王嚴(yán)東

(吉林化工學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院,吉林 吉林 132022)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)高校材料學(xué)專業(yè)教學(xué)課程體系改革一直得到很快地發(fā)展，所以材料學(xué)專業(yè)體系也在與時(shí)俱進(jìn)，及時(shí)更新[1]。由于專業(yè)課程設(shè)置的變化，必然會(huì)對(duì)相應(yīng)的基礎(chǔ)課程內(nèi)容提出新的不同的要求。因此具有獨(dú)到特色的材料科學(xué)與工程專業(yè)課程建設(shè)成為一般本科院校專業(yè)建設(shè)的重要內(nèi)容。大學(xué)物理及實(shí)驗(yàn)課程是工科專業(yè)的基礎(chǔ)課，其對(duì)后繼專業(yè)課程的學(xué)習(xí)起這承上啟下的作用。而目前大學(xué)物理課程一般為80-96學(xué)時(shí)，不可能對(duì)力、熱、光、電磁、近代物理各個(gè)部分面面俱到，必須按照后繼課程要求有所取舍。

1 材料專業(yè)人才培養(yǎng)模式

2012年教育部對(duì)國(guó)家本科專業(yè)目錄進(jìn)行了調(diào)整，工科類專業(yè)下屬材料類(0804)，下設(shè)“材料科學(xué)與工程”、材料物理、材料化學(xué)、金屬材料工程、無(wú)機(jī)非金屬材料工程、冶金工程、高分子材料與工程、復(fù)合材料與工程八個(gè)本科專業(yè)[2,3]。而材料科學(xué)與工程在學(xué)科目錄中是一級(jí)學(xué)科，因此該專業(yè)的具體專業(yè)方向設(shè)置既可以偏理論研究也可以偏向工程實(shí)際，需要辦學(xué)高校自行按照個(gè)性化要求設(shè)置。

1.1 專業(yè)人才培養(yǎng)模式

材料科學(xué)與工程專業(yè)素質(zhì)教育體系主要通過(guò)系統(tǒng)的專業(yè)理論課程學(xué)習(xí)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)習(xí)、實(shí)踐課程來(lái)實(shí)現(xiàn)。課堂教學(xué)是專業(yè)教育的主體，非重點(diǎn)普通本科院校的專業(yè)課程教學(xué)要由以傳授基本理論知識(shí)為主要特征的教學(xué)型教學(xué)向以生產(chǎn)實(shí)踐和培養(yǎng)認(rèn)知能力為主要特征的應(yīng)用型教學(xué)轉(zhuǎn)變。應(yīng)用型教學(xué)能夠提高學(xué)生專業(yè)實(shí)踐素質(zhì)、獲得基本理論聯(lián)系實(shí)際的思想方法，培養(yǎng)學(xué)生持續(xù)性學(xué)習(xí)能力。而專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是通過(guò)基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和應(yīng)用實(shí)踐能力,主要包括專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程、課程設(shè)計(jì)和綜合實(shí)驗(yàn)。實(shí)踐性教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)、創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力的重要途徑,這對(duì)應(yīng)用型本科教育尤為重要,主要通過(guò)各類實(shí)習(xí)、綜合實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)論文及社會(huì)實(shí)踐等進(jìn)行工程師的基本技能訓(xùn)練。

1.2 應(yīng)用型材料專業(yè)人才培養(yǎng)課程體系

應(yīng)用型工程教育的任務(wù)就是要在工程理念指導(dǎo)下,培養(yǎng)具備較寬的專業(yè)基礎(chǔ)，較強(qiáng)的工程設(shè)計(jì)能力、工藝設(shè)備開發(fā)、維護(hù)能力的工程技術(shù)人才。應(yīng)用型材料專業(yè)的建設(shè)要立足于工程實(shí)踐、培養(yǎng)材料類工程技術(shù)人員，有別于研究型和教學(xué)研究型大學(xué)[4,5]。

