淺談材料科學與工程專業平臺課程材料物理性能本科生教學改革論文
現代科學技術的日新月異和高速發展, 是知識經濟的重要特征。自然科學的相互滲透、交叉、融合的趨勢更加明顯。新的科學前沿理論與陳舊的基礎課教學內容和體系的矛盾日益突出, 必須對原有的專業格局及知識體系進行重組, 在此基礎上建立全新的特色化綜合性材料科學與工程專業, 以適應21 世紀知識經濟的發展對材料科學類專業人才的需求。我院在教育部高等教育教學改革項目“ 材料科學與工程類人才培養方案的綜合改革與實踐” 項目的推動下, 通過幾年的探索與實踐, 提出“ 寬基礎、多方向、重實踐” 的培養人才模式, 構筑了專業平臺課程體系,“ 材料物理性能” 就是其中的一門重要基礎課程。作為院平臺課程和學校重點課程建設項目, 材料物理性能是物理理論基礎與材料性能相結合的課程為主, 如何培養學生既具備扎實的材料物理學基礎知識, 又能熟練掌握物理性能的研究和實驗技能, 是“ 材料物理性能” 本科生教學改革的重點。
一、教學改革的動因
長期以來, 我們的本科教育一直是沿襲按三級學科專業招生, 分專業培養的模式。“ 材料物理性能” 這門課程, 也是由三個專業:金屬材料、無機非金屬、高分子材料, 各自制定教學大綱, 選擇適合自己的教科書, 分專業講授這門課程。例如:金屬方向的“ 材料物理性能” 主要側重金屬的導電、導熱和磁學性能, 而對材料的光學、介電等性能沒有涉及, 這樣必然割裂了材料物理性能的整體內容。尤其是近年來, 以電子、生物、航天和能源為應用對象的材料科學已經從過去的單一性金屬材料、無機非金屬材料和高分子材料轉向以功能材料、復合材料、納米材料等高性能、多功能為主的發展趨勢, 對材料科學人才提出了更高的要求。因此材料科學與工程專業的教育與教學面臨著巨大的挑戰, 這需要對原有按三級學科專業的培養計劃、課程體系進行全面的改革, 并進行系統化修訂。“ 材料物理性能” 作為一門基礎課程, 需涵蓋材料的各個領域和全部的物理性能。因此, 從教材的內容的選擇, 編排順序, 授課方式, 應用實驗等方面上都將做較大的改革。
目前, 國內“ 材料物理性能” 的本科生教學, 多為針對某一專業的物理性能, 如:北航的“ 材料物理性能” 側重陶瓷材料的物理性能, 哈工大的“ 材料物理性能” 則側重金屬材料物理性能;而作為整體材料學科的物理性能則很少、甚至沒有學校涉及。從材料發展的趨勢來看, 高新技術領域, 信息和能源技術的發展, 都離不開各種功能材料和復合材料, 它們都是多學科的融合, 不僅涉及金屬和陶瓷材料, 而且高分子也是必不可少的組成部分。因此僅僅掌握一種材料的物理性能, 是遠遠不能適合和滿足材料科學發展的需要。因此,“ 材料物理性能” 的教學改革勢在必行。
二、教材的編寫與探索
在“ 寬基礎、多方向、重實踐” 的培養人才模式下, 為了配合學校的優秀課程和院平臺課程建設,我院成立了“ 材料物理性能” 課程項目組, 項目組成員有多年從事“ 材料物理性能” 教學的老教師,他們有著豐富的教學經驗;也有博士畢業的年輕教師, 他們有新的知識結構和不拘一格的活躍學術思想。項目組從接受課程改革和教材編寫的任務開始, 聘請老專家和專業教師對大綱進行了多次討論和反復修訂, 提出了新大綱的雛形, 在征求教師和學生的意見的基礎上, 制定出適合材料科學與工程本科生基礎課程教學的“ 材料物理性能”教學大綱。
在制定出新的教學大綱基礎上, 著手編寫了新的《材料物理性能》教材。項目組老師針對目前一些教科書中存在的問題進行了分析研究。例如:如何理解物性的基本概念? 是從物理性能基本性質出發? 還是從固體的量子特征和固體量子理論的本質出發? 通過對各種物理性能的反復探討和比較, 尋找到物理性能的最本質共同點, 發現作為材料物理性能的基礎, 必須在量子特征和固體能量理論的基礎上探討物理性能, 才能使整體知識融會貫通, 而不是割裂的就某個性能講述某個性能。因此, 我們對教材內容進行了重新設計和整合, 力求體現大材料的物性規律的全貌。同時, 針對不同材料(金屬、無機非金屬、高分子)的性能特點, 有針對性地對其特殊的物理性能特征加以補充;并結合材料的最新發展方向, 理論聯系實際地將電導功能材料, 介電、壓電材料, 超導材料, 紅外、光纖材料和信息存儲材料等性能逐一的向學生介紹, 以提高學生的學習興趣以及實際應用的能力。
三、教學改革的目標和對策
