多措并举提高“材料科学基础”课程课堂教学质量
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作者:王彦平 王顺花 李芳红
[摘 要] 根据“材料科学基础”的课程性质，围绕教学内容精选、教学手段和教学方法进行了改革探索。在课程教学内容中突出轨道交通特色，在课程教学方法中注重启发式教学、理论联系实际、及时总结等，在教学手段方面注重三维模型和三维动画，从而激发学生的学习兴趣，提高课程课堂教学质量。
[关键词] 材料科学基础;教学手段;教学方法
[基金项目] 2019年度兰州交通大学本科教学改革重点项目“多措并举提高《材料科学基础》课程课堂教学质量”（1010040822）
[作者简介] 王彦平（1974—），男，甘肃会宁人，工学博士，教授，硕士生导师，主要从事工程防护材料研究;王顺花（1967—），女，甘肃永靖人，理学硕士，教授，硕士生导师，主要从事金属材料研究;李芳红（1971—），女，甘肃秦安人，工学硕士，讲师，主要从事焊接工艺研究。
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2020）31-0217-02 [收稿日期] 2020-01-02
“材料科学基础”是一级学科材料科学与工程本科专业的核心专业基础课程，在国内外材料专业教学中都倍受重视，我校面向材料科学与工程和材料成型及控制工程两个本科专业开设了这门专业基础课，该课程在学科知识构建中起着基石的作用，是公共基础课和专业课程之间一个必要的桥梁，也是研究生入学的考试课程，还是学生今后从事相关专业工作和科研的重要理论基础。
我校从2002年开始招收材料科学与工程本科专业，2004年开始招收材料成型及控制工程本科专业。两个专业开设的“材料科学基础”课程主要采用多媒体结合板书的方法进行授课。由于“材料科学基础”课程具有需要理解的原理与规律多、需要记忆的概念与定义多、课程内容知识点多且抽象的特点，学生普遍反映这门课程难理解、难记忆、难应用，学习兴趣不高，学习效果不理想，补考人数居高不下。
为了适应新时代本科教育要求，开展教学改革，在课堂教学中贯彻以学生为中心，以产出为导向，以持续改进为保障的OBE教学理念，切实提高“材料科学基础”课程的教学质量具有重要的意义。
一、精选教学内容，突出专业特色
我校有材料科学与工程和材料成型及控制工程两个本科专业，所培养的本科生主要在中国国家铁路集团有限公司下属18个铁路局集团公司、中国中车下属的机车车辆厂，以及中国建筑集团有限公司、中国交通建设股份有限公司、中国中铁股份有限公司等工程建设单位工作。为此，在教学内容的选择上要突出专业特色，在“材料科学基础”课程教学中筛选轨道交通特色工程案例，让学生进一步了解所讲授的内容在工程实践中有哪些应用，做到理论联系实际，从而有助于激发学生的学习兴趣，提高“材料科学基础”课程课堂教学质量。
二、教学方法改革
1.采用启发式、类比法等教学方法。改变过去满堂灌的教学方式，采用启发式、类比法、归纳法等教学方法引导学生自主学习，以学生作为教学工作的主体，激发学生的学习兴趣，积极主动地思考问题。如在讲解金属的晶体结构时，可以将内容设计成表格，老师可重点讲解面心立方金属结构的相关内容，而后让学生通过课堂讨论自学完成体心立方和密排六方结构的相关内容;又如在讲授固态相变的均匀形核和非均匀形核时，可以采用类比法，类比液固转变时的均匀形核和非均匀形核的内容。这样不仅可以提高学生的学习兴趣，也可以提高学生的课堂参与度，从而有利于提高“材料科学基础”课程的课堂教学质量。
2.理论联系实际。根据我校学生的就业领域特色，在课堂讲授“材料科学基础”课程时，有意引入轨道交通特色工程案例，如在讲授铝合金的析出强化时，可以布置学生通过网络学习高速列车车体材料和制造工艺的相关内容，这样有助于激发学生的学习兴趣，启发学生理论联系实际的思维方式，提高学生分析解决问题的能力。
3.及时总结。“材料科学基础”课程的特点是叙述性的原理，规律多，需要记忆的概念、定义多，课程内容头绪多，而理论计算少。而且该课程内容枯燥、抽象，学生们普遍感觉难学。因此，每一章学习结束后，及時总结各个知识点之间的联系和区别，让学生写出总结报告，这样可以加深学生对知识的系统化和条理化，有助于学生对所学知识的理解和记忆。
4.分组讨论。为了贯彻OBE教学理念，提高学生的课堂参与度，课程教学过程中可以尝试开展分组讨论。将学生分成几个小组，每一组布置一个题目，先让学生课后互相讨论共同完成，在讨论课上，每组选一个代表给全体同学讲解该组题目的讨论结果，分析每组题目涉及的知识点、解决问题所需要的理论知识。这样既有利于基础知识的掌握，更有利于学习能力的培养。
5.注重科研促进教学。引导学生通过“新材料在线”公众号了解材料科学方面的研究进展，可以尝试将科学研究中的一些新成果引入课堂。如在讲解铝合金的析出强化时，引入“新材料在线”的报道“学术女神孙文文：把传统金属发在《Science》！”，该论文打破了100多年来人们固有的观念，提出了一种全新的铝合金析出强化方式，即室温循环强化。通过这样一些科研实例让学生感性认识科学研究与所学知识之间的关系，有利于提高学生的学习兴趣，培养思维能力。
三、教学手段改革
1.采用多媒体和板书混合的教学手段。多媒体是现代教育技术的一种手段，它具有直观性、易扩充性、高效率性、可重复性等特点，对提高学生的学习兴趣，帮助学生理解基本结构和概念具有重要意义。但对于一些理论推导的内容，如扩散第二定律、固态相变和纯金属凝固形核时的能量变化、Schmid定律等内容，仍沿用板书讲授，发挥板书教学的优点，边推导边讲解，以便于学生掌握推导过程，加深对知识点的理解和记忆。
2.借助三维动画的教学手段。材料科学基础课程中，晶体结构、晶体缺陷、相图和塑性变形与再结晶是教学中的重点和难点，采用多媒体技术的二维、三维动画进行演示可以使学生有身临其境之感，将信息有效地传递给学生，较之传统的教学媒介更加形象和生动，更易于学生接受和把握。
3.借助三维模型的教学手段。在“材料科学基础”课程教学中，对晶体结构和晶体缺陷部分可以借助三维模型，帮助学生理解晶体结构中，原子和离子的相对位置、相互关系和堆垛次序等内容;帮助学生理解晶体缺陷中，位错线、柏氏矢量、外加切应力以及位错线的运动方向之间的关系。
四、结语
“材料科学基础”是材料类专业的核心基础课，它的重要性不言而喻。本文结合我校学生就业领域特色，从教学内容精选、教学方法改革和教学手段改革三个方面进行了实践和探索，取得了良好的效果，极大地提高了学生的课堂参与度，提高了“材料科学基础”课程的课堂教学质量。
参考文献
[1]刘长海，杨燕，陈智栋.基于OBE教育理念的材料科学基础课程教学改革探究[J].教育教学论坛，2018（22）：116-117.
[2]贾淑果，宁向梅，田保红，等.材料科学基础课程教学体系的改革探索[J].中国现代教育装备，2018，28（7）：94-96.
[3]徐香，刘清芝，代辉.“材料科学基础”教学中的晶体缺陷[J].教育教学论坛，2015（40）：223-224.
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