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淺談材料科學基礎課堂教學方法論文
《材料科學基礎》將各種材料( 金屬、陶瓷、高分子材料) 的微觀結構和宏觀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基礎》在材料科學與工程學科體系中處于核心地位，是必修的學科基礎課程。設有材料科學與工程專業(yè)的院校，大多在積極推進《材料科學基礎》的課程建設和教學改革，力求最佳的教學效果，以全面提升學生的科學和專業(yè)素養(yǎng)。《材料科學基礎》具有概念性極強、基礎理論非常抽象的特點，學生完全理解、掌握的難度較大。
從全國范圍看，相關高等院校的《材料科學基礎》的課堂教學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模式，雖然在一定程度上能幫助學生對難點、重點知識的掌握，但忽略了學生學習的自主性和能動性，特別是不利于學生分析問題、解決問題的能力的培養(yǎng)，也容易導致學生理論與實踐的脫節(jié)。為了改變這種狀況，以浙江大學和武漢理工大學為代表的高等院校進行了《材料科學基礎》的課堂教學改革，主要的改革內(nèi)容是加強多媒體教學，開展網(wǎng)絡輔助教學、案例教學和項目教學等，特別是增開了專門的實驗課程，利用實驗教學提高學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。
在學校教務處和學院的大力支持下，山東理工大學材料科學與工程專業(yè)《材料科學基礎》的課堂教學方式、方法不斷改進，教學效果不斷提升: 改變了以前單一的課堂講授為主的教學模式，采用了形象直觀、生動活潑的討論式、互動式、啟發(fā)式的教學方法。討論式的教學方法能促進學生積極思考，加強學生對所學知識的理解; 利用思考題、隨堂提問等方式加強師生互動，提高學生學習的主動性。此外，對易理解、掌握的知識，采取學生自學和課堂講授相結合的方法，培養(yǎng)學生獨立獲取知識的能力; 對一些比較復雜和較難理解的內(nèi)容，采用圖片、模型、視頻等多媒體教學手段，加深學生對課程內(nèi)容的理解，提高學生的學習興趣和教學效果，使學生更好地掌握所學的專業(yè)理論知識。
另外，針對本課程知識學習難度大的特點，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; 進行綜合性、實踐性題目的訓練，提高學生的分析、判斷和推理的能力。雖然以上課堂教學方式、方法有力促進了教學效果的不斷提高，但并沒有完全發(fā)揮出《材料科學基礎》作為一門應用基礎性學科在培養(yǎng)應用型人才方面所具有的優(yōu)勢。材料科學中的許多基礎理論，在材料的科研、生產(chǎn)、應用等方面發(fā)揮著極大的作用，在培養(yǎng)學生的理論與實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中并未很好地體現(xiàn)這一優(yōu)勢; 另一方面，材料科學的發(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)是建立在材料科學的基礎理論之上。因此，如何把材料科學領域的最新成果和材料科學的基本理論知識聯(lián)系起來，在及時反映最新研究成果的同時，有效地提高學生的學習興趣和主動性，也是一個亟待解決的問題。此外，在《材料科學基礎》的授課內(nèi)容中，有很多關于材料結構、性能和應用方面的基礎理論，而以往教學很少引導學生利用這些基礎理論去分析、解決實際問題，忽視了對學生分析問題、解決問題的能力的培養(yǎng)。最后，由于諸多的因素，不少學生的學習積極性、主動性較差，基本是課前不預習、課后不復習，單純依靠課堂聽講，影響了學習效果。因此，改革目前的考核方式，加強過程考核，也將有助于提高學生學習的自主性和能動性。綜上所述，課堂教學還需不斷地探索新的教學模式和教學方法，激發(fā)學生學習的自主性和能動性，不斷提高學生分析問題、解決問題的能力，同時培養(yǎng)學生的理論與實踐相結合的能力，有效地促進學生的科學素養(yǎng)與工程素養(yǎng)的提高。
1 課堂教學的綜合改革的實施方案
通過多年的探討，作者開著了《材料科學基礎》的課堂綜合改革，主要采用的是案例教學、任務教學和項目驅動教學等研究性教學方式，以促進學生學習的自主性，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，并培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，促進教學效果的不斷提升。具體實施方案如下:
1. 1 案例教學
在課程綜合改革中，作者選擇的案例主要是當前材料科學發(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(jù)課堂教學內(nèi)容，設定一個或幾個案例，安排學生利用課余時間預習授課內(nèi)容、查閱資料、分析案例、提煉結論，指導學生分析較這些科技成果所包含的《材料科學基礎》中的基本理論知識，利用所學理論去解釋相關的物理化學現(xiàn)象。在學生完成案例分析的基礎上，利用課上時間開展討論，引導學生積極思考，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的能力。同時，設置學生自主討論環(huán)節(jié)，加強學生與學生、學生與教師間的互動。這種案例教學的優(yōu)點是使課堂教學知識具有前沿性和科學性，讓學生在了解材料科學最新研究進展的同時，強化學生對相關基本理論知識的學習和理解，做到理論和實際的緊密結合，培養(yǎng)學生的學習興趣，以充分發(fā)揮學生在教學中的主觀能動性。
1. 2 任務教學
