無機材料物理化學(xué)課程教學(xué)實踐與教學(xué)改革

1、無機材料物理化學(xué)課程教學(xué)實踐與教學(xué)改革摘要無機材料物理化學(xué)是材料學(xué)科無機非金屬材料工程專業(yè)的主干課程,該課程從無機材料科學(xué)與工程中的基本共性規(guī)律出發(fā),以材料科學(xué)的基本科學(xué)原理和方法來闡述無機材料組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)關(guān)系的普遍規(guī)律,建設(shè)好本門課程對于學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)具有重要的意義。不斷對無機材料物理化學(xué)課程進(jìn)行教學(xué)改革以適應(yīng)無機材料學(xué)科發(fā)展的新形式是培養(yǎng)更優(yōu)秀的專業(yè)人才的必然趨勢。本文在十余年教學(xué)實踐經(jīng)驗的總結(jié)基礎(chǔ)上,對無機材料物理化學(xué)課程教學(xué)實踐與教學(xué)改革模式進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞無機材料物理化學(xué);無機材料科學(xué)基礎(chǔ);教學(xué)實踐;教學(xué)改革中圖分類號G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號1005-4634(20

2、10)05-0038-030引言無機材料物理化學(xué)(無機材料科學(xué)基礎(chǔ))課程是四川大學(xué)無機非金屬材料專業(yè)和生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)(材料方向)本科生重要的專業(yè)基礎(chǔ)理論課,也是研究生入學(xué)考試的考試科目,課程涉及了無機材料科學(xué)與工程領(lǐng)域中重要的基礎(chǔ)理論知識,從材料共性的科學(xué)原理和方法來闡述無機材料組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和性能的關(guān)系,使學(xué)生掌握從靜態(tài)、動態(tài)條件下解決無機材料制備和加工等工程領(lǐng)域的科學(xué)基礎(chǔ)問題。并在強調(diào)無機材料科學(xué)基礎(chǔ)的同時,使學(xué)生學(xué)會運用科學(xué)原理分析問題、解決問題的能力。課程對于構(gòu)建無機材料類工程技術(shù)人員的知識體系,培養(yǎng)學(xué)生的思維及創(chuàng)新能力具有重要基礎(chǔ)作用1-3。隨著新時代課程體系的不斷改革和調(diào)整,在

3、課堂理論學(xué)時數(shù)減少、無機材料學(xué)科發(fā)展日新月異、知識信息量迅速增大的現(xiàn)實條件下結(jié)合自身特點進(jìn)行教學(xué)改革探索,把課程建設(shè)好,對于學(xué)科的發(fā)展及專業(yè)人才的培養(yǎng)具有重要的意義4。1課程教學(xué)實踐和改革模式20世紀(jì)90年代以前,在我國各大工科院校中無機材料物理化學(xué)(或稱無機材料科學(xué)基礎(chǔ))課程前身一般為硅酸鹽物理化學(xué)或陶瓷材料物理化學(xué),其課程知識體系具有一定的局限性。自四川大學(xué)無機非金屬材料科學(xué)與工程專業(yè)20世紀(jì)80年代末成立以來,瞄準(zhǔn)學(xué)科發(fā)展趨勢,將課程名稱直接定位為無機材料物理化學(xué)至今,在教學(xué)計劃中優(yōu)化調(diào)整專業(yè)相關(guān)選修課程設(shè)置,強調(diào)了該課程在專業(yè)體系中的重要地位。隨著無機材料科學(xué)的飛速發(fā)展,課程組始終以專

