孫 朗，張愛清

(中南民族大學 化學與材料科學學院，湖北 武漢 430074)

*收稿日期：2013-12-20

引言

材料科學是一門較新的學科，直到20 世紀50 年代末才被明確提出，是以揭示、研究固體材料性質(zhì)規(guī)律為主的一門科學。進入21世紀，材料科學已經(jīng)與能源科學和信息科學并列為現(xiàn)代科學技術的三大支柱?！安牧峡茖W主要包含兩個方面：一是對材料內(nèi)在規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、分析、研究、認識，二是對材料進行設計及控制，已達到應用的目的?！盵1]由于材料科學將材料作為研究對象，因此其對國民經(jīng)濟的發(fā)展進步以及高新技術的發(fā)展都有著極為重要的意義。但是“形勢比較嚴峻的是伴隨著新材料產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，我國缺乏具有創(chuàng)新性、自主知識產(chǎn)權的關鍵技術，新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展基本上‘受制于人’。”[2]創(chuàng)新是一個國家和民族進步的動力之源，新時代所需要的人才類型是多樣化、個性化和具有創(chuàng)新精神的。作為教育體系中最重要的一環(huán)，如何培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神并激發(fā)學生的創(chuàng)造性是大學教育所必須直面的問題。因此，為了滿足當前社會各方面的需要，培養(yǎng)和造就全面型、綜合型、智能型、創(chuàng)造型材料類高素質(zhì)人才是當下材料類高等教育的核心目標。

不能否認，隨著科學技術的發(fā)展，民族高?！安牧峡茖W與工程基礎”課程的教學在新的歷史條件下面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，碰到了許多難以回避的新問題和新情況，傳統(tǒng)單一的“灌輸式”教學方法，不利于培養(yǎng)學生在實際生活中解決問題的能力。這里作為材料相關專業(yè)重要基礎課程之一的“材料科學與工程基礎”正面臨著以加強基礎、拓寬專業(yè)知識面和加強實踐訓練為主要目的課程改革。如何在民族高校材料科學基礎課程的教學中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，成了教學改革的重要課題。為切實解決這些問題，切實鞏固和提高教學質(zhì)量，筆者結(jié)合自身在中南民族大學的授課經(jīng)驗，探討“材料科學與工程基礎”這門課程的教學模式，并對民族高校中“材料科學與工程基礎”的教學進行探討。

一、民族高校“材料科學與工程基礎”特點與教學現(xiàn)狀

民族高校的學生多數(shù)來自少數(shù)名族地區(qū)，由于我國經(jīng)濟文化發(fā)展的不平衡以及民族文化的差異，民族地區(qū)的教育條件及教育水平相對較為低下，實踐教育環(huán)節(jié)的缺失十分嚴重，因此絕大部分少數(shù)民族學生理論基礎相對較為薄弱，底子差，他們對抽象理論的理解較為困難，創(chuàng)新意識和實踐能力較差。由于民族高校生源60%以上都是以來源全國各個地區(qū)的少數(shù)民族學生為主體，因此存在著學生入學成績分數(shù)差異較大，基礎薄弱，貧困生較多，學習情緒與狀態(tài)不穩(wěn)定等實際情況。民族高校學生由于風俗習慣、語言文化等方面的差異，他們往往產(chǎn)生心理上的恐懼，不愿意與其他民族學生交往，他們學習積極性和主動性都有待提高。如何培養(yǎng)民族高校學生成為具有扎實的學科基礎、富有創(chuàng)新精神和豐富實踐能力，是擺在我們面前的一個長遠課題。

以中南民族大學為例，該校是華中地區(qū)最重要的部屬綜合性院校，直屬國家民委事務委員會，具有學士、碩士及博士學位的授予權，是為國家培養(yǎng)高素質(zhì)、應用型人才的重要基地，同時也是研究與展示我國民族理論和民族政策的重要基地。在進行“材料科學與工程基礎”這門課程的教學時，筆者鑒于上述民族高校學生的生源特點，一般高校的教學方法無法適應課程教學的需要。不論是對漢族學生還是少數(shù)民族學生而言，創(chuàng)新應該是人才培養(yǎng)的永恒目標。面對基礎參差不齊的教學對象，如何調(diào)整教學思路，建構(gòu)符合民族高校、并以加強基礎、注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目的的教育教學模式，是目前面臨的最大難題。鑒于該課程對材料科學相關專業(yè)人才運用理論知識解決實際問題的能力的培養(yǎng)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、科學思維方法的培養(yǎng)和整體知識結(jié)構(gòu)的構(gòu)建具有奠基作用，結(jié)合我校的實際，筆者把“材料科學與工程基礎”課程定位為基礎理論知識與實踐應用過渡的橋梁，從教學方法和教學內(nèi)容兩大方面進行了改革與優(yōu)化整合。力求使學生通過對這一課程的理論學習，在掌握材料科學基礎原理的基礎上，學會運用這些基礎理論知識來解決實際問題，并為將來工作過程中研究創(chuàng)造新材料和新工藝打下良好的基礎。

