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淺談材料科學(xué)基礎課堂教學(xué)方法論文
《材料科學(xué)基礎》將各種材料( 金屬、陶瓷、高分子材料) 的微觀(guān)結構和宏觀(guān)性能建立在共同的理論基礎上，用于指導材料的研究、生產(chǎn)、應用和發(fā)展�！恫牧峡茖W(xué)基礎》在材料科學(xué)與工程學(xué)科體系中處于核心地位，是必修的學(xué)科基礎課程。設有材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的院校，大多在積極推進(jìn)《材料科學(xué)基礎》的課程建設和教學(xué)改革，力求最佳的教學(xué)效果，以全面提升學(xué)生的科學(xué)和專(zhuān)業(yè)素養�！恫牧峡茖W(xué)基礎》具有概念性極強、基礎理論非常抽象的特點(diǎn)，學(xué)生完全理解、掌握的難度較大。
從全國范圍看，相關(guān)高等院校的《材料科學(xué)基礎》的課堂教學(xué)基本上還是以教師講解作為知識傳授的主要方式。這種以講解為主的課堂教學(xué)模式，雖然在一定程度上能幫助學(xué)生對難點(diǎn)、重點(diǎn)知識的掌握，但忽略了學(xué)生學(xué)習的自主性和能動(dòng)性，特別是不利于學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力的培養，也容易導致學(xué)生理論與實(shí)踐的脫節。為了改變這種狀況，以浙江大學(xué)和武漢理工大學(xué)為代表的高等院校進(jìn)行了《材料科學(xué)基礎》的課堂教學(xué)改革，主要的改革內容是加強多媒體教學(xué)，開(kāi)展網(wǎng)絡(luò )輔助教學(xué)、案例教學(xué)和項目教學(xué)等，特別是增開(kāi)了專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗課程，利用實(shí)驗教學(xué)提高學(xué)生的動(dòng)手能力和分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，并取得了一定的成果。
在學(xué)校教務(wù)處和學(xué)院的大力支持下，山東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)《材料科學(xué)基礎》的課堂教學(xué)方式、方法不斷改進(jìn)，教學(xué)效果不斷提升: 改變了以前單一的課堂講授為主的教學(xué)模式，采用了形象直觀(guān)、生動(dòng)活潑的討論式、互動(dòng)式、啟發(fā)式的教學(xué)方法。討論式的教學(xué)方法能促進(jìn)學(xué)生積極思考，加強學(xué)生對所學(xué)知識的理解; 利用思考題、隨堂提問(wèn)等方式加強師生互動(dòng)，提高學(xué)生學(xué)習的主動(dòng)性。此外，對易理解、掌握的知識，采取學(xué)生自學(xué)和課堂講授相結合的方法，培養學(xué)生獨立獲取知識的能力; 對一些比較復雜和較難理解的內容，采用圖片、模型、視頻等多媒體教學(xué)手段，加深學(xué)生對課程內容的理解，提高學(xué)生的學(xué)習興趣和教學(xué)效果，使學(xué)生更好地掌握所學(xué)的專(zhuān)業(yè)理論知識。
另外，針對本課程知識學(xué)習難度大的特點(diǎn)，采取了多上習題課、輔導課的方式，強化基本概念、基本原理的教學(xué); 進(jìn)行綜合性、實(shí)踐性題目的訓練，提高學(xué)生的分析、判斷和推理的能力。雖然以上課堂教學(xué)方式、方法有力促進(jìn)了教學(xué)效果的不斷提高，但并沒(méi)有完全發(fā)揮出《材料科學(xué)基礎》作為一門(mén)應用基礎性學(xué)科在培養應用型人才方面所具有的優(yōu)勢。材料科學(xué)中的許多基礎理論，在材料的科研、生產(chǎn)、應用等方面發(fā)揮著(zhù)極大的作用，在培養學(xué)生的理論與實(shí)踐相結合的能力方面具有非常重要的作用，而在以往的課堂教學(xué)中并未很好地體現這一優(yōu)勢; 另一方面，材料科學(xué)的發(fā)展速度很快，新材料、材料的新性能不斷出現，而這些新材料、新性能大多數是建立在材料科學(xué)的基礎理論之上。