工程教育及以本为本教育理念下《材料物理性能》课堂教学模式探索

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　　摘要：文章以《材料物理性能》教学为例，基于工程教育和以本为本教育理念，通过优化教学模式来探讨本科生的培养模式和高效学习能力的培养，从了解学生自身需求、教学内容的建设、教学手段等几方面阐述和分析该课程对提高学生学习能力的培养问题，从而促进高规格和高级工程技术人才的培养。
　　关键词：《材料物理性能》;教学方法;本科教学
　　中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2020）01-0233-02
　　 一、引言
　　本科教育质量一直是人才培养的基础和关键，新时代背景下，提出了“以本为本、四个回归”思想，希望广大本科院校教师能更加重视本科人才教育培养[1]。“工程教育认证”理念强调本科高等院校同时重视理论教学和学生工程实践能力的培养[2]。该认证的提出在给予高等院校发展希望的同时，也调整了部分院校原本特色教育方针，学校更多地注重学生实践能力的培养，而深层次理论学习的学时大大减少。但是，基础理论知识的深度学习和扎实掌握是建设高水平本科教育的基础。如何更好地平衡工程教育和以本为本理念，专业课程的教学模式承担着重要责任。《材料物理性能》课程作为材料科学与工程专业的一门主要的专业基础课程，目的是使学生能从物理效应和微观机制角度掌握材料物理性能，为设计新材料和材料改性打下基础。本文以江苏科技大学《材料物理性能》的教学为例，探讨工程人才培养和高层次人才培养的教学模式。
　　二、材料物理性能课程特点分析及重要性
　　该课程的特点在很多文献中也已经提到，如知识点多、涉及面广，包括声、光、电、热、磁学、弹性和内耗等，是一门涉及多学科交叉的课程;涉及材料的各种性能与成分、微观结构之间的关系[3]。目前，我们选用的教材是北京航空航天大学出版社出版的田莳主编的《材料物理性能》。本书第一章节首先介绍固体中电子能量结构和状态的三个理论，学生通過该章节内容的学习可以顺利地过渡到后面章节内容，如电、介电、光、热、磁等。针对材料学院金属材料专业的学生培养要求，我们重点讲授材料的电性能、介电、热、磁和弹性与内耗性能。
　　本课程的另一个特点就是涉及的公式推导较多。目前，一些教师的教学方法倾向于直接给出结论，缺少推导，学生认为推导公式既枯燥无味，又没兴趣听，讲得太深刻学生也听不懂，但是这样的教学很容易导致学生学得快，忘得也快。“蜻蜓点水”的学习，缺乏深度学习，学生课堂上可能记住了结论，但是在后期使用过程中不能灵活运用。
　　关于《材料物理性能》这门课程的教学改革和教学模式探索，很多文献的主要观点是围绕学生自主创新和实践能力的培养。但是创新和实践能力如果缺乏扎实的理论知识做后盾是很难培养起来的，最终培养的学生只能掌握一些概念性的东西，缺乏灵活运用和开发能力。《材料物理性能》作为物理理论和材料性能有效结合的一门课，其知识的深度学习对于培养高规格人才至关重要。只有准确掌握并能灵活运用理论知识的人，才能将材料很好地开发应用。
　　三、材料物理性能教学模式思考与方法
　　（一）学生学习需求调查的必要性
　　目前，本科生的知识获取渠道简便而且广泛。一些学生会弱化课堂授课的作用，认为不会的东西网上一问便知。信息的直接性减少了学生思考问题和解决问题的能力。针对这样的学生群体，如何抓好学生的课堂学习效率和能力，成为教师亟待思考和解决的问题。而对学生知根知底的学习状态调查，了解学生学习需求和自身状态，对培养高质量人才很有必要。例如，了解所授课班级中学生将来毕业直接工作和继续深造人数，教师根据学生需求实施不同的教学方法。对于毕业后愿意工作的学生，平时教学注重工程实践性，而对于日后继续深造的学生，分配给的学习任务应该注重理论知识的深度理解。
　　（二）教学模式改革
　　1.教学手段的改革——加强学生课堂参与感。在传统的专业基础课教学中，教师讲，学生被动听，学生过于依赖教师讲解、懒于思考。因此，如何提高学生对专业基础课程学习的积极性是亟待解决的问题。多媒体授课与板书结合是目前公认的有效的教学手段，尤其针对像《材料物理性能》这样内容多而抽象的课程，多媒体技术提供的图片、动画和视频等可以让学生更加容易理解原本枯燥和抽象的物理知识。多媒体教学在实现课堂多样化学习的同时，也增加了课堂信息量。如果学生都能认真听讲，相信他们都能够很好地理解所学知识。但是课堂上过多信息的灌入，会使学生产生疲劳感，尤其是在信息和网络发达的时代。如何改变这种现状呢？除了课堂提问和简单互动等手段，笔者针对自己亲身上课体会提出以下方法：增加学生课堂参与度（课堂限时学习讲解）。课堂上，如果有大部分学生课堂注意力分散，可以考虑暂时停止讲课，把没有讲过的一个知识点分配给学生，让学生在有限的时间内自学，然后讲解。本方法类似翻转课堂，但又有所区别，不同点是本方法严格限制了学生的学习时间。该方法把被动听课的学生变成主动的讲解者，考查了学生的自学能力。自己的自学能力如何，考试成绩不能很好地说明问题，而自己能够短时间内把没有学过的东西通过自学且很好地讲出来才能说明学习能力。这样的限时训练让学生认识到自己的不足，认识到本科学习期间不只是学习理论知识，学习能力的培养也同样重要。