二、民族高?！安牧峡茖W與工程基礎”課程教學模式優(yōu)化

“材料科學與工程基礎”課程建設和改革的指導思想是在滿足應用型工科專業(yè)的人才培養(yǎng)目標及模式的基本要求前提下，按照“基礎適度、口徑寬廣、應用為先”的教育理念，向高年級本科生詳細介紹材料結(jié)構(gòu)的基礎知識、不同種類材料的組成和結(jié)構(gòu)、材料的性質(zhì)和制備加工等方面共性和特性的一門基礎學科。但是，由于材料科學作為一個綜合性學科的特點，該課程涉及到從物理學到化學，從金屬學到高分子等多個學科，內(nèi)容涉及面積極為廣泛，因此，對學生的相關基礎知識的掌握有著較高的要求。然而由于課時限制等客觀因素，教師只能在課上對相關知識點進行簡單介紹，而無法對其進行深入討論。體現(xiàn)課堂上則表現(xiàn)課程內(nèi)容多為概念和規(guī)律的講述，不同章節(jié)之間跨度較大，知識體系的難以構(gòu)建，這導致學生普遍感覺此門課程的教學內(nèi)容枯燥、抽象、難學?？紤]到目前的教學現(xiàn)狀，筆者認為從教學方法和教學內(nèi)容兩方面進行教學模式的優(yōu)化勢在必行。

1.教學方法的優(yōu)化

教學方法直接影響著教學質(zhì)量和人才的培養(yǎng)，科學的教學方法可以有效地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，并增強學生的創(chuàng)新能力。由于“材料科學與工程基礎”本身的特點，其課程以相關知識的介紹為主，傳統(tǒng)的教學方式主要是以教師為主導開展的，導致了在授課過程中容易陷入以教師為主的“滿堂灌”的模式。這樣不僅不利于學生對知識的掌握，還極大壓制了學生自主創(chuàng)新能力的發(fā)展。筆者認為，應從以下三個方面進行教學方法的改善。

第一，貫徹“教為主導，學為主體”的原則組織課堂教學，采用啟發(fā)誘導式的上課模式。在“材料科學與工程基礎”的課程中，結(jié)合課程內(nèi)容通過啟發(fā)誘導式教育可以有效地引導學生思考，從而促進學生創(chuàng)新思想的涌現(xiàn)。啟發(fā)誘導式教育還以加強教師與學生之間的互動，有助于提高學生的學習興趣和積極性。我們知道，“材料科學與工程基礎”這門課程的教學主線是通過從對原子的介紹開始，進而對原子組成的分子或晶胞結(jié)構(gòu)進行講解，并在此基礎上對不同材料的顯微結(jié)構(gòu)進行分析，并最終對材料的性質(zhì)給予歸納總結(jié)，那么在授課時，老師可以先提出問題：如果世界末日到來了，只可以留下一句話給后來人，那么你們選擇那句話？在學生討論的基礎上，老師給出答案：物質(zhì)是由原子構(gòu)成的，從而引出教學內(nèi)容。在介紹晶格結(jié)構(gòu)時向?qū)W生提問：物質(zhì)中原子既然有相互之間的作用力，那么它們怎么待在一起？回答這個問題同時既可以將晶格內(nèi)容引出，也可以為之后對非晶材料講解埋下伏筆。在對晶格介紹過程中對比金剛石和石墨的巨大不同，亦能進一步引發(fā)學生的興趣，促進學生的討論和思考，并與學生形成互動。

第二，在啟發(fā)誘導式的上課過程中，開展討論式教學，特別是在教學過程中當學生們對某個問題持不同觀點時開展，將單一課堂教學轉(zhuǎn)為多形式的互動交流。具體措施是將學生按班級分成幾個小組，提前給每一組分配一個問題，先讓學生互相討論，發(fā)表自己的看法，共同完成對這個題目的討論， 然后在之后的課堂上，每組選一個代表給全體同學講解本組對這個問題的看法。老師將會對同學們的表現(xiàn)進行客觀的評價，并引導學生在討論中加深對題目所涉及的理論知識的理解。讓學生在思考和討論的基礎上發(fā)現(xiàn)和提出問題，一方面有利于學生加深對基礎知識的掌握，調(diào)動學生學習積極性，使他們由單純的知識接受者變?yōu)橹鲃拥奶剿髡?，另一方面更是有助于鍛煉學生的語言表達能力和邏輯思維能力。再如，教師在課堂可以為學生提供一些諸如“為什么歐洲會全身鎧甲而中國沒有”或者“黑四代為什么是黑色”之類的討論題目，來鍛煉學生自學能力、培養(yǎng)學生分析問題與解決問題能力，同時加深學生對所學知識的理解與應用。當然，教師也必須預留充分的時間來組織討論式的課堂講授，在授課過程中，注意復習和總結(jié)，理清重點和難點以及各知識點的聯(lián)系和區(qū)別，學生也能在討論的過程中提出問題、發(fā)現(xiàn)難點，這樣的課堂才是有生命力的、活躍而有效的。

