彭國(guó)勝

(安徽工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243002)

對(duì)于材料類專業(yè)的學(xué)生而言，材料熱力學(xué)是一門理論性和應(yīng)用性都很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，通過(guò)經(jīng)典熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)研究材料在制備、加工及相變過(guò)程中組織和相的形成規(guī)律，具有理論性突出、應(yīng)用性強(qiáng)、概念抽象及公式繁多等特點(diǎn)。在我校,該課程為材料科學(xué)與工程專業(yè)研究生的專業(yè)基礎(chǔ)核心課程，其根本任務(wù)在于培養(yǎng)學(xué)生將熱力學(xué)基本原理應(yīng)用于材料科研實(shí)踐中的能力。在研究生材料熱力學(xué)教學(xué)過(guò)程中分為八章講述，依次是熱力學(xué)基本定律、材料缺陷熱力學(xué)、二元體系熱力學(xué)、相圖熱力學(xué)、相變熱力學(xué)、腐蝕電化學(xué)熱力學(xué)、界面熱力學(xué)和熱力學(xué)模擬計(jì)算相關(guān)介紹。我們?cè)谑谡n過(guò)程中除強(qiáng)調(diào)知識(shí)點(diǎn)的講授外，進(jìn)行課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的拓展式教學(xué)，強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的能力。

一、課程教學(xué)過(guò)程注重理論結(jié)合實(shí)際能力的培養(yǎng)

材料熱力學(xué)這門課程是對(duì)實(shí)際問(wèn)題的抽象和概括，因此在教學(xué)過(guò)程中，教師可以通過(guò)拓展實(shí)際例子加深學(xué)生對(duì)理論的理解。例如在講授“腐蝕電化學(xué)熱力學(xué)”章節(jié)時(shí)，可以引出日常生活大量使用的PH計(jì)為例解釋能斯特方程；電位-PH圖來(lái)解釋水的穩(wěn)定存在區(qū)間，引出目前流行的鋰離子電池為什么不能在水系體系完成充放電過(guò)程以及日常生活中防止鐵生銹的途徑等；通過(guò)二元體系熱力學(xué)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)引申出平衡相圖的繪制原理。通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際的教學(xué)環(huán)節(jié)，一方面可以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的態(tài)度，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；另一方面加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，真正做到理論從實(shí)際中來(lái)，到實(shí)際中去的良性循環(huán)。

二、課程教學(xué)過(guò)程注重科學(xué)思維素養(yǎng)拓展式培養(yǎng)

材料熱力學(xué)課程教學(xué)中會(huì)使用大量的數(shù)學(xué)公式。數(shù)學(xué)公式是人類智慧的結(jié)晶，是人類幾千年來(lái)對(duì)客觀規(guī)律的總結(jié)，包含數(shù)字簡(jiǎn)潔之美。在本科階段，由于課時(shí)較少的原因，很少有教師在課堂上詳細(xì)推導(dǎo)公式的來(lái)由，往往僅要求學(xué)生死記硬背，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)公式一知半解，不能較深刻地理解公式的精髓，更談不上對(duì)公式的靈活運(yùn)用。研究生教育是本科教育的延伸，不僅僅要求科學(xué)知識(shí)的掌握，更注重科學(xué)思維素養(yǎng)的培養(yǎng)。所以，在材料熱力學(xué)課程教學(xué)過(guò)程中注重相關(guān)公式的推導(dǎo)以及在公式推導(dǎo)和求解過(guò)程中相關(guān)前提和邊界條件的界定，可以更好地幫助學(xué)生理解公式的適用范圍以及相關(guān)參數(shù)的物理意義，最終達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)思維素養(yǎng)的目的。良好的科學(xué)思維素養(yǎng)培養(yǎng)過(guò)程首先是對(duì)自然界存在的客觀規(guī)律正確把握，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)“為什么”的思維環(huán)節(jié)，分析主要影響因素，弱化甚至剔除某些非主要因素，通過(guò)數(shù)學(xué)建模、求解數(shù)學(xué)方程的方式邏輯性地呈現(xiàn)事物發(fā)生發(fā)展演變規(guī)律，解決“為什么”的問(wèn)題；其中主要因素分析過(guò)程就是理解條件界定、適應(yīng)范圍的問(wèn)題。通過(guò)相關(guān)模型的建立、相關(guān)公式提出、推導(dǎo)和分析，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目的。

三、課程教學(xué)過(guò)程引出人生哲理

材料熱力學(xué)這門課程很多公式定理蘊(yùn)含了很多人生哲理。這里以經(jīng)典的熱力學(xué)三個(gè)定律為例加以解讀。眾所周知，熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律，即△U=Q+W；其中△U是系統(tǒng)的內(nèi)能，Q指系統(tǒng)從環(huán)境吸收或放出的熱量，W指系統(tǒng)對(duì)環(huán)境或環(huán)境對(duì)系統(tǒng)所做的功。如果將系統(tǒng)比作個(gè)人自身的發(fā)展，Q比喻為個(gè)人所能借助的外部因素，W比喻為個(gè)人所需自身努力。由這個(gè)定律可知，個(gè)體為了實(shí)現(xiàn)自身的發(fā)展，需要借助外部因素和自身努力，個(gè)體能夠依靠的外部因素越多，自身越努力，個(gè)體發(fā)展的前景就越好；由于某些原因能利用的外部因素受限時(shí)，依靠自身的努力，也能實(shí)現(xiàn)個(gè)體更好的發(fā)展；另外，由于個(gè)體以及所處環(huán)境的差異，個(gè)體所能利用的外部因素以及個(gè)體努力程度也不一樣，但最終效果和目的是一樣的，對(duì)應(yīng)Q和W是過(guò)程函數(shù)；因此，在所能預(yù)見的時(shí)間內(nèi)，個(gè)體所能利用的外部因素(Q)以及努力方向和程度(W)決定了個(gè)體發(fā)展最終的效果(△U)。該定律完美地解釋了個(gè)體在社會(huì)中的發(fā)展差異，同時(shí)也指明了實(shí)現(xiàn)個(gè)體發(fā)展的途徑。熱力學(xué)第二定律通過(guò)系統(tǒng)Gibbs自由能的變化判斷等壓體系的自發(fā)方向。該定律給我們的啟示是人在規(guī)劃自身發(fā)展時(shí)，首先一定要判斷發(fā)展的可能性，即趨勢(shì)。如果各方面跡象均表明該方向沒(méi)有發(fā)展前景，作為個(gè)體應(yīng)該果斷放棄該方向的努力，因?yàn)榉较蝈e(cuò)誤，再怎么利用外部因素和努力也不可能達(dá)到制訂的目標(biāo)。材料熱力學(xué)這門課程還有很多公式定律包含豐富的人生哲理，不同的人可能會(huì)解讀出不同的道理，這也是這門課程的偉大之處。教師在授課過(guò)程中應(yīng)該多引導(dǎo)學(xué)生解讀其中的哲理，一方面加深對(duì)公式定律的理解，另一方面可以指導(dǎo)學(xué)生樹立積極向上的人生價(jià)值觀。

四、結(jié)語(yǔ)

作為研究生專業(yè)核心課程，材料熱力學(xué)是一門注重理論和實(shí)踐結(jié)合的課程。課程教學(xué)的基本目的是培養(yǎng)學(xué)生掌握熱力學(xué)基本原理，并將其靈活應(yīng)用于材料科研實(shí)踐中。