我校材料科學(xué)與工程專業(yè)方向設(shè)置為三個(gè)方向，分別是無(wú)機(jī)非金屬、金屬表面處理和復(fù)合材料，這樣導(dǎo)致材料學(xué)專業(yè)課程在一個(gè)主干的基礎(chǔ)上分為三個(gè)選修方向。具體主要課程為：固體物理、物理化學(xué)、材料物理、材料化學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料熱力學(xué)、金屬學(xué)與熱處理、材料力學(xué)、材料分析方法、薄膜、陶瓷材料、材料成形、無(wú)機(jī)固體化學(xué)等相應(yīng)課程。

2 材料科學(xué)與工程專業(yè)物理課程教學(xué)體系的設(shè)置

2.1 大學(xué)物理課程教學(xué)體系構(gòu)建的基本思想

材料科學(xué)涉及面廣、學(xué)科交叉性和綜合性強(qiáng)，材料學(xué)和物理學(xué)的關(guān)系極其密切,其基本理論和實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程嚴(yán)重依賴物理理論和實(shí)驗(yàn)方法，同時(shí)兼?zhèn)鋺?yīng)用研究和基礎(chǔ)研究的工程屬性。我校材料學(xué)專業(yè)課程主要涉及物理課程中的內(nèi)容及學(xué)時(shí)如表1所示。

表1 大學(xué)物理課程各部分學(xué)時(shí)設(shè)置

(1)熱力學(xué)-氣體動(dòng)理論部分

這部分內(nèi)容是材料學(xué)專業(yè)的核心內(nèi)容，一般大學(xué)物理課程僅講授至熱學(xué)第二定律，大概給出概念基本就可以了，但對(duì)于材料學(xué)專業(yè)實(shí)際上是不夠的。因?yàn)楹罄^物理化學(xué)、材料熱力學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)等課程都需要大量的熱力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，大學(xué)物理課程應(yīng)該加強(qiáng)這部分內(nèi)容，自由能和熵的物理意義及熵計(jì)算都需要進(jìn)一步加強(qiáng)，這部分設(shè)置為24學(xué)時(shí)。

(2)力學(xué)及剛體部分

材料學(xué)專業(yè)的理論力學(xué)、材料力學(xué)、工程材料學(xué)等課程涉及大量的力學(xué)計(jì)算，但大學(xué)物理力學(xué)部分一般是重點(diǎn)講授內(nèi)容，這部分內(nèi)容為18學(xué)時(shí)。

其他各部分學(xué)時(shí)和工科大學(xué)物理課程內(nèi)容基本接近。

2.2 物理實(shí)驗(yàn)課程體系的具體設(shè)置

針對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程體系，從基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證型、綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和開放創(chuàng)新型四個(gè)層次調(diào)整實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及內(nèi)容[6-8]。

學(xué)生進(jìn)入大一下學(xué)期開始進(jìn)行大學(xué)物理課程學(xué)習(xí)同時(shí)開始進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)操作，主要以基本的物理實(shí)驗(yàn)為主，鍛煉學(xué)生對(duì)于基本儀器設(shè)備的使用，了解實(shí)驗(yàn)室的基本規(guī)則，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)處理及誤差理論。

基礎(chǔ)型物理實(shí)驗(yàn)主要是培養(yǎng)物理理論基礎(chǔ)，加深學(xué)生對(duì)理論教學(xué)知識(shí)的理解，驗(yàn)證理論教學(xué)知識(shí)的相關(guān)定律、定理和基本概念，具有一定的實(shí)驗(yàn)操作技能，該層次主要通過(guò)設(shè)置“天平使用”、“氣軌上守恒定律的驗(yàn)證”、“分光儀使用”等基本實(shí)驗(yàn)題目實(shí)現(xiàn)。

綜合設(shè)計(jì)型物理實(shí)驗(yàn)主要是提高綜合分析及解決問(wèn)題的能力，重點(diǎn)是深化和拓展理論教學(xué)內(nèi)容,引導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計(jì)具體實(shí)驗(yàn)方案、選擇相應(yīng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)材料獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。該層次主要通過(guò)設(shè)置“電表改裝”“RC電路特性”“發(fā)光二極管參數(shù)測(cè)量研究”等實(shí)驗(yàn)題目實(shí)現(xiàn)。