第三，傳統(tǒng)“板書”教學與現(xiàn)代多媒體教學的完美結(jié)合。不同教學內(nèi)容的講解決定了教師將會采用不同教學手段。對于一些基本理論和公式的講解應使用板書方法，傳統(tǒng)的板書講解不僅能讓學生全程見證理論和公式的推導，更可以通過給予學生充分的理解反應時間來強化記憶。可以說，教與學之間的互動在傳統(tǒng)的板書過程中體現(xiàn)得更為明顯。對于復雜的圖示演示，如等徑球體的最緊密堆積、位錯、擴散、復雜相圖以及晶體結(jié)構(gòu)等可以多用多媒體的三維動畫來更形象和生動地進行來演示，學生通過簡單化、通俗化的虛擬形式深刻理解和掌握抽象的理論，大大激發(fā)學習的興趣，同時也加強了課本知識與實際生活的聯(lián)系。但凡事過而不及，多媒體教學只是一種手段，如果在授課過程中大量采用多媒體教學，則有可能導致師生情感交流減少，教師無法很好地掌握學生的心理動態(tài)。另外如果一味地應用多媒體授課，學生也會因為課件變化快、公式過多而難以消化，大大降低學習積極性。因此，在材料科學基礎的授課中，應將多媒體課件與板書結(jié)合授課，取長補短。

2.理論教學內(nèi)容的優(yōu)化

“材料科學與工程基礎”是學生全面接觸專業(yè)領域、從基礎課到專業(yè)課的過渡課程，具有概念多、學科知識面寬、應用基礎理論廣的特點，有相當?shù)碾y度?！盵3]目前，中南民族大學的材料科學基礎課程使用的是由化學工業(yè)出版社出版的顧宜主編的《材料科學與工程基礎》。這一教材基本內(nèi)容基本概括了從結(jié)構(gòu)基礎到材料的制備與成型加工各個方面的基本知識，但是該課程的教學僅安排了36個學時，導致在教學中授課內(nèi)容的深度與廣度之間巨大的矛盾。中南民族大學作為民族類一本院校，其化學與材料科學學院中專業(yè)是按二級學科進行課程設置，“材料科學與工程基礎”作為材料化學專業(yè)以及高分子材料與工程兩個專業(yè)的基礎課程。雖然材料化學與高分子材料與工程專業(yè)培養(yǎng)方案上具有一定的相似性，但由于材料化學專業(yè)特點對 “材料科學與工程基礎”課程的理論知識有較好的基礎，但對材料的制備以及成型加工了解較少；而高分子材料與工程專業(yè)則對包括量子力學基礎在內(nèi)的相關知識在其它課程中并沒有涉及。然而，社會需要的人才正向著復合型人才發(fā)展，材料學科也正向著功能型和復合型的方向發(fā)展，因此為了滿足社會對材料類人才的要求，培養(yǎng)人才應具有大材料專業(yè)的理論基礎，同時考慮中南民族大學化材學院的特色，故必須對材料科學基礎的教學內(nèi)容進行合理的優(yōu)化和整合，構(gòu)建具有自己特色的化學科學材料基礎的教學。

材料科技基礎課程內(nèi)容十分豐富，其核心在于對結(jié)構(gòu)的認識以及結(jié)構(gòu)對性能的影響。材料科學的性能是由結(jié)構(gòu)決定的，而結(jié)構(gòu)的體系龐大，各部分具有各自的特點，對于學生而言，會感覺這些結(jié)構(gòu)與性能的概念，公式多，他們之間好像缺乏一條將各個方面的知識聯(lián)系起來的主線。因此通過教學內(nèi)容的精選和章節(jié)順序的安排，搭建一個合理的材料科學基礎的教學平臺，就顯得尤為重要。根據(jù)中南民族大學材料化學專業(yè)以及高分子材料與工程專業(yè)材料科學基礎課程的培養(yǎng)目標，對教學內(nèi)容進行了優(yōu)化整合，將課程教學內(nèi)容分為三部分，第一部分材料結(jié)構(gòu)部分，主要是介紹如何從原子組成各類材料的內(nèi)在規(guī)律，材料結(jié)構(gòu)上的變化規(guī)律以及不同材料在結(jié)構(gòu)上的特點；第二部分材料性能部分主要介紹材料的相關性能以及材料性能與結(jié)構(gòu)之間的關系；第三部分材料制備部分，介紹各類材料的制備方法以及金屬和高分子材料的成型加工工藝。對高分子材料與工程專業(yè)學生而言，需要較多的時間在第一部分來補全相關知識的不足，而最后一個部分的講授內(nèi)容可以相對減少，而對材料化學專業(yè)學生而言則是相反。

