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淺談材料科學(xué)基礎(chǔ)課堂教學(xué)方法論文
《材料科學(xué)基礎(chǔ)》將各種材料( 金屬、陶瓷、高分子材料) 的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能建立在共同的理論基礎(chǔ)上，用于指導(dǎo)材料的研究、生產(chǎn)、應(yīng)用和發(fā)展�！恫牧峡茖W(xué)基礎(chǔ)》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(chǔ)課程。設(shè)有材料科學(xué)與工程專業(yè)的院校，大多在積極推進《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的課程建設(shè)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)和專業(yè)素養(yǎng)�！恫牧峡茖W(xué)基礎(chǔ)》具有概念性極強、基礎(chǔ)理論非常抽象的特點，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(chǔ)》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、重點知識的掌握，但忽略了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和能動性，特別是不利于學(xué)生分析問題、解決問題的能力的培養(yǎng)，也容易導(dǎo)致學(xué)生理論與實踐的脫節(jié)。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行了《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的課堂教學(xué)改革，主要的改革內(nèi)容是加強多媒體教學(xué)，開展網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)、案例教學(xué)和項目教學(xué)等，特別是增開了專門的實驗課程，利用實驗教學(xué)提高學(xué)生的動手能力和分析問題、解決問題的能力，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)與工程專業(yè)《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的課堂教學(xué)方式、方法不斷改進，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、生動活潑的討論式、互動式、啟發(fā)式的教學(xué)方法。討論式的教學(xué)方法能促進學(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、隨堂提問等方式加強師生互動，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。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(jié)合的方法，培養(yǎng)學(xué)生獨立獲取知識的能力; 對一些比較復(fù)雜和較難理解的內(nèi)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(nèi)容的理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果，使學(xué)生更好地掌握所學(xué)的專業(yè)理論知識。
另外，針對本課程知識學(xué)習(xí)難度大的特點，采取了多上習(xí)題課、輔導(dǎo)課的方式，強化基本概念、基本原理的教學(xué); 進行綜合性、實踐性題目的訓(xùn)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、方法有力促進了教學(xué)效果的不斷提高，但并沒有完全發(fā)揮出《材料科學(xué)基礎(chǔ)》作為一門應(yīng)用基礎(chǔ)性學(xué)科在培養(yǎng)應(yīng)用型人才方面所具有的優(yōu)勢。材料科學(xué)中的許多基礎(chǔ)理論，在材料的科研、生產(chǎn)、應(yīng)用等方面發(fā)揮著極大的作用，在培養(yǎng)學(xué)生的理論與實踐相結(jié)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(xiàn)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(xiàn)，而這些新材料、新性能大多數(shù)是建立在材料科學(xué)的基礎(chǔ)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，在及時反映最新研究成果的同時，有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，也是一個亟待解決的問題。此外，在《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的授課內(nèi)容中，有很多關(guān)于材料結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用方面的基礎(chǔ)理論，而以往教學(xué)很少引導(dǎo)學(xué)生利用這些基礎(chǔ)理論去分析、解決實際問題，忽視了對學(xué)生分析問題、解決問題的能力的培養(yǎng)。最后，由于諸多的因素，不少學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動性較差，基本是課前不預(yù)習(xí)、課后不復(fù)習(xí)，單純依靠課堂聽講，影響了學(xué)習(xí)效果。因此，改革目前的考核方式，加強過程考核，也將有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和能動性。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(xí)的自主性和能動性，不斷提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，同時培養(yǎng)學(xué)生的理論與實踐相結(jié)合的能力，有效地促進學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)與工程素養(yǎng)的提高。
