简说无机材料物理性能课程模块化教学改革探索

　　1 引言
　　自二十一世纪以来，以电子、生物、航天和能源为应用对象的材料科学已经从过去的单一性金属材料、无机非金属材料和高分子材料转向以功能材料、复合材料、纳米材料等高性能、多功能为主的发展趋势，对材料科学人才也提出了新的、更高的要求.《无机材料物理性能》是材料科学与工程类学科的专业基础课，它从材料组成、结构的角度阐述了无机材料的物理特性和本质，包括力学、热学、光学、电学、磁学等性能及其发展和应用，同时介绍了各种重要物理性能的原理及微观机制、性能的测定以及控制和改善性能的措施等，并且明确了材料结构与性能的关系以及各性能之间的相互制约与变化规律，为材料类专业学生在将来的科研和实际生产活动中正确选择和灵活运用相关理论及工艺奠定基础.
　　教学质量是高校赖以生存和发展的重要保证，而加强课程教学改革是提高教学质量的重要途径，为满足我院应用型人才的培养以及材料类专业的教学内容和课程体系改革的需要，并与国内外《材料科学与工程》学科发展接轨，合肥学院启动了课程模块化建设.
　　2 课程模块化教学的优化
　　2.1 教学内容的优化
　　近20 年来，无机材料领域发生了巨大变化，特别是近年来新科技的发展，对无机材料提出了更高、更新的要求.本课程追踪国际国内在无机材料领域的发展动态，将新型结构材料、光电材料、磁光材料、薄膜及纳米功能材料等内容补充进来，扩展了课程领域.
　　我院是培养应用型人才的本科院校，课程的安排是从社会实际需求出发，与用人单位合作，以能力培养为基础来设计，同时也应参考行业需求来进行课程设置. 本课程学时现已从48 学时压缩到32学时，更应加强应用背景和理论概念讲授，强调无机材料在社会生活及国家科技中的重要性，将应用广泛的新型电子陶瓷、新能源材料、光电材料与技术、电磁材料、纳米材料与技术等新兴领域研究的成果引入课堂，拓宽学生视野，扩大学生知识面.同时以压电铁电陶瓷、燃料电池为我系的学科特色，合理地与理论课程结合起来，确定课程中无机材料的光、电、磁学性能部分占75%的课时量，其他功能材料部分占25%.同时，教学内容的革新主要在教材建设，其内容的重构是教学改革的重要组成部分，当然也是教学思想与教学内容的重要载体，是教学方法与实践的结晶，保证了教学质量的提高.因此，本课程教学小组在充分调研国内外最新的同类教材基础上，结合我院多年的教学研究与实践，多样化建设《无机材料物理性能》课程系列教材.一方面，教材建设按课程模块框架进行系列化建设，要体现课程内知识点间的内在联系以及课程模块下各分课程的相互联系;另一方面，按纸质教材和电子教材等进行多样化建设，要体现基础性、应用性、时代性和先进性，正确处理经典与现代的辩证关系.
　　2.2 教学方法的创新
　　《无机材料物理性能》课程内容涉及到大量现代物理方面的内容，对工科学生来说理解上有一定难度.为了提高教学效果，我们在教学方法上的改进也应该同步进行.
　　(1)互动教学.传统的教学方法方式是以教师讲授为主，学生处于被动接受知识的地位.我们在教学中注意提高学生学习的主观能动性，强调学生是学习的主人，强调教学是教与学的双边互动.教师在教学过程中要经常提出一些应用性的问题，引导同学们思考和讨论，同时注意启发和鼓励学生发现问题、提出问题.在一些章节讲完之后还要提出后续和建设性问题，为学生留下思考和探索的空间.相信通过这些方法的运用，将增强学生自主学习能力和创新能力，激发学生的创新意识和独立思考的能力，提高课程模块化的教学效果.