另外，材料科學基礎這門課程與材料領域最新的生產(chǎn)科研緊密相連，因此在傳授課本上理論知識時，有選擇地將材料領域一些新的研究成果引入課堂，使教學內(nèi)容緊跟學科發(fā)展前沿，將有助于開闊學生知識視野，增強學生對這門課程學習的興趣，也使課堂增添活力。如在講金剛石和石墨的晶體結(jié)構(gòu)后補充講解碳納米管和石墨烯的結(jié)構(gòu)，在講授固體表面結(jié)構(gòu)時可補充介紹表面對材料催化性能的影響。還可以通過一些量子計算軟件引入課堂，比如在講授成鍵時將采用DFT軟件計算離子晶體(NaCl)、共價晶體(金剛石)以及金屬(Al)的電子分布展現(xiàn)給學生，或能帶結(jié)構(gòu)與導電性能的關系時，將采用DFT軟件計算得到的典型的導體、半導體，以及絕緣體能帶結(jié)構(gòu)展示給學生，這樣不僅使學生對相關理論知識有了較為直觀的認識，同時還提高了學生的科研興趣。在教學中，教師也可以講授自己的科研成果和相關領域當前的科研發(fā)展動態(tài)，將教學與科研結(jié)合起來能很大程度上激發(fā)學生的學習積極性，讓學生強烈地感受到科學發(fā)展的脈搏和動力，同時提高學生的創(chuàng)新動力。

另外，嚴格的教學機制的建立也很重要，包括前期制定和執(zhí)行授課計劃、備課教案、教學日志、課堂作業(yè)考試方式等。傳統(tǒng)的考試方式以試卷考試為主，導致很多學生考試考死記硬背，很難真正掌握所學知識，更不用說對知識的靈活運用，還應考核學生探索知識和運用知識的能力。可以包括三個方面：一是學生的平時成績，包括學生的出勤率、課堂上參與討論和作業(yè)完成的情況；二是學生獲取知識的能力，包括課堂的討論的活躍度。三是期末考試，其中基礎理論知識占50%，應用分析占30%，綜合占20%。

結(jié)語

近年來，國家把新材料列為重點支持行業(yè)，新材料作為高新技術的基礎和先導，已經(jīng)顯示出良好的發(fā)展前景，各種新材料、新工業(yè)也不斷出現(xiàn)并投入實際應用。為適應經(jīng)濟發(fā)展，解決目前客觀存在的尖銳的畢業(yè)生供需矛盾，培養(yǎng)具有較強的理論基礎、能滿足實際應用需要的創(chuàng)新性人才，使材料學科的畢業(yè)生能更好地適應社會，為產(chǎn)業(yè)界服務，成為民族高校學生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力培養(yǎng)系統(tǒng)最重要的目標?；诿褡甯咝５霓k學培養(yǎng)目標、專業(yè)現(xiàn)狀以及學生特點，筆者認為，通過以上教學改革方案的實施，教學方式由教師啟發(fā)誘導式講解與學生討論有機結(jié)合，利用傳統(tǒng)板書教學與多媒體教學相結(jié)合，并對教學內(nèi)容進行優(yōu)化整合，能夠讓學生在有限的教學課時中掌握和理解理論性較強的專業(yè)基礎課的核心內(nèi)容，并激發(fā)學生學習材料科學基礎的積極性、主動性。面對新的歷史機遇與挑戰(zhàn)，要想培養(yǎng)民族高校學生強烈的創(chuàng)新意識和一定的創(chuàng)新能力，需要轉(zhuǎn)變觀念，針對學生特點建立一套創(chuàng)新人才的教學體系，并為他們提供能夠?qū)崿F(xiàn)創(chuàng)新的學習氛圍和進行創(chuàng)新實踐的舞臺，才能為民族高校的發(fā)展和材料型人才的建設做出應有的貢獻。

參考文獻：

[1] 代凱. 大學本科材料科學基礎課程教改初探[J]. 牡丹江師范學院學報(自然科學版)，2011，(1)：66.

[2] 李義春. 中國高校材料教育現(xiàn)狀與面臨的挑戰(zhàn)[J]. 材料導報，2005，(2)：4.

[3] 王章忠，張祖鳳，巴志新. 應用型本科《材料科學基礎》課程建設與改革[J]. 南京工程學院學報，2005，(2)：66.