因此，如何把材料科學(xué)領(lǐng)域的最新成果和材料科學(xué)的基本理論知識聯(lián)系起來(lái)，在及時(shí)反映最新研究成果的同時(shí)，有效地提高學(xué)生的學(xué)習興趣和主動(dòng)性，也是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。此外，在《材料科學(xué)基礎》的授課內容中，有很多關(guān)于材料結構、性能和應用方面的基礎理論，而以往教學(xué)很少引導學(xué)生利用這些基礎理論去分析、解決實(shí)際問(wèn)題，忽視了對學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力的培養。最后，由于諸多的因素，不少學(xué)生的學(xué)習積極性、主動(dòng)性較差，基本是課前不預習、課后不復習，單純依靠課堂聽(tīng)講，影響了學(xué)習效果。因此，改革目前的考核方式，加強過(guò)程考核，也將有助于提高學(xué)生學(xué)習的自主性和能動(dòng)性。綜上所述，課堂教學(xué)還需不斷地探索新的教學(xué)模式和教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習的自主性和能動(dòng)性，不斷提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，同時(shí)培養學(xué)生的理論與實(shí)踐相結合的能力，有效地促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)素養與工程素養的提高。
1 課堂教學(xué)的綜合改革的實(shí)施方案
通過(guò)多年的探討，作者開(kāi)著(zhù)了《材料科學(xué)基礎》的課堂綜合改革，主要采用的是案例教學(xué)、任務(wù)教學(xué)和項目驅動(dòng)教學(xué)等研究性教學(xué)方式，以促進(jìn)學(xué)生學(xué)習的自主性，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性，并培養學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，促進(jìn)教學(xué)效果的不斷提升。具體實(shí)施方案如下:
1. 1 案例教學(xué)
在課程綜合改革中，作者選擇的案例主要是當前材料科學(xué)發(fā)展的最新研究成果，且該研究成果和課堂講授的基本理論知識應密切聯(lián)系。根據課堂教學(xué)內容，設定一個(gè)或幾個(gè)案例，安排學(xué)生利用課余時(shí)間預習授課內容、查閱資料、分析案例、提煉結論，指導學(xué)生分析較這些科技成果所包含的《材料科學(xué)基礎》中的基本理論知識，利用所學(xué)理論去解釋相關(guān)的物理化學(xué)現象。在學(xué)生完成案例分析的基礎上，利用課上時(shí)間開(kāi)展討論，引導學(xué)生積極思考，培養學(xué)生發(fā)現問(wèn)題、分析問(wèn)題的能力。同時(shí)，設置學(xué)生自主討論環(huán)節，加強學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與教師間的互動(dòng)。這種案例教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)是使課堂教學(xué)知識具有前沿性和科學(xué)性，讓學(xué)生在了解材料科學(xué)最新研究進(jìn)展的同時(shí)，強化學(xué)生對相關(guān)基本理論知識的學(xué)習和理解，做到理論和實(shí)際的緊密結合，培養學(xué)生的學(xué)習興趣，以充分發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)中的主觀(guān)能動(dòng)性。
1. 2 任務(wù)教學(xué)