　　(2)撰写小论文及设计.我院当前开展了N+2模式的特色教学，材料的应用无处不在，发展速度惊人，种类日新月异.因此，一方面，除了在课堂教学中不断更新材料领域的知识外，同时在课外也应要求学生自己查阅国际国内专业期刊上发表的文献资料，了解有关材料的发展情况，并写出学习论文.在授课过程中让学生做好读书笔记，熟悉课程内容，在一章课程结束后完成一篇论文，在全部课程结束时，要求每个学生至少完成1 篇小设计.设计主要是对电子陶瓷的制备和测试进行设计，这样不仅拓宽知识面，锻炼学生的自学能力、思考能力以及创新能力，还培养他们从多方面摄取知识营养的习惯，增强学生学习的能动性.
　　(3)专题讲座.材料的发展是科技进步的支柱之一，将教学内容与科技发展以及生产应用实际相结合，能有效地提高学生专业素质和创新能力.在教学过程中，结合课堂教学内容，根据科技发展和实际应用情况，可以邀请企业、研究所等单位专家针对热点问题作专题讲座.如结合压电铁电陶瓷的学习，作了新型无铅压电陶瓷的研究进展及应用前景的专题讲座.通过类似的活动调动学生的学习积极性和对新事物的认知性，培养他们认识事物、探索知识和创新的能力.
　　(4)学生讲授，集中讨论的方式.对有些能引起学生兴趣的内容，采取学生讲授、课堂讨论的方式实现对知识的接受与消化吸收.比如关于铁电物理的内容，通过讲解基本理论，让学生通过查阅文献资料来挖掘铁电物理知识在我们生活中的应用，而学生通过文献资料，利用磁性物理知识讲解了以卡的世界为题的关于存储卡的相关原理和技术前沿、利用材料的压电效应讲解了打火机的原理，从而加深了学生对知识的理解，调动起学生对铁电物理知识的兴趣.
　　(5)营造良好的教学的氛围.课堂教学是教的过程和学的过程的统一，教师要注意学生的学法和教师的教法在教学过程中的最佳结合，要从学生的实际出发，精心设计各个教学环节和方法，充分体现学生的主体性，合理有效的调动学生自觉投入到学的活动中来，从而保证教法和学法的有机结合和同步进行，使教师和学生的积极性和主动性都能得到充分的发挥.教师在教学过程中把教学的重点放在揭示知识形成规律的过程上，让学生在主动学习的过程中发现真理，掌握知识.启之以需，说之以理，感之以美，动之以情，授之以法.用亲切的笑容、从容的态度和诚恳的目光拉近师生间的距离，用活泼、幽默、风趣的语言活跃课堂气氛.
　　2.3 学习兴趣与动机的培养
　　首先，兴趣是最好的老师，只有调动了学生的学习兴趣，增强了学生自主学习的信心，该课程才能取得较好的教学效果.创设教学情景，可有效地激发学生学习兴趣，达到事半功倍的效果.课程教学必须通过吸引学生的注意力，引起学生的兴趣，才可以获得较好的教学效果.教材的每部分内容基本都是从名词、定义、定律等开始，伴随着大量的公式和图表，其内容枯燥无味.要提高学生兴趣，必须一改常规，让学生在每部分内容的教学开始时畅所欲言，把日常生活与相关物理性能联系起来;并通过提问进一步引导，让学生思考和讨论这些事物的工作原理及其本质.通过这些思考和讨论，学生会发现材料的物理性能与他们的日常生活息息相关，对课程内容就会逐步产生兴趣，增强求知欲，并且充分认识到学习该课程的重要性.
　　其次，学习动机是增强大学生学习活动的外在因素之一，同时也是推动主体进行知识学习的内部动力源泉.激发学习动机，首先要明确学习目的，学生进入大学后，摆脱了升学的束缚，但面对社会上读书无用论和就业困难的舆论影响，有些学生盲目恍惚、无所适从，学习目的不明确.为此，需要对课堂教学内容精心设置，同时对学生要进行心理上的引导.
