功能材料专业是适应国家对新型功能材料需求开设的新专业, 我校于2011年开设了本专业, 是全国最早开设功能材料专业的院校之一。目前很多课程体系建设的还不够完善。《功能材料物理性能》是我院为功能材料专业本科生定制的一门专业基础课, 讲解的是功能材料所具有的热学、光学、电学、磁学等各种物理性能以及功能转换的基础知识, 包括基本理论、微观机制, 各性能之间关系, 性能参数及其来源, 性能和材料组成、结构和工艺的关系, 以及测定方法、控制和改善性能的措施, 是衔接基础与专业课程的桥梁[1,2]。学生通过本课程的学习, 对功能材料的各种物理性能的概念、发展与应用会有较全面地了解, 为判断功能材料的优劣、选材, 以及改善功能材料的性能, 探索新材料、新性能、新工艺打下理论基础。为学生今后工作和实践打下扎实的理论基础, 满足社会对于功能材料专业人才的需求。
关于《材料物理性能》课程的教研项目以及教改文章较多[3,4,5], 介绍了讲述该课程的特点和重要性等, 提出了一些独特的教学方法[6,7], 还有一些根据各自学校的特点提出的针对性改革方案[8]。如许天旱[6]提出的纵横联系, 融会贯通教学新理念, 基于材料学、物理学以及结晶学等方面的内容, 采用层层推进及Venn流程图的方式, 将材料的力、热、光、电、磁等知识相互联系起来, 旨在真正的培养学生学习的主动性及创新性。张占辉等[7]阐述科学故事在课程教学中应用的方式、优势及效果, 通过生动的案例与观点相结合, 介绍故事教学法在提高课程教学质量中的积极意义。高荣礼等[8]根据应用型本科院校自身特点与办学定位, 以提高学生实践能力、竞争能力和可持续发展能力为核心目标, 针对材料物理性能课程教学现状及存在问题, 结合教学科研中的实际经验, 提出在应用型本科高校中材料物理性能课的教学目的, 着手从教学模式、教学手段、评价机制和教学内容等方面对材料物理性能课程进行初步改革与探索。
针对该门课程是为功能材料专业本科生定制的一门专业基础课, 而且根据我校重点培养学生工程实践能力的定位以及本校学生自身的特点, 需要在教学方法、教学内容以及课程实验的选择定位以及设置等方面进行定制性研究, 充分挖掘可以实现创新思维的教学环节, 激发学生的学习兴趣, 使学生真正学有所长、学有所用, 为国家培养更专业和有钻研精神的后备力量。本文将对“功能材料的物理性能”课程进行教学模式初探。
一、强化教学设计, 契合教学目标
为了完成教学目标, 重点在于进行有效地课程设计。本着课堂中以学生为主体, 教师为引导的宗旨, 设计了本课程的教学思路, 其流程如图1所示。在课程内容教授的开始, 先就大家感兴趣的一些实际应用举例, 导入这些应用中起功能特性的材料的光、电、热、磁以及相互功能转换特性等物理性能的授课内容。然后重点讲解这些物理性能的基础理论知识、相关的物理机制、测试方法以及影响因素。同时, 设计一些相关的实验, 让学生来进行实验操作, 进一步验证课程内容。当学生掌握了这些课程内容之后, 组织学生讨论如何控制和改善功能材料的物理性能。最后将鼓励学生进行案例分析, 用这些知识去解密课前提出的应用实例。
二、改进教学方法, 提高课堂气氛
为了充分提高学生的兴趣, 大力开展多媒体和信息化教学。多媒体和信息化教学可以清晰描述微观、动态的变化过程与状态, 显著加大课堂教学信息量, 简化信息传输转换过程, 增加教学内容的趣味性和吸引力, 从而显著提高师生的互动效率和教学效果, 使教学变得轻松、有趣、简单、高效。
三、衔接基础与应用, 激发学习兴趣
可在教学过程中积极引入实际应用教学法, 以实际应用实例引领教学内容, 增加兴趣点, 使抽象内容形象化, 降低理论知识的学习难度, 并培养学生的科学素质。比如会列举一些如图2中所示的生活中、交通运输、通讯、新能源、以及军事等领域中常见的交通监测、太阳能电池、信息存储、屏幕显示、信息传输、磁悬浮列车、芯片、隐身飞机这些大家感兴趣的实际应用, 来导出这些应用中起功能特性的就是功能材料的光、电、热、磁等物理性能。
