)化信息。其中的每個(gè)關(guān)鍵詞和關(guān)鍵圖像都承擔(dān)著特定的記憶，鼓勵(lì)新的思維，它們是記憶激發(fā)器，幫助我們不斷釋放大腦潛力。利用思維導(dǎo)圖能夠從一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，不斷激發(fā)其他關(guān)鍵點(diǎn)的出現(xiàn)，形成向外發(fā)散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，通過關(guān)鍵點(diǎn)之間的聯(lián)結(jié)，將知識(shí)分層次地進(jìn)行消化和理解，建立具有邏輯性和系統(tǒng)性的思維線。思維導(dǎo)圖已在教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)方法探索和知識(shí)管理等方面得到廣泛應(yīng)用，成為教育領(lǐng)域研究和學(xué)習(xí)的一種重要輔助工具。

三、思維導(dǎo)圖在《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程中概念理解的應(yīng)用

利用思維導(dǎo)圖來學(xué)習(xí)《材料科學(xué)基礎(chǔ)》中的基礎(chǔ)概念，可通過導(dǎo)圖線來尋找概念之間存在的內(nèi)在聯(lián)系，并通過概念主線進(jìn)行發(fā)散式思維，通過對(duì)概念的理解來不斷發(fā)展其內(nèi)涵，形成清晰的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。以固體相結(jié)構(gòu)章節(jié)中的合金相結(jié)構(gòu)為例，里面概念較多，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中容易混淆。例如固溶體和中間相的本質(zhì)區(qū)別;間隙固溶體、間隙相和間隙化合物之間的概念辨析;C在γ-Fe和α-Fe中溶解度的差異原因等問題都是本章節(jié)的學(xué)習(xí)難點(diǎn)。

為了讓學(xué)生更清楚地掌握這些概念，并能對(duì)概念進(jìn)行辨析理解，以及對(duì)材料性能進(jìn)行分析，在教學(xué)實(shí)踐中，通過教師的講解，課后讓學(xué)生繪制概念的思維導(dǎo)圖構(gòu)建固態(tài)合金相結(jié)構(gòu)的概念線，幫助學(xué)生充分理解本章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生在繪制思維導(dǎo)圖的過程中，不僅理清了每個(gè)概念之間的主次關(guān)系，建立了知識(shí)點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系，構(gòu)建了固態(tài)合金相的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也會(huì)通過知識(shí)點(diǎn)的擴(kuò)展來了解合金相材料的應(yīng)用。如圖1所示，固態(tài)合金相包括固溶體和金屬間化合物，其本質(zhì)區(qū)別在于是否保持組元的晶體結(jié)構(gòu)。固溶體包括置換固溶體和間隙固溶體，其區(qū)別在于溶質(zhì)原子是否占據(jù)溶劑點(diǎn)陣;影響固溶體溶解度的因素有四個(gè)主要方面。金屬間化合物包括正常價(jià)化合物、電子化合物和尺寸因素化合物，其中正常價(jià)化合物和電子化合物的區(qū)別在于化合物是否符合正?；瘜W(xué)價(jià)規(guī)律;尺寸因素化合物的分類主要取決于原子半徑的相對(duì)大小。

從思維導(dǎo)圖中可以看出，間隙相與間隙固溶體雖然都是小尺寸的原子進(jìn)入到晶體點(diǎn)陣的間隙位置，但是否形成新的鍵合是判斷其為間隙相還是間隙固溶體的關(guān)鍵。以儲(chǔ)氫合金（hydrogen storage alloys）為例，在一定的溫度和壓力條件下，氫分子在合金中先分解成單個(gè)原子進(jìn)入合金晶格，與合金發(fā)生反應(yīng)生成金屬氫化物，表現(xiàn)為儲(chǔ)存氫氣并放出大量的熱;對(duì)其進(jìn)行加熱時(shí)發(fā)生分解反應(yīng)，氫原子吸收熱量又結(jié)合成氫分子釋放氫氣出來。由于氫原子進(jìn)入晶格后形成了新的鍵合，因此可判斷儲(chǔ)氫合金為金屬間化合物中的間隙相。

四、結(jié)論

本文利用思維導(dǎo)圖構(gòu)建了固態(tài)合金相知識(shí)點(diǎn)的思維線，幫助學(xué)生在課后完成對(duì)知識(shí)點(diǎn)的梳理和擴(kuò)展，有利于教師實(shí)施啟發(fā)式的教學(xué)和提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐志剛.利用思維導(dǎo)圖提高學(xué)生高等數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的有效策略研究[J].課程教育研究，2014（5）：148-149.