　　3 模块下实验教学的优化
　　为适应国家、社会对应用型人才的需求，材料专业根据自身的专业特色和优势，积极构建适应应用型创新人才培养的材料物理性能专业实验模块，培养具有扎实理论功底、熟练实验操作技能、具有较强的工程实践能力和强烈的创新意识的高素质创新型人才.我院构建了一系列以训练实践技能为目的的专业实践教学新体系，除了配套相应的专业实验外，还有很多重要的实践训练，如：认知实习、创新训练、生产实习等.
　　3.1 实验教学模块的构建
　　在实验教学的设计环节，我们按照课堂教学的内容设置，设计了材料热性能、材料力学性能、材料电性能、材料磁性能等几个开放式实验模块.为调动学生的积极性，提高学生的动手实践能力，在材料物理性能与应用课程模块内，进行新的实验体系的构建，对原有课程的相关实验进行整合，减少验证性实验，利用实验室资源，适度开设综合性、设计性实验，在实验内容上充分体现材料性能与应用之间的联系，使实验项目能充分发挥培养学生动手操作和实践能力培养方面的作用.课程模块体系建设在满足基本教学专业实验内容的基础上，还为学生提供创新性实验平台.
　　3.2 实验教学模块的优化
　　对于修完基础素质、工程技术公共理论知识及化学工程技术模块的大学二年级学生,可以逐步开设一些创新性实验，提高学生专业素质.可以针对各种项目中的具体要求让学生自主设计实验、分析实验结果，对存在的问题提出解决方案，最后得出实验结论，在指导老师的指导下完成论文或产品.为了取得良好的创新实践教学效果，无机非金属材料工程、粉体材料科学与工程的专业实验设置采取的是集中实践训练周的形式，合理地利用了学生有限的实验时间, 保证了实验的连贯性和完整性，使学生最大限度的熟悉和掌握专业知识，对材料的合成、制备技术及性能表征手段有了全面、系统地了解.伴随着新材料的研发，涌现了一系列新工艺和新方法. 实验内容主要集中在材料合成与加工、材料性能测试两大实验体系，其设备依附学院材料学科先进的材料制备与合成设备、材料性能测试设备.
　　3.3 实验教学模块的建设
　　《无机材料物理性能》课程的理论性很强，尽管教材中辅以大量的图表、数据对现象和理论进行阐述说明，但仍然不利于学生对知识的理解和接受.在模块化教学之前，该课程没有安排适时的实践环节，在一定程度上影响了教学效果.因此，课程模块增设了相关性能实验课程，对于学生更深入地了解物理性能的现象和机理是十分必要的.当前材料学科建设比较完备，实验条件比较完善，完全可以满足开设物理性能实验的要求.将物理性能实验与测试分析课程实验相结合，可以让学生了解基本的物理性能现象、仪器工作原理及相关基础理论，加强学生对知识点的理解和应用.由于学生在各个环节都亲身体验并积极动脑分析，锻炼了他们的动手能力，培养了他们分析问题和解决问题的能力;同时，通过动手学生可以论证教材上的理论公式，将枯燥的公式转变为生动的实验数据，也极大地提高了他们的学习兴趣.
　　4 结束语
　　根据《国家中长期教育改革和发展规划纲要》的要求，结合我院应用型的特点.教学工作应注意提高学生的学习能力、实践能力、创新能力和应用能力.我们从《无机材料物理性能》课程的教学内容、教学方法和实验环节等方面进行了针对性的研究和尝试，获得了富有成效的经验.这些方法激发了学生的学习兴趣、培养了学生良好的思维习惯、增强了学生的专业素质，同时也在一定程度上培养了学生的创新能力和应用能力.然而，要真正跟上当今材料科学技术日新月异发展的要求，培养出高素质复合型、应用型人才，还需要不断的努力和探索.作者经过近十年的教学实践，初步达到了课程模块化教改的预期目的.但是,当前我院乃至我国材料学科课程模块化教学教育改革的还在起步阶段,不断加强实践与探索,推动课程模块化教学向更好的方向发展，培养应用型的高素质复合型人才，是我们努力的目标.