再比如在将材料的光性能中, 会讲到光的反射、折射、衍射、散射等内容, 内容比较抽象, 可以在内容讲解之前给大家提出一些有兴趣的问题, 比如为什么晴天和雾霾天的视觉效果不同?为什么天空是蓝色的, 为什么旭日和夕阳呈红色?为什么玻璃是透明的, 而金属对可见光是不透明?为什么钻石有璀璨夺目的光彩?以此来激发学生的学习兴趣, 让学生带着疑问针对性的学习, 一定会提高学习的效果。
四、细化评价标准, 助力持续改进
细化理论课和实验课的评价标准, 采用评价量表的方式, 建立考核方案和体系。采用课堂讨论、实验技能、作业、期末考试等多元化考核评价方式, 将过程性评价与终结性评价结合起来。
积极采用考试成绩分析、专家评教、同行评教、课程目标评定以及学生反馈意见, 及时总结本课程存在的问题。比如知识点多, 难以记忆, 公式多、物理机制难、内容抽象枯燥, 学生学习热情不够;还需要增加工程应用的内容;运用模型进行分析问题的能力需要加强。
针对上述问题, 提出有效地改进措施: (1) 优化内容, 突出重点; (2) 纵横联系, 融会贯通:以电子为主线, 将光、电、磁内容衔接起来; (3) 增加科研前沿知识, 拓宽学生知识面; (4) 丰富教学手段, 增加图表、动画、视频、实物的采用, 提高学生的学习兴趣; (5) 积极主动与企业人员讨论培养方案, 针对企业需求, 调整课程内容。
五、采取有效措施, 培养学生工程教育实践能力
“工程教育”理念是国内外高等教育中的一个重要理念。这一理念强调高等院校在开展理论教学的基础上, 积极重视对学生工程实践能力的培养, 需要重视这门课程不仅要在教学上注重加强学生对物理性能的理论知识的学习, 还需要培养学生学习具备独特物理性能的材料在工程中的实际应用。另外, 还需要突出工程实验的设计, 更好地将所学到的材料物理性能专业知识应用到实际工程实践中去。
本课程今后还将在教学方法、教学内容以及课程实验的选择定位以及设置等方面持续进行探索性研究, 充分挖掘可以实现创新思维的教学环节, 突出课堂教学的引导作用, 激发学生的学习兴趣, 让学生有效地将理论和实践结合起来, 为培养创新型和应用型人才奠定基础。
摘要：《功能材料物理性能》是为功能材料专业本科生定制的一门专业基础课。本文根据我校重点培养学生工程实践能力的定位以及本校学生自身的特点, 在教学设计、教学方法、教学内容等方面进行定制性探索研究, 充分挖掘可以实现创新思维的教学环节, 激发学生的学习兴趣, 让学生有效地将理论和工程实践结合起来, 为培养创新型和应用型人才奠定基础。
关键词：功能材料物理性能,教学模式初探,定制型教学
参考文献
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[2] 刘琨, 金胜明.“无机材料物理性能”课程教学改革初探[J].中国电力教育, 2012 (13) :88-89.
[3] 刘勇, 闫牧夫, 王玉金.基于项目的课程教学—以《材料物理性能》为例[J].热处理技术与装备, 2016, 37 (5) :78-80.
[4] 李晶.《无机材料物理性能》课程教学模式的改革[J].广东化工, 2018, 45 (3) :221-222.
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[6] 许天旱, 王党会, 姚婷珍.材料物理性能教学新理念[J].教育教学论坛, 2016 (15) :1-4.
[7] 张占辉, 黄志良, 王树林, 张芳, 石和彬.科学故事在材料物理性能教学中的应用[J].山东化工, 2015 (44) :122-123.
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