開放創(chuàng)新型物理實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力，該層次主要依托學(xué)校針對(duì)不同本科生的“科研立項(xiàng)”、參加“挑戰(zhàn)杯”競(jìng)賽和參與教師科研項(xiàng)目等活動(dòng)，讓學(xué)有余力的學(xué)生參與物理相關(guān)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和科研項(xiàng)目，按照材料科學(xué)與工程專業(yè)的個(gè)別人才培養(yǎng)定位在“創(chuàng)新工程師”的要求，大二時(shí)期選拔物理基礎(chǔ)相對(duì)優(yōu)秀的學(xué)生直接參與物理領(lǐng)域的高層次科研項(xiàng)目，在材料現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)、計(jì)算物理技術(shù)、半導(dǎo)體物理等方面培養(yǎng)部分優(yōu)秀學(xué)生的動(dòng)手能力，教師帶領(lǐng)學(xué)生發(fā)表高水平科研論文，做到人才培養(yǎng)與科研成果雙豐收。

2.3 多樣化的專業(yè)方向?qū)嶒?yàn)教學(xué)方法

設(shè)計(jì)與創(chuàng)新多個(gè)材料特色物理綜合實(shí)驗(yàn)

(1)《X射線衍射》與樣品鑒定：引入食鹽、純鐵等常見(jiàn)材料的晶格結(jié)構(gòu)及晶格常數(shù)的測(cè)定，可以鼓勵(lì)學(xué)生自帶樣品，如貝殼粉、食鹽等日常見(jiàn)到的材料，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

(2)《陶瓷材料的介電常數(shù)的測(cè)定》：利用電容測(cè)試材料介電常數(shù)，初步培養(yǎng)學(xué)生樣品制作。

(3)《鐵電體電滯回線的測(cè)定》：尋找適合實(shí)驗(yàn)的高密度、高拋光度、高介電、高鐵電的陶瓷和薄膜，與磁滯回線比較。

(4)《珍珠粉的鑒定》：珍珠粉和貝殼粉化學(xué)成分相同、晶型不同，利用XRD可以對(duì)真?zhèn)握渲榉圻M(jìn)行鑒定，可以學(xué)生自帶樣品拓展到某類寶石鑒定。

需要改變傳統(tǒng)“講解+實(shí)際操作+實(shí)驗(yàn)報(bào)告”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,采用課堂講授、多媒體演示、實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作、分小組討論相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。打破傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，充分利用現(xiàn)代多媒體、網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)，使教師逐漸脫離傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。針對(duì)不同的物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)行研討式教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)等方法，努力提高材料專業(yè)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性，發(fā)揮學(xué)生的主體意識(shí)和創(chuàng)新能力。

在原有考核方式基礎(chǔ)上進(jìn)行大膽改革，采取平時(shí)課上成績(jī)、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告和期末一篇研究報(bào)告相結(jié)合的辦法。每學(xué)年對(duì)材料學(xué)專業(yè)學(xué)生布置和物理相關(guān)材料學(xué)前沿內(nèi)容，讓學(xué)生獨(dú)立調(diào)研、檢索完成一篇調(diào)研報(bào)告。鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中有所創(chuàng)新，對(duì)于有創(chuàng)見(jiàn)的學(xué)生、成績(jī)從優(yōu)。

3 結(jié)束語(yǔ)

材料學(xué)專業(yè)物理課程體系經(jīng)過(guò)幾年來(lái)的摸索和實(shí)踐，在我院取得了相對(duì)較好的教學(xué)效果，大大縮短了物理課堂教學(xué)與教師科研、生產(chǎn)實(shí)際的距離，鞏固和提高了學(xué)生基本技能，加深了學(xué)生對(duì)后繼專業(yè)理論知識(shí)的掌握和理解。同時(shí)也鍛煉材料學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、學(xué)以致用的能力，提高了材料學(xué)專業(yè)學(xué)生對(duì)本專業(yè)的認(rèn)識(shí)和興趣。材料科學(xué)與工程專業(yè)物理課程建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,涉及理論、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)方面，因此還需要在教學(xué)理念、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和教學(xué)體系等方面進(jìn)一步深化改革，建立有利于培養(yǎng)材料類學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的物理課程教學(xué)體系,全面提高教學(xué)水平。