　　2.学生参与备课。教师在制作多媒体课件的时候，让学生参与其中，比如针对下一节课的讲课内容，教师提出一个重要的知识点，学生三五人一组制作图片或者动画，教师在准备课件的时候放入学生制作的课件。在讲课的过程中，学生看到自己的图片或者动画被教师放入课件，会产生一定的满足感和自豪感。增加了学生的课堂参与感，课堂中有期待，能更好地认真听讲。同时该方法将学生从被动接受的状态中解放出来，发挥了其主动性，锻炼了学生学习能力的同时，也增加了师生之间的交流。另外，可以将此作为学生平时成绩的考核内容之一，教师提出的知识点也是本节课的重点。 　　（三）教学内容的改革
　　作为材料专业的学生，材料灵活应用的前提是理论知识的精确掌握。我们在讲解材料物理性能的时候，材料每一种性能的物理概念和本质以及影响因素都要重点讲解。此外，有些知识点的公式推导也是很有必要的。例如，关于热导率和电导率关系式，魏德曼—弗兰兹给出二者之比正比于温度的定律，书中只是给出了结论，但这样的关系是如何得来的，经过课堂上仔细讲解和推导，虽然用时较长，但是学生理解更透彻。再比如，材料热膨胀的本质模型讲解，我们知道热膨胀本质是点阵结构中的质点间平均距离随温度升高而增大，课堂上详细讲解了该模型公式的推导计算，最后得出位移与温度的关系式，最后考试表明学生该部分的掌握要好于浅显讲解的知识点。
　　在进行深度理论知识教授的同时，还要涉及材料物理性能的应用以及在特定应用环境下材料的物理性能改变。深度理论讲解结合材料性能实际应用及改变，更有利于加深学生对知识的理解程度，提高学生的学习动力，更重要的是为了培养更高层次的人才打下基础。对于普通本科院校来说，每年材料学科考研学生数量不断增加，而材料中理论知识深度讲解对于进入更高层次院校的学生进修做了良好铺垫。
　　四、结论
　　本文在工程认证和以本为本的教育理念指导下，提出《材料物理性能》课程的教学改革。从调查学生自身需求、教学内容建设和教学方法手段等方面进行改革和实践，以充分调动学生学习积极性和课堂参与感为指导思想，达到提高学生自我学习能力和提升专业技能的培养目的。在今后的教学过程中我们还需要不斷钻研教学内容和探索课程教学评价机制，进一步提高本科生培养质量。
　　参考文献：
　　[1]赵跃宇.“以本为本”回归高等教育初心[N].中国教育报（高教周刊），2018-05.
　　[2]杨振宏，杨书宏，宋守信，等.国外工程教育（本科）专业认证分析与借鉴[J].中国安全科学学报，2009，（02）：61.
　　[3]郑赣鸿，戴振翔，马永青.《材料物理性能》课程的教学改革[J].教育教学论坛，2018，（29）：110-111.
　　Based on Engineering Education and People-oriented Education Exploration of Teaching Mode for the Course of "Physical Properties of Materials"
　　YUAN Yan-yan，LIU Rui，LAN Rui
　　（National Demonstration Center for Experimental Materials Science and Engineering Education，Jiangsu University of Science and Technology，Zhenjiang，Jiangsu 212003，China）
　　Abstract：Based on the engineering education and people-oriented education concept，taking an example of the course of "Physical Properties of Materials"，this paper aims to explore the training mode and cultivation of the undergraduates' efficient learning ability by optimizing the teaching model.In addition，the author discusses the improvement of students' learning ability from the view of the understanding of students' own needs，the construction of the teaching content，teaching methods.Thus，it is useful for cultivating high-standard and advanced engineering and technical talents.
　　Key words："Physical Properties of Materials";teaching method;undergraduate teaching
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