1 課堂教學(xué)的綜合改革的實施方案
通過多年的探討，作者開著了《材料科學(xué)基礎(chǔ)》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(qū)動教學(xué)等研究性教學(xué)方式，以促進學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，并培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，促進教學(xué)效果的不斷提升。具體實施方案如下:
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(dāng)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(yīng)密切聯(lián)系。根據(jù)課堂教學(xué)內(nèi)容，設(shè)定一個或幾個案例，安排學(xué)生利用課余時間預(yù)習(xí)授課內(nèi)容、查閱資料、分析案例、提煉結(jié)論，指導(dǎo)學(xué)生分析較這些科技成果所包含的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》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(xiàn)象。在學(xué)生完成案例分析的基礎(chǔ)上，利用課上時間開展討論，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的能力。同時，設(shè)置學(xué)生自主討論環(huán)節(jié)，加強學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與教師間的互動。這種案例教學(xué)的優(yōu)點是使課堂教學(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)最新研究進展的同時，強化學(xué)生對相關(guān)基本理論知識的學(xué)習(xí)和理解，做到理論和實際的緊密結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以充分發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)中的主觀能動性。
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(diào)了《材料科學(xué)基礎(chǔ)》中的基本理論和實際問題的結(jié)合，強調(diào)所學(xué)的基本理論知識的實際應(yīng)用。在學(xué)生熟練掌握基本理論知識的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生利用相關(guān)的理論去解決實際問題，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。任務(wù)教學(xué)的任務(wù)主要來源于科學(xué)或生產(chǎn)的實際問題，如利用鮑林規(guī)則解釋某種硅酸鹽礦物的晶體結(jié)構(gòu)，利用相圖的判讀規(guī)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(chǔ)上，用所學(xué)理論知識去解釋或者解決實際問
題。在學(xué)生自主完成學(xué)習(xí)任務(wù)后，開展課堂討論，設(shè)置學(xué)生的自主討論時間，加強學(xué)生間和學(xué)生、教師間的互動，活躍課堂氣氛，調(diào)動學(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(jù)。
1. 3 項目驅(qū)動教學(xué)
在課堂教學(xué)中，項目驅(qū)動教學(xué)是以實驗作為項目的核心內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生自主完成實驗預(yù)習(xí)( 了解實驗背景、意義、原理等) 、實驗操作和實驗結(jié)果的分析等，特別是強化結(jié)果的分析與討論，加強實驗結(jié)果的理論意義分析或?qū)嶋H應(yīng)用價值分析，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)或工程素養(yǎng)。如項目“泥漿膠溶實驗及其在生產(chǎn)中的實際應(yīng)用”，就是引導(dǎo)學(xué)生在自主查閱大量資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)實驗結(jié)果分析泥漿膠溶在生產(chǎn)中的實際應(yīng)用價值，從而培養(yǎng)學(xué)生的理論和實踐相結(jié)合的能力以及分析問題、解決問題的能力等。項目教學(xué)要求學(xué)生完成項目報告，包括背景介紹、實驗過程、結(jié)果以及對結(jié)果的討論與分析等。由于課時所限，無論案例教學(xué)、任務(wù)教學(xué)或( 和) 項目教學(xué)，都要求學(xué)生利用課外時間完成相應(yīng)的案例、任務(wù)或( 和) 項目，且課外學(xué)習(xí)時間不能少于課堂學(xué)習(xí)時間，這要求學(xué)生必須利用課外時間進行自主學(xué)習(xí)。
