“材料科学基础”课程教学改革的探索与实践

田春艳，姜 海

（合肥学院机械工程系，安徽合肥230022）

材料成型及控制工程本科专业，是教育部1998年进行高等院校专业调整时新设立的一个专业，其范围涵盖原来的部分机械专业和部分材料专业，成为名副其实的宽口径专业。基于材料成型及控制工程专业所具有的“机械特征与材料色彩”的特殊性,以材料为加工对象的特点，决定了材料科学是该专业领域的基础知识。材料科学基础是材料成型与控制工程专业的基础课程之一，内容涉及材料的晶体结构、缺陷、金属和合金的凝固、扩散、热处理原理及工艺、金属材料等知识。学生在学习过程中，普遍反映内容多、抽象、难理解、抓不住重点等，学习起来困难。笔者近几年来，一直从事该门课程的教学工作，针对这些现象与问题，在教学中进行了较深入细致的思考与探讨，进行了一系列教学改革，取得了较好的教学效果。

1 优化课程设置，精选主要内容

本课程是学校材料成型及控制工程专业的专业基础课程之一，在满足学校应用型工科专业人才培养目标的基本要求前提下，本着加强理论基础、融通共性知识和拓宽知识面的原则，精选课程内容，调整课程体系结构。

（1）重点内容。材料科学基础是研究材料组成、结构、材料性能与使用效能以及它们之间的关系，重点内容包括：晶体结构、位错、晶界、相及相组成、组织特点、合金元素的作用及热处理等，内容多，难理解。在课堂讲授时，尽可能将讲授的知识与日常生活中常见的物品、器件、零件等实例相结合，加强讲授内容的针对性，密切理论与实际的结合。

（2）引进相关的前沿新知识，扩充学生知识面。在注重相关基础理论知识讲解介绍的同时，不断紧跟学科发展，在教学内容上适当引进相关的新材料、新工艺等方面的前沿知识，扩充学生的知识面。如在讲授晶粒概念时，引入纳米的概念，介绍纳米晶的由来、特点、物理性能、力学性能等知识，让学生了解国内外相关领域的发展研究状况。

（3）注重教学知识的前后联系。将学生以前学到的相关知识，和将来专业课中的部分内容融合，提高学生分析问题和解决问题的能力。如介绍钢的渗碳工艺时（第十章），将其温度和时间的选择与原子的扩散能力（第七章）联系起来，这样使学生既复习了前面的知识，又提高了应用所学知识分析问题和解决问题的能力。

2 改进方法和手段，培养兴趣，提高教学效果

《材料科学基础》作为重要的专业基础课，对后续专业课的学习及学生知识体系的构筑具有非常重要的作用。但这门课程内容多，理论性强，学生普遍反映“难理解、难记忆、难应用”，因此除了授课时要突出重点、讲清难点以外，还要注重讲课的方式，采用有效的教学方法和手段,提高教学效果。

（1）树立以学生为教学工作主体的指导思想。在教学中摒弃以往满堂灌和只偏重课堂讲授的做法，注重启发式、讨论式等教学方法的应用；特别是在讲解新概念、新理论时，常采取设问、启发的方式来引出；在讲授一些重点、难点内容时，采取循序渐进、深入浅出、实例讲解的方法，引导学生学习，充分调动学生学习的积极性、主动性。

（2）在课堂讲授中加强与学生的双向交流。随时留意学生的表情和动作，掌握学生的领悟程度，及时调整授课的方式和节奏，合理控制知识难度，从而最大限度地使学生接受讲授的内容。此外，还须留出充足的时间，进行课堂总结，使学生能对本堂课的内容一目了然，便于复习和记忆。

（3）改变传统的考核方式。采用“平时+期中+期末”的考核模式，通过完成思考题、大作业、撰写读书报告、进行期中测验、实践项目考核等环节，增强了学生的求知欲望，加大了学生平时的学习力度，提高了学生自主学习的能力，将末端控制改变为对学生学习过程的控制。

（4）制作课件，采取多媒体教学和板书讲授相结合的方式进行教学。针对不同的讲授内容，将多媒体教学和其他方式相结合，如在讲授晶体结构、晶体缺陷、铁碳相图时，常将实物模型与多媒体教学结合，增强了学生形象思维的能力，提高了课堂的教学质量和学习效果。

3 改革实验教学内容与方法，提高学生职业技能

《材料科学基础》是典型的以基础理论与工程实践紧密结合为特征的课程，材料科学基础实验是培养学生动手能力、实践能力以及运用基础理论解决实际问题能力的重要补充。学校开设的《材料科学基础》课程计划学时为64学时，其中实验为8学时，主要开设了铁碳合金的平衡组织观察、钢的热处理和硬度试验、钢热处理后的显微组织观察和其他材料的显微组织观察等实验项目。以上实验多为验证性实验，实验教学的内容仅仅是对理论知识的验证。这种实验形式使学生潜在的自学能力得不到充分的发挥，不利学生创新精神的培养。为此,我们对《材料科学基础》课程实验进行了改革，增加了设计研究型实验，并加大了实验成绩在综合成绩评定中的比例，刺激学生重视实验，促进学生实验能力的提高。

3.1 精选实验内容，培养学生综合能力

为充分反映材料的组成与结构、加工与性能之间的关系，将相关实验组合在一起，以增加实验效果。如将“钢的热处理和硬度试验、钢热处理后显微组织”组合在一起，可使学生既能了解碳钢的热处理工艺及硬度计的操作，也能了解碳钢的热处理工艺-组织-性能三者之间的关系。

为培养锻炼学生的综合能力以及创新思想的发展，增加了设计研究性实验。这类实验没有具体的指导书，只有实验目的、要求和必要的提示，要求学生自己完成实验的设计和结果的分析，并给出详细的研究报告。如给定一个齿轮零件的具体使用条件，由学生进行实验设计，其内容应包括材料的选择、制定热处理工艺、热处理前后性能的测试以及选用实验设备等，这样可以使学生较为系统地掌握有关专业知识，并培养了学生科学研究的思路和能力。

3.2 完善实验教学文件，开放实验室，改革实验的考核方法

为了加强对实验的指导，让学生明确实验的目的、内容和具体操作规程，我们根据专业培养目标和《材料科学基础》课程教学大纲的要求，结合实践教学改革的内容和需要，编写了“材料科学基础实验教学大纲”、“材料科学基础实验指导书”等实践教学文件，从而使该课程的实验教学环节有章可循，确保了各实验项目的顺利完成。

对学生开放实验室，以利于设计研究性实验的完成。实验室开放后，由学生自己根据感兴趣的问题制定实验题目、方案、操作步骤等，自己分析实验结果。这样既能使学生学会查阅资料，提高分析和解决实际工程问题的能力，也给学生提供了一个动手、动脑、独立思考的机会，同时也提高了实验教学的效果。

改革实验课考核方式，将每个实验分成实际操作、实验纪律及表现、实验报告三部分进行评分，实验总成绩等于各个实验成绩的算术平均值；将实验课成绩计算在课程总成绩之内，实验成绩占课程总成绩的20%。这样加强了实验教学的过程控制，并提高了学生的实验积极性和主动性。

4 结束语

材料科学基础课程的本科教学及其改革，是一项复杂的工程，依据科学技术的发展，不断改进教学内容，改革教学方法和手段，加强实践性教学环节建设，才能达到提高教学质量、培养出具有扎实理论基础、较强的实践能力和一定的科研能力的学生的目的。

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