在課程綜合改革中，作者精選的任務(wù)特別強調了《材料科學(xué)基礎》中的基本理論和實(shí)際問(wèn)題的結合，強調所學(xué)的基本理論知識的實(shí)際應用。在學(xué)生熟練掌握基本理論知識的基礎上，引導學(xué)生利用相關(guān)的理論去解決實(shí)際問(wèn)題，培養學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。任務(wù)教學(xué)的任務(wù)主要來(lái)源于科學(xué)或生產(chǎn)的實(shí)際問(wèn)題，如利用鮑林規則解釋某種硅酸鹽礦物的晶體結構，利用相圖的判讀規則詳細判讀相圖等，都是要求學(xué)生在掌握相關(guān)知識的基礎上，用所學(xué)理論知識去解釋或者解決實(shí)際問(wèn)
題。在學(xué)生自主完成學(xué)習任務(wù)后，開(kāi)展課堂討論，設置學(xué)生的自主討論時(shí)間，加強學(xué)生間和學(xué)生、教師間的互動(dòng)，活躍課堂氣氛，調動(dòng)學(xué)生的積極性。任務(wù)教學(xué)的考核以學(xué)生的報告作為主要依據。
1. 3 項目驅動(dòng)教學(xué)
在課堂教學(xué)中，項目驅動(dòng)教學(xué)是以實(shí)驗作為項目的核心內容，引導學(xué)生自主完成實(shí)驗預習( 了解實(shí)驗背景、意義、原理等) 、實(shí)驗操作和實(shí)驗結果的分析等，特別是強化結果的分析與討論，加強實(shí)驗結果的理論意義分析或實(shí)際應用價(jià)值分析，培養學(xué)生的科學(xué)素養或工程素養。如項目“泥漿膠溶實(shí)驗及其在生產(chǎn)中的實(shí)際應用”，就是引導學(xué)生在自主查閱大量資料的基礎上，根據實(shí)驗結果分析泥漿膠溶在生產(chǎn)中的實(shí)際應用價(jià)值，從而培養學(xué)生的理論和實(shí)踐相結合的能力以及分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力等。項目教學(xué)要求學(xué)生完成項目報告，包括背景介紹、實(shí)驗過(guò)程、結果以及對結果的討論與分析等。由于課時(shí)所限，無(wú)論案例教學(xué)、任務(wù)教學(xué)或( 和) 項目教學(xué)，都要求學(xué)生利用課外時(shí)間完成相應的案例、任務(wù)或( 和) 項目，且課外學(xué)習時(shí)間不能少于課堂學(xué)習時(shí)間，這要求學(xué)生必須利用課外時(shí)間進(jìn)行自主學(xué)習。
2 評價(jià)方式
在課程教學(xué)綜合改革過(guò)程中，為了保障研究性教學(xué)的順利進(jìn)行，增強學(xué)生的自主學(xué)習意識，提高學(xué)生學(xué)習的能動(dòng)性，作者采用了過(guò)程考核和期末考核相結合的評價(jià)方式，注重過(guò)程考核。在各種考核方式中，平時(shí)成績(jì)占20%，主要依據案例完成情況、課堂討論活躍度、考勤等確定; 任務(wù)和項目考核占40%;期末考試成績(jì)占40%。簡(jiǎn)單合理的說(shuō)明。實(shí)驗結束后，學(xué)生應當將使用過(guò)的儀器清洗干凈、擺放歸位，課后根據實(shí)驗結果按時(shí)完成實(shí)驗報告，對于實(shí)驗現象的描述和實(shí)驗數據的處理要真實(shí)、合理，不僅要求寫(xiě)出主要反應方程式，而且能夠依據公式和實(shí)驗數據通過(guò)具體的計算過(guò)程得到實(shí)驗結論�？傊�，通過(guò)實(shí)驗課程的學(xué)習，使學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦，加強和鞏固理論基礎知識、具有實(shí)際的獨立實(shí)踐操作技能。另一方面，積極鼓勵學(xué)生開(kāi)動(dòng)腦筋，勇于創(chuàng )新，大膽嘗試，提出自己的見(jiàn)解。在講解實(shí)驗的過(guò)程中，可以對本類(lèi)實(shí)驗的進(jìn)展情況進(jìn)行介紹，分析不同實(shí)驗方法的優(yōu)缺點(diǎn)，讓學(xué)生比較并設計合成路線(xiàn)，通過(guò)實(shí)際操作來(lái)觀(guān)察和探討其中的不同之處，了解現代有機化學(xué)學(xué)科的發(fā)展進(jìn)程及其前沿動(dòng)態(tài)，在今后的學(xué)習生活當中逐步運用熟悉的理論知識解決合成當中的實(shí)際問(wèn)題，激發(fā)他們的學(xué)習興趣，增加學(xué)習的主動(dòng)性。