4、業(yè)的培養(yǎng)計劃和學(xué)科發(fā)展方向為指導(dǎo),緊密圍繞四川大學(xué)無機材料專業(yè)特色,充分利用自身優(yōu)勢條件,不斷完善和發(fā)展無機材料物理化學(xué)知識體系,體現(xiàn)了四川大學(xué)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo),保證了課程的系統(tǒng)性和科學(xué)性。1.1強化課堂理論教學(xué)1)緊跟學(xué)科發(fā)展,保障課堂教學(xué)。在教學(xué)實踐中,無機材料物理化學(xué)課程以無機材料的科學(xué)共性理論為基礎(chǔ),以實際無機材料科研和工程實踐為導(dǎo)向,闡述無機材料的制備、組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用全過程的基本理論問題。課程按章節(jié)類型主要分為4個知識模塊:無機材料結(jié)構(gòu)及性質(zhì)關(guān)系模塊(包含晶體幾何基礎(chǔ)、晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)缺陷)、無機材料表面界面模塊(包含固體表面界面、漿體的膠體化學(xué)原理)、相轉(zhuǎn)變模塊(包括相變、熔體和

5、玻璃體、相平衡)和高溫動力學(xué)模塊(包括擴散、固相反應(yīng)和燒結(jié))。在當(dāng)今知識信息時代,針對無機材料科學(xué)領(lǐng)域迅速膨脹的知識信息量,將課程建設(shè)與學(xué)科發(fā)展相結(jié)合,不斷更新最新版教材(近5年更新教材3次),通過自編課件講義在教學(xué)中融入新材料領(lǐng)域最新的研究與成果,并將其不斷融入課程各教學(xué)模塊,不斷優(yōu)化完善課程教學(xué)內(nèi)容,在有限的學(xué)時數(shù)中向?qū)W生傳達(dá)盡可能多的知識。比如:在固體表面界面模塊,以當(dāng)今的熱點主題納米科學(xué)與納米材料、功能梯度復(fù)合材料來闡述材料表面界面的特性、拓展學(xué)生的視野;在熔體和玻璃體部分以非晶磁性合金(金屬玻璃,Metal-glass)來展現(xiàn)學(xué)科發(fā)展新成果,闡明熔體向玻璃體轉(zhuǎn)變的特征及影響因素,與課

6、堂教學(xué)有機的結(jié)合為一體。在教學(xué)實踐中,借助課程組自身科研實例及工程科研實踐來強化各知識模塊的銜接與前后知識的連貫應(yīng)用,如:在結(jié)構(gòu)及性質(zhì)模塊部分的晶體結(jié)構(gòu)及缺陷知識點在高溫動力學(xué)部分?jǐn)U散中的應(yīng)用;同一模塊的擴散知識點在固相反應(yīng)、燒結(jié)章節(jié)的應(yīng)用等。從專業(yè)成立以來,課程組配備了精良的師資隊伍,并不斷在教學(xué)隊伍中加入新興力量,以經(jīng)驗豐富的老教師結(jié)合活力十足的青年骨干教師有力保障了課堂教學(xué)質(zhì)量的穩(wěn)定。目前課程組5位主講教師中包括博士生導(dǎo)師2名(一位為教育部教學(xué)指導(dǎo)委員會委員)、教授1名、副研究員1名及講師1名,課程組十分注重主講教師的水平提升,2名教師先后出國進(jìn)修、2名教師通過在職攻讀獲取博士學(xué)位、2名

7、教師參加了教育部川大培訓(xùn)中心的雙語教學(xué)培訓(xùn)。2)教學(xué)方法多元化,進(jìn)行素質(zhì)教育5,6。重視現(xiàn)代教育技術(shù)在課堂中的應(yīng)用,精心設(shè)計制作多媒體課件及教案,利用動畫、視頻、圖片等多元化手段對學(xué)生進(jìn)行全息式教學(xué),適時穿插雙語教學(xué)、專題講座等形式,以增加課堂信息量,提高教學(xué)效率。比如:在晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷部分,廣泛采用flash動畫及視頻將抽象的三維晶體結(jié)構(gòu)以立體的、動態(tài)的形式展現(xiàn)出來,便于學(xué)生理解吸收;在公式推導(dǎo)環(huán)節(jié),利用幻燈方式層層展示,討論及研究環(huán)節(jié)結(jié)合傳統(tǒng)板書推理、分析,幫助學(xué)生突破教學(xué)難點。在課堂教學(xué)中重點突出,逐層展開,進(jìn)行啟發(fā)式、質(zhì)疑式教學(xué),激發(fā)同學(xué)的參與意識,形成良好的師生互動。該課程的基礎(chǔ)