教學改革的目標要適應當前和今后科技發展及社會經濟發展, 適應“ 寬基礎、多方向、重實踐”培養人才的目標。破除片面追求材料體系完整性的觀點, 強調材料的共性規律;強調培養學生總體思想和創造性思維的能力。我們針對教學大綱、教材編寫、教材教法和實驗教學進行整體改革, 打破原有的三大材料的教學體系, 進行教學內容的重組, 建立新的材料物理性能教學體系。課程內容設置應考慮當前材料正向著復合型、精密型和功能型發展, 材料的應用領域也越來越廣泛的特點。擴寬知識領域, 使學生不僅掌握金屬材料的物理性能, 而且對無機非金屬和高分子材料的物理性能也能駕輕就熟。因此, 在教學內容上要有助于學生將來從事各種材料的研究和工作能力,為學生畢業后的工作和實際應用打下扎實的理論基礎, 并培養學生創造性思維和解決問題的能力,以滿足社會對材料類人才的要求。課程內容體系為:
1.材料物理基礎:通過講授量子力學基礎和固體能量結構, 使學生理解微觀原子、電子等的特性, 即粒子性和波動性, 掌握微觀粒子運動規律,電子的能帶結構。為其后深入講解材料物理性能打下很好的基礎。
2.材料物理性能:以材料的電學、介電、光學、熱學、磁學、彈性和阻尼性能為重點, 從基礎理論、性能表述、影響因素、性能測定方法和功能材料應用舉例等方面, 全面介紹材料的各種物理性能。
3.為了配合新教材的教學使用, 我們還制作了多媒體課件, 通過購買或上網下載國內外最新的材料物理性能書籍和圖片, 盡可能多的向學生重點介紹功能材料的發展史、應用領域, 以及一些國外最新的物理性能測試方法和手段, 提高教與學的互動性。
4.同時, 拓寬了實驗教學的內容, 除了對原有的導電和熱膨脹實驗內容加以擴充外, 還新開設了介電常數、介電損耗、差熱分析和磁性測量等實驗。
通過以物理性能為主線, 以物理基礎、性能評價和功能材料應用為重點, 突出材料物理性能的共性規律, 注重各種材料物理性能的共性和特性得關系。加強知識的綜合與應用相結合, 培育學生的創新思維和綜合能力, 實現培養寬基礎、高素質的人才需要。
四、教學方法與教學手段改革
為了培養適應未來社會發展要求的, 具有創新精神的高素質人才, 結合“ 材料物理性能” 的教學的特點, 我們主要從以下幾方面進行了教學方法改革:1.在教材體系上, 破除針對金屬材料、無機非金屬材料和高分子材料片面追求理論完整、內容單一的'弊端, 強調共性規律, 強調能力培養, 重視功能材料的應用。在教學內容上突出微觀結構與宏觀物理性能的相互聯系, 力求體現材料物理性能本質規律。
2.在教學實踐中, 如何提高學生的學習熱情和主動性, 使學生和教師實現互動, 是完成課堂教學的關鍵所在。我們配合新編教材的使用, 制作了與教材配套的多媒體課件, 并盡可能多的向學生介紹一些國內外最新的物理性能的應用和測試方法手段, 以大量的圖片和豐富的內容使學生系統了解物理性能和材料發展的關系, 使學生牢固掌握所學知識。
3.建立教與學的互動系統, 針對學生的具體學習情況, 通過作業、問答、討論等形式, 制定出最佳的教學方法和授課方式。教學小組定期討論交流, 任課教師嚴格教學環節, 對學生平時作業、考試成績實行監控和統計, 了解學生的學習難點和問題所在, 及時反饋給教學小組。研究在材料物理性能的教學和教法中存在的問題, 改進的教學方法和手段, 進一步提高本科生的教學質量和水平。
4.加強實驗教學改革的力度, 除了拓寬實驗教學的內容外, 還增加一些演示性實驗, 使學生了解大型儀器在物理性能應用和測試方面的知識,并結合本科生的畢業設計和綜合實驗中應用到的材料物理性能的專業內容, 有針對性地進行專業性的強化指導, 使基礎知識和專業知識相結合, 讓知識融會貫通。
隨著教學改革的深入, 材料物理性能將建設成為適應整個材料科學與工程專業的基礎課程。它涉及材料科學與材料工程兩大部分, 如何將兩者有機的聯系起來, 讓學生運用所學的知識, 去分析解決實際研究和工程中遇到的問題, 是我們教學改革的責任和目標。材料科學作為科技進步的三大支柱產業之一, 當前我國材料教育改革的任務還十分艱巨, 也使我們面臨前所未有的挑戰;更新人才培養的模式, 改革教學內容和方法, 全面推進素質教育, 培養“ 寬基礎、多方向、重實踐” 的高素質復合型人才, 是我們任重而道遠的目標。
【淺談材料科學與工程專業平臺課程材料物理性能本科生教學改革論文】相關文章：