3 及時(shí)發(fā)現問(wèn)題、解決問(wèn)題
在實(shí)驗課程當中，會(huì )出現個(gè)別學(xué)生在實(shí)驗過(guò)程中觀(guān)察到的現象與教材描述的內容不相符或者僅得到少量的實(shí)驗產(chǎn)物。發(fā)現這種情況后，要及時(shí)引導學(xué)生檢查整個(gè)實(shí)驗裝置的安裝是否得當，實(shí)驗步驟是否準確無(wú)誤，分析問(wèn)題出現的原因，讓他們在課后查閱有機化學(xué)相關(guān)的書(shū)籍和資料找出實(shí)驗成敗的關(guān)鍵，并在實(shí)驗報告當中進(jìn)行具體的說(shuō)明。在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中不少學(xué)生在剛開(kāi)始時(shí)操作方面存在問(wèn)題，例如重結晶實(shí)驗當中加入過(guò)量的活性炭，過(guò)濾后的濾液中還有少量的活性炭，沒(méi)有進(jìn)行再次的過(guò)濾就直接抽濾，導致最終產(chǎn)物不純。實(shí)驗當中取用濃硫酸時(shí)不小心將微量的酸濺到自己的皮膚上，后來(lái)經(jīng)過(guò)及時(shí)的清洗未出現其他問(wèn)題。另外生物堿實(shí)驗操作過(guò)程當中由于酒精燈使用不當，引發(fā)附近其他小物品著(zhù)火，其他同學(xué)發(fā)現后立即撲滅。因此在實(shí)驗教學(xué)開(kāi)始之前必須對學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗室安全教育，讓學(xué)生了解各種危險情況的處理辦法，讓他們在實(shí)驗過(guò)程中遵守實(shí)驗室的各種安全守則，認真操作，必要時(shí)使用防護鏡等相關(guān)保護設備。另一方面，教師對于實(shí)驗當中可能出現的問(wèn)題和注意事項要及時(shí)強調，讓學(xué)生清楚實(shí)驗的每個(gè)步驟，化學(xué)試劑的使用和注意方法等等。也會(huì )出現個(gè)別學(xué)生沒(méi)有帶實(shí)驗服，操作不認真的現象，教師要及時(shí)的進(jìn)行批評教育，了解學(xué)生的想法，讓他們認識到學(xué)習有機化學(xué)實(shí)驗的重要性并能夠端正學(xué)習態(tài)度，養成細心、嚴謹的良好習慣。結合上述情況，通過(guò)系統的有機化學(xué)實(shí)驗技能鍛煉，有效的提升學(xué)生的動(dòng)手和設計創(chuàng )新的能力，增強有機化學(xué)實(shí)驗課程的學(xué)習效果、開(kāi)拓思維，為今后的畢業(yè)設計以及從事化學(xué)類(lèi)相關(guān)工作打下堅實(shí)的基礎，以適應社會(huì )發(fā)展的需求。
結束語(yǔ)
在課堂教學(xué)綜合改革過(guò)程中，作者主要開(kāi)展了案例、任務(wù)和項目驅動(dòng)教學(xué)等研究性教學(xué)方式，以促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習，提高學(xué)生學(xué)習的能動(dòng)性，并培養學(xué)生發(fā)現問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養學(xué)生的理論與實(shí)際相結合的工程實(shí)踐能力，提高學(xué)生科學(xué)素養，為材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)應用型人才的培養提供有力的支撐。
由于《材料科學(xué)基礎》教學(xué)改革還在實(shí)施過(guò)程中，難免會(huì )遇到許多問(wèn)題，這需要在以后的教學(xué)改革中逐步解決。此外，以上實(shí)施方案還需在今后的教學(xué)中進(jìn)行驗證，并逐步改善，以更好地促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的不斷提高。
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