8、理論性較強,為避免照本宣科、“灌注式”教學(xué),通過多元化手段,積極發(fā)揮學(xué)生的主體性;通過大量實例及疑問來啟發(fā)學(xué)生的逆向思維和發(fā)散思維;遇到學(xué)習(xí)中的重點難點,通過互動,研討等方式加深學(xué)生印象,在課堂中有效質(zhì)疑、設(shè)疑,引導(dǎo)學(xué)生討論問題直至解決問題,抓住理論學(xué)習(xí)中的重難點;注重培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力。課程以方式方法教育和專業(yè)綜合素質(zhì)教育代替單純知識理論的“死記硬背式”教育,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行獨立思考,培養(yǎng)學(xué)生形成適合自己的學(xué)習(xí)方法。在教學(xué)實踐中,通過定期跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)效果,并不斷收集學(xué)生教學(xué)評估反饋意見,打破以教師為主導(dǎo)按部就班的講課觀念,及時根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)水平和層次靈活改變教學(xué)速度和方式,逐漸形成了以學(xué)生

9、為中心的教學(xué)模式。實踐證明:以學(xué)生為中心,學(xué)生在課堂上變被動為主動,有意識的參與到課堂學(xué)習(xí)與教學(xué)中,具有了敢想敢說的勇氣,遇到有疑問或爭議的問題敢于及時與教師溝通、研討,并能針對教師所設(shè)置的實例向全班表達(dá)自己的觀點。1.2強化例題、習(xí)題教學(xué)針對工科專業(yè)課程對于習(xí)題、課后練習(xí)普遍不重視的問題,本課程每章課堂均精選典型例題為基本點進(jìn)行講解,以點帶面,輔以課后習(xí)題,加強題庫建設(shè),設(shè)置專項習(xí)題課,并以模擬考試等方式及時檢查學(xué)生知識掌握情況。1.3強化配套實驗教學(xué)針對無機材料科學(xué)理論與實踐結(jié)合緊密的特點,課程組通過自身科研力量及學(xué)校“523實驗室工程”、“211項目計劃”等經(jīng)費支持,購置大量新型教學(xué)設(shè)備

10、。并打破傳統(tǒng)課程實驗對課程的依附地位(導(dǎo)致學(xué)生重視程度不夠),設(shè)置獨立的實驗課學(xué)分,如:配合固體表面界面章節(jié)的學(xué)習(xí),開設(shè)粉體zeta電位檢測實驗、粉體粒度分析實驗;配合相平衡研究,開設(shè)差熱及熱重分析實驗;配合固相反應(yīng)章節(jié)的學(xué)習(xí),開設(shè)固相反應(yīng)速率常數(shù)測定等。并在第二課堂中鼓勵學(xué)生根據(jù)所學(xué)理論,合理設(shè)計實驗項目進(jìn)行綜合性創(chuàng)新實驗研究。1.4科研實際融入教學(xué)充分結(jié)合自身科研情況,將最新的科研情況及學(xué)科前沿融入教學(xué)實例中,鼓勵學(xué)生課后加入各類科研訓(xùn)練小組,使學(xué)生對所學(xué)基本理論和規(guī)律有了更形象、深刻的了解,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如:將相平衡章節(jié)中的三元系統(tǒng)相圖理論應(yīng)用于生物玻璃、水泥及電子陶瓷制備的工藝指