在課程綜合改革中，作者精選的任務特別強調(diào)了《材料科學基礎》中的基本理論和實際問題的結合，強調(diào)所學的基本理論知識的實際應用。在學生熟練掌握基本理論知識的基礎上，引導學生利用相關的理論去解決實際問題，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。任務教學的任務主要來源于科學或生產(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構，利用相圖的判讀規(guī)則詳細判讀相圖等，都是要求學生在掌握相關知識的基礎上，用所學理論知識去解釋或者解決實際問
題。在學生自主完成學習任務后，開展課堂討論，設置學生的自主討論時間，加強學生間和學生、教師間的互動，活躍課堂氣氛，調(diào)動學生的積極性。任務教學的考核以學生的報告作為主要依據(jù)。
1. 3 項目驅動教學
在課堂教學中，項目驅動教學是以實驗作為項目的核心內(nèi)容，引導學生自主完成實驗預習( 了解實驗背景、意義、原理等) 、實驗操作和實驗結果的分析等，特別是強化結果的分析與討論，加強實驗結果的理論意義分析或實際應用價值分析，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)或工程素養(yǎng)。如項目“泥漿膠溶實驗及其在生產(chǎn)中的實際應用”，就是引導學生在自主查閱大量資料的基礎上，根據(jù)實驗結果分析泥漿膠溶在生產(chǎn)中的實際應用價值，從而培養(yǎng)學生的理論和實踐相結合的能力以及分析問題、解決問題的能力等。項目教學要求學生完成項目報告，包括背景介紹、實驗過程、結果以及對結果的討論與分析等。由于課時所限，無論案例教學、任務教學或( 和) 項目教學，都要求學生利用課外時間完成相應的案例、任務或( 和) 項目，且課外學習時間不能少于課堂學習時間，這要求學生必須利用課外時間進行自主學習。
2 評價方式
在課程教學綜合改革過程中，為了保障研究性教學的順利進行，增強學生的自主學習意識，提高學生學習的能動性，作者采用了過程考核和期末考核相結合的評價方式，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。實驗結束后，學生應當將使用過的儀器清洗干凈、擺放歸位，課后根據(jù)實驗結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論�？傊ㄟ^實驗課程的學習，使學生動手、動腦，加強和鞏固理論基礎知識、具有實際的獨立實踐操作技能。另一方面，積極鼓勵學生開動腦筋，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，讓學生比較并設計合成路線，通過實際操作來觀察和探討其中的不同之處，了解現(xiàn)代有機化學學科的發(fā)展進程及其前沿動態(tài)，在今后的學習生活當中逐步運用熟悉的理論知識解決合成當中的實際問題，激發(fā)他們的學習興趣，增加學習的主動性。
3 及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題
在實驗課程當中，會出現(xiàn)個別學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，要及時引導學生檢查整個實驗裝置的安裝是否得當，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相關的書籍和資料找出實驗成敗的關鍵，并在實驗報告當中進行具體的說明。在實際的教學過程中不少學生在剛開始時操作方面存在問題，例如重結晶實驗當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，導致最終產(chǎn)物不純。實驗當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中由于酒精燈使用不當，引發(fā)附近其他小物品著火，其他同學發(fā)現(xiàn)后立即撲滅。因此在實驗教學開始之前必須對學生進行實驗室安全教育，讓學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保護設備。另一方面，教師對于實驗當中可能出現(xiàn)的問題和注意事項要及時強調(diào)，讓學生清楚實驗的每個步驟，化學試劑的使用和注意方法等等。也會出現(xiàn)個別學生沒有帶實驗服，操作不認真的現(xiàn)象，教師要及時的進行批評教育，了解學生的想法，讓他們認識到學習有機化學實驗的重要性并能夠端正學習態(tài)度，養(yǎng)成細心、嚴謹?shù)牧己昧晳T。結合上述情況，通過系統(tǒng)的有機化學實驗技能鍛煉，有效的提升學生的動手和設計創(chuàng)新的能力，增強有機化學實驗課程的學習效果、開拓思維，為今后的畢業(yè)設計以及從事化學類相關工作打下堅實的基礎，以適應社會發(fā)展的需求。
結束語
在課堂教學綜合改革過程中，作者主要開展了案例、任務和項目驅動教學等研究性教學方式，以促進學生的自主學習，提高學生學習的能動性，并培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學生的理論與實際相結合的工程實踐能力，提高學生科學素養(yǎng)，為材料科學與工程專業(yè)應用型人才的培養(yǎng)提供有力的支撐。
由于《材料科學基礎》教學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改革中逐步解決。此外，以上實施方案還需在今后的教學中進行驗證，并逐步改善，以更好地促進教學質量的不斷提高。
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