2 評價方式
在課程教學(xué)綜合改革過程中，為了保障研究性教學(xué)的順利進行，增強學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的能動性，作者采用了過程考核和期末考核相結(jié)合的評價方式，注重過程考核。在各種考核方式中，平時成績占20%，主要依據(jù)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%;期末考試成績占40%。簡單合理的說明。實驗結(jié)束后，學(xué)生應(yīng)當(dāng)將使用過的儀器清洗干凈、擺放歸位，課后根據(jù)實驗結(jié)果按時完成實驗報告，對于實驗現(xiàn)象的描述和實驗數(shù)據(jù)的處理要真實、合理，不僅要求寫出主要反應(yīng)方程式，而且能夠依據(jù)公式和實驗數(shù)據(jù)通過具體的計算過程得到實驗結(jié)論。總之，通過實驗課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生動手、動腦，加強和鞏固理論基礎(chǔ)知識、具有實際的獨立實踐操作技能。另一方面，積極鼓勵學(xué)生開動腦筋，勇于創(chuàng)新，大膽嘗試，提出自己的見解。在講解實驗的過程中，可以對本類實驗的進展情況進行介紹，分析不同實驗方法的優(yōu)缺點，讓學(xué)生比較并設(shè)計合成路線，通過實際操作來觀察和探討其中的不同之處，了解現(xiàn)代有機化學(xué)學(xué)科的發(fā)展進程及其前沿動態(tài)，在今后的學(xué)習(xí)生活當(dāng)中逐步運用熟悉的理論知識解決合成當(dāng)中的實際問題，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)習(xí)的主動性。
3 及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題
在實驗課程當(dāng)中，會出現(xiàn)個別學(xué)生在實驗過程中觀察到的現(xiàn)象與教材描述的內(nèi)容不相符或者僅得到少量的實驗產(chǎn)物。發(fā)現(xiàn)這種情況后，要及時引導(dǎo)學(xué)生檢查整個實驗裝置的安裝是否得當(dāng)，實驗步驟是否準確無誤，分析問題出現(xiàn)的原因，讓他們在課后查閱有機化學(xué)相關(guān)的書籍和資料找出實驗成敗的關(guān)鍵，并在實驗報告當(dāng)中進行具體的說明。在實際的教學(xué)過程中不少學(xué)生在剛開始時操作方面存在問題，例如重結(jié)晶實驗當(dāng)中加入過量的活性炭，過濾后的濾液中還有少量的活性炭，沒有進行再次的過濾就直接抽濾，導(dǎo)致最終產(chǎn)物不純。實驗當(dāng)中取用濃硫酸時不小心將微量的酸濺到自己的皮膚上，后來經(jīng)過及時的清洗未出現(xiàn)其他問題。另外生物堿實驗操作過程當(dāng)中由于酒精燈使用不當(dāng)，引發(fā)附近其他小物品著火，其他同學(xué)發(fā)現(xiàn)后立即撲滅。因此在實驗教學(xué)開始之前必須對學(xué)生進行實驗室安全教育，讓學(xué)生了解各種危險情況的處理辦法，讓他們在實驗過程中遵守實驗室的各種安全守則，認真操作，必要時使用防護鏡等相關(guān)保護設(shè)備。另一方面，教師對于實驗當(dāng)中可能出現(xiàn)的問題和注意事項要及時強調(diào)，讓學(xué)生清楚實驗的每個步驟，化學(xué)試劑的使用和注意方法等等。也會出現(xiàn)個別學(xué)生沒有帶實驗服，操作不認真的現(xiàn)象，教師要及時的進行批評教育，了解學(xué)生的想法，讓他們認識到學(xué)習(xí)有機化學(xué)實驗的重要性并能夠端正學(xué)習(xí)態(tài)度，養(yǎng)成細心、嚴謹?shù)牧己昧?xí)慣。結(jié)合上述情況，通過系統(tǒng)的有機化學(xué)實驗技能鍛煉，有效的提升學(xué)生的動手和設(shè)計創(chuàng)新的能力，增強有機化學(xué)實驗課程的學(xué)習(xí)效果、開拓思維，為今后的畢業(yè)設(shè)計以及從事化學(xué)類相關(guān)工作打下堅實的基礎(chǔ)，以適應(yīng)社會發(fā)展的需求。
結(jié)束語
在課堂教學(xué)綜合改革過程中，作者主要開展了案例、任務(wù)和項目驅(qū)動教學(xué)等研究性教學(xué)方式，以促進學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的能動性，并培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的理論與實際相結(jié)合的工程實踐能力，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，為材料科學(xué)與工程專業(yè)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供有力的支撐。
由于《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)改革還在實施過程中，難免會遇到許多問題，這需要在以后的教學(xué)改革中逐步解決。此外，以上實施方案還需在今后的教學(xué)中進行驗證，并逐步改善，以更好地促進教學(xué)質(zhì)量的不斷提高。
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