11、導(dǎo)中;將固相反應(yīng)、燒結(jié)章節(jié)的基本原理應(yīng)用在新型電子功能陶瓷、透明陶瓷的制備中等。1.5廣泛開設(shè)“第二課堂”在教學(xué)實踐中,筆者利用課堂內(nèi)外時間廣泛開設(shè)“第二課堂”,加深學(xué)生對知識點的理解和認(rèn)識,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?！暗诙n堂”包括:企業(yè)課堂:將教學(xué)理論融入生產(chǎn)實際,由課程主講教師帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)企業(yè)、工廠,并將課堂教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行延伸,使理論規(guī)律與工業(yè)化大生產(chǎn)相結(jié)合。如:工廠中進(jìn)行無機材料制備工藝中的原料選擇、粉體加工處理、煅燒等與課程中的相平衡、表面界面結(jié)構(gòu)、固相反應(yīng)、燒結(jié)等章節(jié)知識點均有著直接的聯(lián)系,在實習(xí)指導(dǎo)教師及企業(yè)工程技術(shù)人員及時的精心講解與現(xiàn)場答疑解惑下,學(xué)生均能在生產(chǎn)實際中理論聯(lián)系實際,切

12、實鞏固和加強課堂教學(xué)效果;科研學(xué)術(shù)講座:課程組不定期邀請國內(nèi)外專家學(xué)者走進(jìn)課堂為學(xué)生做專題報道,與學(xué)生交流,幾年來,英國皇家科學(xué)院院士Tanner教授、日本千葉大學(xué)魯云教授、美國田納西大學(xué)楊云志博士、英國倫敦大學(xué)范強教授等專家學(xué)者及本專業(yè)部分博士生等結(jié)合課程特點給學(xué)生進(jìn)行專題講座與交流,有效的提高了學(xué)生對專業(yè)的興趣;綜合性創(chuàng)新實驗:教師利用自身科研力量大力支持、鼓勵學(xué)生根據(jù)無機材料基本科學(xué)原理設(shè)計綜合性創(chuàng)新實驗,近年來課程組指導(dǎo)的本科生利用綜合性創(chuàng)新實驗所獲得的科研結(jié)果發(fā)表SCI/EI收錄論文十余篇。1.6利用現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行教學(xué)互動不斷完善更新課程網(wǎng)站,將課程資源及配套資料及時的在網(wǎng)站上供

13、學(xué)生閱覽,方便學(xué)生自主學(xué)習(xí),并以網(wǎng)絡(luò)互動的形式加強與學(xué)生的交流,利用現(xiàn)代化的信息技術(shù)為課程建設(shè)服務(wù)。2結(jié)束語當(dāng)今材料科學(xué)發(fā)展日新月異,筆者始終把建設(shè)無機材料物理化學(xué)課程提高到“建設(shè)無機材料學(xué)科”的高度,保持課程在四川大學(xué)無機材料專業(yè)的重要地位,在教學(xué)實踐中加大教學(xué)改革力度,不斷提高教學(xué)水平,以緊跟學(xué)科的發(fā)展速度。筆者廣泛及時聽取學(xué)生的評教意見,學(xué)校及教師的評估檢查意見,通過各級會議與國內(nèi)兄弟院校同行進(jìn)行廣泛的經(jīng)驗交流,強調(diào)精品課程建設(shè)的團隊作戰(zhàn)精神,發(fā)揮老、中、青教師的群體優(yōu)勢,結(jié)合自身科研的強勢力量引領(lǐng)無機材料物理化學(xué)課程快速、健康地發(fā)展,為培養(yǎng)無機材料類專業(yè)技術(shù)人才,促進(jìn)學(xué)科其他課程的全面發(fā)展發(fā)揮輻射示范作用。參考文獻(xiàn)1宋曉嵐.無機材料科學(xué)基礎(chǔ)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.2潘群雄.無機材料科學(xué)基礎(chǔ)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,20063張志杰.材料物理化學(xué)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.4宋曉嵐.無機材料科學(xué)基礎(chǔ)課程建設(shè)與教學(xué)改革探討J.理工高教研究,200